面向汽車電子的嵌入式監(jiān)測系統(tǒng)的研究

摘 要：隨著近幾年來我國汽車工業(yè)的飛速發(fā)展和不斷普及，汽車已經(jīng)成為了當(dāng)前人們生活中最重要的交通工具之一，但交通事故的頻發(fā)依然讓汽車成為了危險因素相對較高的交通工具。而在大部分交通事故中，汽車本身性能的原因占據(jù)著很大一部分，因此汽車性能檢測技術(shù)的研發(fā)也成為了汽車工業(yè)發(fā)展的重要目標(biāo)之一。當(dāng)前隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，基于嵌入式系統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)為汽車的監(jiān)測系統(tǒng)提出了新的方案，其能夠在汽車正常行駛時實時監(jiān)測汽車的運行狀態(tài)，在確保汽車能夠安全運行的同時，也能保障駕駛?cè)藛T的生命安全。

關(guān)鍵詞：汽車電子;嵌入式軟件;監(jiān)測系統(tǒng)

嵌入式軟件的研發(fā)和應(yīng)用是為了滿足現(xiàn)代用戶對降低汽車能耗、提高汽車的安全和舒適的基礎(chǔ)之一，加之當(dāng)前汽車電子控制軟件的復(fù)雜程度不斷提升，對于更加可靠、更加安全、更加高效的嵌入式軟件的研發(fā)也變得尤為重要。尤其是當(dāng)前人們對于汽車性能安全的需求越來越高，對汽車行駛過程中的監(jiān)測、采樣以及監(jiān)督的預(yù)處理和反映是確保汽車行駛安全的關(guān)鍵，因此嵌入式監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)是確保汽車工業(yè)能夠得到穩(wěn)定進步的關(guān)鍵。

1 嵌入式系統(tǒng)的概念

嵌入式系統(tǒng)是軟硬件一體化系統(tǒng)，操作系統(tǒng)以及應(yīng)用軟件都能夠在計算機硬件中集成，并且具有非常高的自動化以及響應(yīng)速度快等特點，非常適合處理實時的多個任務(wù)，并且能夠有效運用于移動計算設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及工業(yè)控制設(shè)備等電子產(chǎn)品中。

嵌入式系統(tǒng)的定義主要有兩種：首先是嵌入式系統(tǒng)以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)作為基礎(chǔ)，其軟硬件可裁剪，并且適用于對系統(tǒng)功能、可靠性、成本、體積以及功耗相對嚴(yán)格的專業(yè)計算機系統(tǒng)。

第二種定義是：嵌入式系統(tǒng)是計算機的一種應(yīng)用模式，基本屬于隱藏在主設(shè)備中的微型處理系統(tǒng)，像是微控制器、微處理器以及DSP等等，都屬于嵌入式系統(tǒng)。這類計算機的系統(tǒng)功能強大、反應(yīng)速度非常快、有著很高的自動化程度，能夠有效實現(xiàn)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視以及管理功能。而且用戶幾乎不知道嵌入式系統(tǒng)的存在，因此通常也不會被用戶所編程，而且該系統(tǒng)有專門的輸入和輸出設(shè)備，對用戶的接口也是專用的。

隨著嵌入式系統(tǒng)的普及應(yīng)用，為了確保嵌入式系統(tǒng)能夠有效運行，嵌入式軟件也得到了飛速的發(fā)展，從而成為了軟件行業(yè)的新興科技。而嵌入式軟件和嵌入式系統(tǒng)的關(guān)系是非常密切的，嵌入式系統(tǒng)一般會由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)和用戶應(yīng)用程序四個部分組成，能夠有效實現(xiàn)對其他設(shè)備的監(jiān)管。而嵌入式軟件則是基于嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計的，同樣屬于計算機軟件的一種，也是由程序以及文檔組成，可以劃分為系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件和支持軟件三個類別，也是嵌入式系統(tǒng)的組成核心。

嵌入式系統(tǒng)具有如下特點：

1.1嵌入對象非常廣泛。隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，當(dāng)前幾乎所有設(shè)備都能利用嵌入式計算機技術(shù)來完成一些微處理工作，而隨著科技的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用必將更加廣闊。

1.2嵌入形式多樣。雖然嵌入式系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，不過由于各類系統(tǒng)對于嵌入式計算機的性能、功能和規(guī)模需求的不同，因此嵌入式系統(tǒng)也演變出了各種各樣的形式，像是單片式、單板式、計算機系統(tǒng)式，都能為各類系統(tǒng)提供更多的便利。

1.3接口多樣性。由于嵌入式系統(tǒng)的形式非常多樣，因此在面對不同設(shè)備的系統(tǒng)時也會采用各式各樣的輸入以及輸出接口，以滿足各行各業(yè)的需求。

1.4性能實時性。在嵌入式系統(tǒng)接收到相關(guān)信號后，必須要在規(guī)定的時間內(nèi)完成相關(guān)任務(wù)，因此在設(shè)計過程中也要考慮到硬件結(jié)構(gòu)、CPU速度、內(nèi)存訪問速度、總線速度以及中斷機制等問題，以確保嵌入式系統(tǒng)的實時性。

根據(jù)如上特點，嵌入式汽車監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)是非常有優(yōu)勢的，其不僅能夠?qū)ζ囆阅苓M行實時監(jiān)測，還能夠做到強大的兼容、有效的反映以及預(yù)處理，以保障汽車行車的安全。

