引 言
基于SoPC的汽車安全監(jiān)控系統(tǒng)采用Altera公司最新的SoPC(可編程片上系統(tǒng))解決方案——Nios處理器軟核為核心,，配合GPS和GSM系統(tǒng)，對汽車的停放和運行狀態(tài)進行監(jiān)控,。系統(tǒng)監(jiān)測,、記錄和儲存汽車在行駛過程中的各種數(shù)據(jù)，一旦出現(xiàn)安全問題,，立即采用GSM無線通信方式通知相關(guān)人員和單位,，并隨時發(fā)送通過GPS獲得的汽車位置等數(shù)據(jù)，為問題的解決提供及時,、準(zhǔn)確和可靠的信息，必要時通過GSM對汽車進行遠(yuǎn)程控制,。
基于SoPC的汽車安全監(jiān)控系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于汽車的防盜,、日常維護和交通事故的處理，為車輛故障提供有效的測試手段,。
1 系統(tǒng)硬件組成
設(shè)計采用Altera公司的SoPC開發(fā)工具,。系統(tǒng)的開發(fā)包括硬件和軟件兩大部分,。使用SoPC Builder生成Nios嵌入式處理器，Nios嵌入式處理器開發(fā)工具允許用戶配置一個或多個Nios CPU,，從標(biāo)準(zhǔn)庫中添加外圍設(shè)備,，綜合處理自定義系統(tǒng)，與Quartus II設(shè)計軟件一起編譯系統(tǒng),。軟件開發(fā)的步驟是：利用SoPC Builder生成的軟件文件,，用文本編輯器編寫匯編語言或C/C++源程序，用GNUPro軟件開發(fā)工具進行程序設(shè)計,、連編和調(diào)試,。GNUPro將源程序連編（包括匯編/編譯和連接）成可執(zhí)行程序，通過下載電纜對可執(zhí)行程序進行調(diào)試和運行,。Quartus II設(shè)計軟件提供全面有效的設(shè)計環(huán)境,，將設(shè)計、綜合,、布局和驗證以及第三方EDA工具接口集成在一個無縫的環(huán)境中,。利用集成在Quartus II 3.0中的SoPCbuilder可以創(chuàng)建自己的Nios CPU系統(tǒng)。Nios是Altera公司開發(fā)的16/32位嵌入式處理器軟核,。
* ?？蒲谢痦椖?ldquo;基于SOPC的汽車安全監(jiān)控系統(tǒng)”資助。
Altera公司推出了新一代多種系列FPGA,，本設(shè)計選用低成本的Cyclone系列器件EP1C12,，其具有12 060個邏輯單元，52個M4K RAM塊,，239 616個RAM位和2個鎖相環(huán),，最大用戶I/O引腳249。系統(tǒng)硬件組成框圖由Nios系統(tǒng)和外部設(shè)備兩部分組成,，如圖1所示,。
Nios系統(tǒng)包括CPU（Nios）、存儲器（memory）,、定時器（timer）,、總線和并/串行接口（key_pio、led_pio,、lcd_pio,、ccs_pio、uart_0和uart_1）等,，并/串行接口分別實現(xiàn)與鍵盤,、LED和LCD顯示器、汽車中控系統(tǒng)以及GPS和GSM系統(tǒng)等外部設(shè)備的連接。Nios系統(tǒng)設(shè)計和設(shè)計結(jié)果分別如圖2和圖3所示,。
Nios系統(tǒng)同鍵盤,、LED和LCD顯示器、汽車中控系統(tǒng)以及GPS系統(tǒng)等外部設(shè)備的連接比較簡單,，GSM系統(tǒng)的連接較為復(fù)雜,，如圖4所示。
整個系統(tǒng)的工作過程是：來自汽車中控系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)的信息可以顯示在LED和LCD顯示器上,，也可以通過GSM系統(tǒng)進行無線發(fā)送,。用戶可以通過鍵盤對系統(tǒng)進行控制，也可以通過GSM系統(tǒng)對汽車中控系統(tǒng)進行遠(yuǎn)程無線控制,。
2 系統(tǒng)軟件組成
系統(tǒng)軟件主要由主程序,、GPS管理子程序和GSM管理子程序等部分組成。
主程序完成系統(tǒng)的初始化,，以及鍵盤,、LED、LCD顯示器和汽車中控系統(tǒng)的操作管理等,。
GPS管理子程序主要負(fù)責(zé)從GPS系統(tǒng)接收時間和位置信息,。
請求GPS系統(tǒng)返回ASCII時間位置信息的二進制命令為：
@@EqmC
其中，m為0時,，輸出一次 響應(yīng)信息（查詢）,，m為1~255時，每1~255 s輸出一次響應(yīng)信息（連續(xù)）,；C為校驗和（Eqm按字節(jié)“異或”）,；
命令的響應(yīng)信息為：
