The design of Vehicle Information Syetem Based on IPv6 and CDMA
苏明1魏达1曲良东1王牧男2郐文博1 1 吉林大学计算机科学与技术学院 2 中石化东北分公司
摘要：介绍了一种基于IPv6/CDMA的集成汽车导航、汽车监控、防盗报警功能的车载信息系统，包括远程监控中心、车载终端和CAN网络。该系统以32位ARM微处理器、GPS 模块和CDMA模块为硬件核心，嵌入式Linux系统为软件核心。主要讨论了系统中车载终端的设计与实现。 关键字：IPv6；GPS；CDMA
中图分类号：TP39 文献标识码：A
Abstract：This paper introduces a vehicle information service system that integrate the projects like orientation & navigation，supervision, anti-theft & alarm，including remote monitoring center, the terminal system and can network. The hardware core of terminal system is 32—bit ARM, GPS and CDMA，the software core is embedded linux . The paper expatiates the design and implementation of vehicular terminal system.
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1引言
近些年来，我国汽车工业有了突飞猛进的发展，汽车保有量的直线上升推动着汽车电子行业的迅速发展，在发达国家，汽车电子在汽车总价中的比例已经超过30%，而且还有继续攀升的趋势，因此，汽车新产品的开发和技术创新与汽车电子技术水平的关联度越来越高。汽车电子产品的研发能力，直接影响新型汽车的设计能力。目前我国的汽车电子产品研发水平较低，已经严重的制约了我国汽车企业的自主研发能力和发展水平。
本文介绍的车载信息系统是基于IPv6和CDMA的，集成了汽车导航定位，汽车远程监控和防盗报警功能。操作系统采用嵌入式Linux，具有运行稳定，源代码开放，对网络支持好等优点。同时相比于IPv4，IPv6具有地址空间巨大，安全性高，实时性好等优势；同时采用的GPS定位模块具有4Hz的刷新频率，完全满足实时的要求；CDMA1X的网络传输速度一般稳定在70-80Kbps，优于GPRS上网速度。由于现有的CDMA网络不支持IPv6协议，因此利用了CIPE的数据包封装技术可以使IPv6包穿越IPv4网络，相当于全程使用IPv6数据包，为下一代互联网技术提供了良好的支持。
2系统总体框架
整个系统主要由远程监控中心、车载终端和CAN网络组成。车载信息系统结构如图1所示。
远程监控中心由数据通信，电子地图和数据库三个部分组成。车载终端由一块基于ARM9核心的嵌入式平台、CDMA模块、GPS接收机和触摸屏组成，这是整个系统的关键组成部分，负责采集GPS信息
和CAN网络中节点的信息，并把各个不同种类的数据进行转换，最后把相关的信息显示在触摸屏，通过触摸屏我们可以配置系统文件和向监控中心发送命令请求，从而实现人机的交互。用户主要通过CDMA拨号上网与远程监控中心进行通信，系统根据用户的状态把用户分为用户在线和用户离线两个状态，当用户在线时，远程监控中心可以为用户提供实时的GPS导航，监控车辆的状态，例如车门的打开和关闭状态，各个车灯的打开和关闭状态等。离线状态主要指用户把汽车熄火并关闭车载终端设备的状态。当汽车被盗，只要汽车是在线状态，监控中心可以立刻到汽车的位置，进行监控并报警。
基金颁发单位：吉林省科技厅，项目名称：IPv4/IPv6双栈安全车载网关，编号：20060314，
图1 车载信息系统结构
3 车载终端设计
车载终端是整个系统的数据采集部分，是项目开发的重点。它设计的主要功能是当用户在线状态下，实时的将GPS接收机收到的卫星定位信息通过串口传输到接收缓冲区中，车载终端解析所收到的GPS数据，并通过CDMA将GPS信息和汽车的CAN网络状态信息上传到远程监控中心；远程监控中心会不定时向车台下发查询或控制命令，要求车载终端上传指定的数据或控制车载终端的系统设置，例如设置信息上传的时间间隔等。通过CAN网络可以实时监控汽车运行的状态，包括车灯的状态、水箱的水温等状态信息。