2 汽車電子嵌入式嵌入式監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

汽車電子嵌入式監(jiān)測系統(tǒng)是建立車載嵌入式計算機系統(tǒng)之上的，其具有很強的實時性、可靠性以及可伸縮性。其中該系統(tǒng)的實時性主要變形在對于各類數(shù)據(jù)的實時采集和處理時間，由于系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集會被分成各個種類，而每種信號所采集的數(shù)據(jù)處理都會設(shè)立好不同的時間限制，以確保信息能夠在規(guī)定的時間限制內(nèi)處理完畢，若無法在規(guī)定時間內(nèi)完成處理則會被認(rèn)定為無效處理，系統(tǒng)也會發(fā)出相應(yīng)的警報，以警告駕駛員采取相應(yīng)的防護措施。存儲器則能夠?qū)囕v行駛過程中的各種數(shù)據(jù)參數(shù)進行記錄，類似于汽車系統(tǒng)的黑匣子，對車輛事故分析、車輛行駛狀況分析都能夠提供非常有力的數(shù)據(jù)依據(jù)。

在整體的功能上，該監(jiān)測系統(tǒng)可以分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理以及信息輸出和執(zhí)行三個主要模塊。其中數(shù)據(jù)采集模塊包含著傳感器、激光和微博雷達(dá)、超聲波、紅外線以及各種攝像機組成，可以對汽車本身和周邊環(huán)境進行實時監(jiān)測，可以稱之為整個監(jiān)測系統(tǒng)的“眼鏡”。

而數(shù)據(jù)處理模塊則包括了各種規(guī)格的車載計算機，這類計算機基本都屬于嵌入式系統(tǒng)，并且具有很強的實時性和可靠性。數(shù)據(jù)處理模塊是連接數(shù)據(jù)采集模塊以及信息輸出和執(zhí)行模塊的橋梁，可以稱之為整個監(jiān)測系統(tǒng)的“頭腦”以及“心臟”。

信息輸出以及執(zhí)行模塊包括了各類信息的顯示、警告、信息存儲等技術(shù)系統(tǒng)，并且能夠?qū)?shù)據(jù)處理模塊所處理的結(jié)果告知駕駛?cè)藛T，可以稱之為整個監(jiān)測系統(tǒng)的“嘴”。

監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測內(nèi)容性質(zhì)的不同也可以分成不同的模塊，一輛汽車主要由發(fā)動機、地盤、車身和電氣設(shè)備而組成。其中發(fā)動機主要讓燃料燃燒從而發(fā)動車身，當(dāng)前大部分其次都會采用復(fù)合活塞式內(nèi)燃機，因此針對發(fā)動機的檢測模塊是確保發(fā)動機安全運行的關(guān)鍵。

而底盤則能夠接受到發(fā)動機的動力，讓汽車展開驅(qū)動，同時還能確保駕駛員能夠正常操控。底盤則包括了傳動系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及制動設(shè)備，而地盤監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)ζ嚨男旭偁顩r進行有效監(jiān)測，并且將異常行駛情況第一時間傳輸給駕駛?cè)藛T，確保汽車的行駛安全。

車身則是駕駛員駕駛以及裝載乘客和貨物的地方，其主要以舒適性和便捷性為主，因此車身監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)嚿韮?nèi)外的異常狀況進行監(jiān)測，以確保車身的穩(wěn)定性和舒適性。

電氣設(shè)備則包括了汽車的電源組、發(fā)動機啟動系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和信號裝置等等，對汽車的安全行駛、信號輸出、安全啟動等都非常重要。而電氣設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)能夠充分監(jiān)測相關(guān)設(shè)備的完好性，以確保行車安全。

這四個大的監(jiān)測模塊會根據(jù)各個部分分成不同的子模塊，以確保監(jiān)測系統(tǒng)的全面型和精確性，讓汽車在運行過程中能夠更加安全。

在監(jiān)測系統(tǒng)的運行過程中，數(shù)據(jù)的采集是非常重要的工作，這是確保監(jiān)測系統(tǒng)能夠精確對汽車運行狀況展開反映的關(guān)鍵，其中數(shù)據(jù)采集方法主要有以下幾種：首先是程序輪詢式采集，也就是系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置完備的時間間隔，對所需的設(shè)備進行信息采集，進而展開信息處理，一般這類信號源的設(shè)備有著更高的優(yōu)先級，因此需要系統(tǒng)進行第一時間處理，像是安全系統(tǒng)等等，以確保設(shè)備能夠正常運行。

其次是信號中斷式采集，主要是指信號源設(shè)備異常后產(chǎn)生中斷信號，并且根據(jù)系統(tǒng)需求進行處理，其優(yōu)先級較低，例如車內(nèi)照明等等。

用戶查詢采集，主要是在用戶利用控制面板進行請求時才執(zhí)行采集工作，像是空調(diào)等車載電器設(shè)備。

結(jié)語

總的來說，車載嵌入式監(jiān)測系統(tǒng)是維護車輛行駛安全的關(guān)鍵，因此在研究過程中，應(yīng)當(dāng)不斷提高監(jiān)測系統(tǒng)的安全性、全面性和智能型，確保監(jiān)測系統(tǒng)能夠更有效地為車輛安全作出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1].趙鴻志. 面向汽車電子的嵌入式監(jiān)測系統(tǒng)的研究[D].電子科技大學(xué)，2006.

[2].王小康. 面向客用汽車電器領(lǐng)域的嵌入式組件研究與開發(fā)[D].電子科技大學(xué)，2006.

作者簡介：

張丙酉（1993-11-），男，漢，籍貫：天津市西青區(qū)西青道，學(xué)歷： 研究生，研究方向：汽車電子 嵌入式軟件開發(fā)。