@@Eq,mm,dd,yy,hh,mm,ss,dd,mm.mmmm,n,ddd,mm.mmmm,w, shhhhh.h,sss.s,hhh.h,m,t,dd.d,nn,rrrr,aa,CCC
日期：mm是月（01~12），dd是日（01~31）,，yy是年（99~19）,。
世界時間（UTC）：hh是時（00~23），mm是分（00~59）,，ss是秒（00~59）,。
緯度：dd是度（00~90），mm.mmmm是分（00~59.9999）,，n是方向（N是北,，S是南）。
經(jīng)度：ddd是度（000~180）,，mm.mmmm是分（00~59.9999）,，w是方向（W是西,，E是東）,。
信息長度是96字節(jié),。
對應(yīng)的管理子程序為：
int eq[8]={'@','@','E','q',1,'C',0x0d,0x0a};
void gps_txd(int data[], int n) {
volatile int m,sum=0;
for(m=0;m
//等待發(fā)送準(zhǔn)備好
if(m!=n-3) {
sum^=data[m];//計算校驗和
na_uart_0->np_uarttxdata=data[m];//發(fā)送數(shù)據(jù)
}else
na_uart_0->np_uarttxdata=sum; //發(fā)送校驗和
}
}
int gps,gps_buf[46];//定義全局變量
void gps_rxd(int context) {//接收中斷服務(wù)程序
gps_buf[gps]=na_uart_0->np_uartrxdata; //接收數(shù)據(jù)
if(gps_buf[gps++]=='q') gps="0"; //數(shù)據(jù)定位
if(gps>46) gps="46";//忽略無用數(shù)據(jù)
}
GSM管理子程序主要負(fù)責(zé)GSM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收發(fā)管理。
GSM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收 發(fā)以短信形式進行,，選擇短信格式的AT命令為AT+CMGF,，收發(fā)短信的AT命令分別為AT+CMGR和AT+CMGS，對應(yīng)的管理子程序為：
cmgf[20]={'A','T','+','C','M','G','F','=','1',0x0d};//短信格式void gsm_txd(int data[], int n) {
volatile int m;
for(m=0;m
//等待發(fā)送準(zhǔn)備好na_uart_1->np_uarttxdata=data[m]; //發(fā)送數(shù)據(jù)
}
}
int gsm="2",gsm_buf[18]={'A','T'};
void gsm_rxd(int context) {
//接收中斷服務(wù)程序
gsm_buf[gsm]=na_uart_1->np_uartrxdata; //接收數(shù)據(jù)
if(gsm_buf[gsm]=='T') gsm="1";
//數(shù)據(jù)定位
if(++gsm==18) gsm="2";
}
3 設(shè)計調(diào)試方法和設(shè)計結(jié)果
在Quartus II中使用SignalTapII嵌入式邏輯分析儀可以實時觀測系統(tǒng)中節(jié)點的信號數(shù)據(jù),。被觀察的信號可以多進制數(shù)值顯示也可以用波形顯示,，但它需要占用芯片更多的資源，因此在對某個模塊的測試結(jié)束后,，可以在設(shè)置中把SignalTapII嵌入式邏輯分析儀取消,，并重新編譯生成以減少LE資源占用量。
實際試用結(jié)果表明：基于SoPC的汽車安全監(jiān)控系統(tǒng)運行正常,，定位準(zhǔn)確,，數(shù)據(jù)傳輸可靠，操作管理方便,。如果再配備上GIS（地理信息系統(tǒng)）,，整個系統(tǒng)將如虎添翼。
參考文獻(xiàn)
1 郭書軍,，王玉花,，葛紉秋．嵌入式處理器原理及應(yīng)用．北京：清華大學(xué)出版社，2004
2 Motorola. M12 Oncore Users Guide Supplement, 2000
3 Siemens. TC35 Siemens Cellular Engines Hardware Interface Description, 2001
4 Siemens. TC35 Siemens Cellular Engines AT Command Set, 2002
郭書軍：副教授,，主要研究方向為數(shù)據(jù)通信及其信號處理和嵌入式系統(tǒng),。