服务器收到车载终端所上传的信息后，将数据存储到数据库中，通过实时监控可以在电子地图上显示汽车运行的轨迹和状态，发现异常时会及时向用户提示相关警告信息。
3．1 车载终端的硬件设计
硬件部分分为ARM嵌入式开发板和各外围模块。前者主要是由ARM920T内核的处理器S3C2410及相关FLASH存储器、RAM内存及处理器外围接口芯片组成，外围接口芯片包括CAN驱动器MCP2510和DM9000等。后者由负责无线通讯的CDMA模块、U-blox 公司的GPS接收模块，LCD触摸屏以及GPS
接收机天线组成。车载终端电源采用12V直流电源，该电源在平时处于充电状态，系统启动后直接对系统供电。硬件设计如图2 所示。
核心板与底板配合即构成一个最小的完整应用系统，该系统具有体积小、耗电低、处理能力强等优点，能够装载和运行嵌入式Linux操作系统。核心板上集成Samsung S3C2410处理器，64M SDRAM以及16M的FLASH。底板则提供了以下外设接口：一个四线RS-232串口，一个USB HOST接口，一个10M/100M自适应以太网接口，一个TFT LCD接口，一个触摸屏接口，一个JTAG接口。串口的提供方便用户在实验室调试程序，同时S3C2410支持JTAG调试，这样不需要使用ICE调试，降低了项目开发的成本。GPS接收模块具有4Hz定位更新速率，完全可以实现实时定位的要求。
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图2 硬件设计
3．2 车载终端的软件设计
软件设计部分主要包括车载终端上数据的类型转换、与远程监控中心的数据通讯、GPS
数据协议解析、触摸屏程序设计及车载终端与远程监控中心通讯数据协议、车载终端与
CAN 网络通讯数据协议和车栽终端与GPS 接收机通讯的数据协议这几个部分组成。车载
终端主程序的软件结构如图3所示。
图3 网关主程序软件结构
系统的数据传输是基于IPv6的，CERNET2(第二代中国教育和科研计算机网)是完全支
持IPv6的，但是CDMA 网络并不支持IPv6，因此我们在车载终端和远程监控中心之间增加
了一个CIPE 代理，主要利用它的数据包封装技术和数据包的转发功能，使IPv6数据包可
以穿越CDMA 的IPv4网络，相当于在车载终端和远程监控中心之间只发送IPv6数据包。 车
载终端程序主要由主线程、CDMA 线程、CAN 网络数据处理线程、车载终端数据处理线程和
GPS 数据接收和处理线程组成。CDMA 线程主要负责从CDMA 网络接口接收数据，然后根据类
型的不同，把数据放入相应的缓冲区中；同时该线程从全局缓冲区中读取数据，经过协议
转换后通过CDMA 网络发送到远程监控中心；GPS 数据接和处理收线程实时地接收GPS 数据，
存储在全局缓冲区中，然后将该数据根据我们的需要进行解析。GPS 数据采用的是
NMEA(National Marine Electronics Association)0183协议，该协议输出消息的类型有
GGA、GLL、RMC 等格式，我们需要的是RMC 指令格式，该格式包含的内容有日期、时间、
位置、方向、速度等数据，是最常用的数据格式，例如
$GPRMC,140144.000,A,2232.2513,N,11401.6763,E,9.17,,140703,,*12，解析GPS 数据后
CDMA 无线网CDMA 线程：负责从CDMA 无线网络接收IPv6数据包，解析IPv6
数据包，判断包的类型，根据类型发送到不同的线程对应的缓冲区。
led点阵书写显示屏
CAN 网络 CAN 网络数据处理程序 车载终端数据处理程序
车载终端数据处理线程
网关
CAN 数据 GPS 数据
将该数据按照事先规定好的协议格式发给车载终端数据处理线程，车载终端数据处理线程收到GPS数据后检查其正确性，再按照车载终端与远程监控中心通讯的协议对数据进行封装，最后由CDMA线程将该数据包发给远程监控中心。GPS接收机与远程监控中心通讯的数据协议格式如图4所示，GPS接收机收到的是字符流，我们只需将该字符流分段解析即可。需要注意的是，GPS接收机收到的数据中时间是格林威治时间，与我们北京时间相差8个小时，要对相应的时间和日期进行修正。
日期 时间 纬度 经度 速度 方位 地面航向 模式指示
图4 GPS接收机与服务器通讯的数据协议格式
园林音箱远程监控中心与车载终端通讯的数据协议格式如图5所示，其中帧头和帧尾是我们事先规定好的，固定格式，类型域用来指出是GPS定位信息或者是CAN网络信息，校验和是对数据部分的校验。
