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。
* 校科研基金項目“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”）；為回車（十六進制0d）；為換行（十六進制0a）；命令長度為8字節(jié)。

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（00~9

0），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)。

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。
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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”）；為回車（十六進制0d）；為換行（十六進制0a）；命令長度為8字節(jié)。

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（00~9

0），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)。