帧头 帧长度 类型 数据 检验和 帧尾
图5 服务器与车台通讯的数据协议格式
车载终端和CAN网络通讯的数据协议格式如图6所示，ID是can 节点的id，用来标识每个can节点，Order是对节点的操作命令，Length是Data的长度，Data域中存放节点返回信息。
帧头 车辆ID 命令码 数据长度 数据 检验和 帧尾
图6 车台与CAN网络通讯的数据协议格式
3．3远程监控中心
远程监控中心采用Visual Stuio2005进行开发，主要由三个部分组成。第一部分是与CDMA网络交互通讯程序，接收车载终端通过CDMA网络上传过来的数据，同时通过CDMA网络向车载终端下发控制命令，例如，车灯的打开或者关闭等命令；第二部分是根据接收到的上传数据建立用户信息数据库，据库采用SQL Server 2000；第三部分是
GIS(Geographical Information System，即地理信息系统)电子地图系统，GIS电子地图的显示系统利用了功能完整的MapInfo控件，根据接收到的车载终端上传的数据，实时地对汽车在电子地图上进行定位、导航和状态的监控，若发现汽车有任何异常，会及时向用户发出报警信息。
3．4 总结
本文开发了一种基于嵌入式ARM Linux的车载信息系统，系统的研究了嵌入式系统的关键问题，硬件部分采用了基于ARM9结构的S3C2410处理器。这套系统的完成，使远程监控中心可以实时的导航和控制汽车，系统和用户间的通信采用CDMA无线上网方式，实时性好，可靠性高，网络传输更顺畅，在汽车被盗时，可以迅速通知用户并报警，把用户、远程监控中心和车载终端三者紧密地联系在一起，构成一个智能化汽车服务体系，设计非常人性化，符合汽车电子工业发展的时代需要，具有很高的商业应用价值。实验测试结果表明该系统具有良好的稳定性、强大的扩展性。然而有些时候，由于观测到的卫星数目不够，仅利用GPS本身已经不能进行定位，这就要求我们采用一些辅助修正的办法，例如GPSONE 定位，如何能在卫星数不够条件下准确定位将会是下一步研究的重点问题。
本文作者的创新点是该项目是基于IPv6技术实现的，对将来IPv6网络的广泛应用和网络在汽车上的应用及普及具有前瞻性，虽然类似功能的项目已经有了不少，但他们都是基于IPv4技术实现的。
参考文献
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[3]Samsung Corp，S3C2410X 32-BIT RISC MICROPROCESSOR USER’S MANUAL，2003
[4]谭金等，基于ARM的车载导航定位终端硬件设计，微计算机信息，2006，7-2：142-144面袋
[5]费悦牧等，CDMA网络智能车载导航终端的优化设计，单片机与嵌入式系统应用，2005，4：14-17双极化天线
作者简介：苏明，男，1983年7月生，内蒙古通辽市人，吉林大学计算机科学与技术学院硕士研究生，主要从事嵌入式系统方面的开发与研究，魏达，男，1964年7月生，吉林省长春市人，博士，副教授，硕士生导师，研究方向：嵌入式系统、移动IP与网络。 Biography: Suming,male,(1983.07-),born in TongLiao,Inner Mongolia
province,postgraduate of College of Computer Science and Technology of JILIN University,Weida male,(1964.07-),born in ChangChun,JiLin,PH.D of computer science,associate professor of Computer Science and Technology of JILIN University,master student supervisor,research direction: embedded system,mobile IP and network
(130012 吉林大学计算机科学与技术学院) 苏明 魏达 曲良东 郐文博
(130062 中石化东北分公司) 王牧男
(College of Computer Science and Technology of JILIN
University,changchun,130012)su,ming wei,da qu,liangdong wang,munan kuai,wenbo
