航芯方案 | 針對ETC系統的OBE-SAM模塊(kuai)設計方案
ETC(Electrical Toll Collection)不停車(che)(che)收費是目(mu)(mu)前世界上最(zui)先進的路(lu)橋(qiao)收費方式。通(tong)過安裝(zhuang)在車(che)(che)輛(liang)擋(dang)風玻璃(li)上的車(che)(che)載單元與(yu)安裝(zhuang)在收費站 ETC 車(che)(che)道(dao)上的路(lu)側單元之(zhi)間(jian)的微(wei)波(bo)專用短程通(tong)訊,利(li)用計算(suan)機(ji)聯網技(ji)術與(yu)銀(yin)行(xing)進行(xing)后臺結(jie)算(suan)處理,從(cong)而達到車(che)(che)輛(liang)通(tong)過路(lu)橋(qiao)收費站不需停車(che)(che)就能繳納路(lu)橋(qiao)費的目(mu)(mu)的。
本(ben)文將著(zhu)重介(jie)紹(shao)一下ETC系統中的(de)車載單元OBU設備及OBU設備中記錄車輛信(xin)息(xi)和用戶信(xin)息(xi)的(de)ESAM單元。
ETC系(xi)統組成及工作原(yuan)理
ETC系統(tong)由(you)前(qian)端(duan)系統(tong)和(he)后臺數據庫系統(tong)組成(cheng),總體(ti)的架(jia)構如下(xia)圖所示:
前端系統(tong)包含安裝在汽車擋風玻璃上(shang)的車載單元(On Board Unit,簡稱OBU)、路(lu)側單元(Roadside Unit,簡稱RSU)以及車道控制器(qi)組成,前端應(ying)用系統(tong)總體架構如下圖所(suo)示:
以自動欄桿(gan)島(dao)內(nei)布局(ju)模(mo)式(shi)這種形式(shi)的ETC車道為(wei)例,介紹一下車輛通行(xing)的原(yuan)理,自動欄桿(gan)島(dao)內(nei)布局(ju)模(mo)式(shi)如下圖所示:
當車(che)(che)(che)(che)輛(liang)(liang)駛入(ru)到(dao)ETC天線通信(xin)區域時,地感線圈感知車(che)(che)(che)(che)輛(liang)(liang)到(dao)來或(huo)離開,并把信(xin)號傳遞給(gei)車(che)(che)(che)(che)道控制器,車(che)(che)(che)(che)道控制器控制RSU通過DSRC信(xin)號與車(che)(che)(che)(che)輛(liang)(liang)上的OBU建立通信(xin)鏈路,完(wan)成雙向認證以(yi)及(ji)入(ru)口/出口信(xin)息(xi)寫入(ru),上傳獲取到(dao)的相關(guan)的信(xin)息(xi)如汽車(che)(che)(che)(che)ID號、車(che)(che)(che)(che)型、車(che)(che)(che)(che)牌號等信(xin)息(xi)到(dao)中(zhong)心管(guan)理(li)系(xi)統和(he)數據庫中(zhong)的相應信(xin)息(xi)進行比較判斷,根(gen)據不同情況來控制管(guan)理(li)系(xi)統產生不同的動作(zuo)(zuo),如計算機收費管(guan)理(li)系(xi)統從該(gai)車(che)(che)(che)(che)的賬戶中(zhong)扣除此次應交的過路費,或(huo)送出指令給(gei)其(qi)它(ta)(ta)輔(fu)助設(she)施工作(zuo)(zuo)。其(qi)它(ta)(ta)輔(fu)助設(she)施如:違章(zhang)車(che)(che)(che)(che)輛(liang)(liang)攝像系(xi)統,自動控制欄桿或(huo)其(qi)它(ta)(ta)障礙(ai),交通顯示設(she)備(紅、黃、綠燈(deng)等設(she)備)指示車(che)(che)(che)(che)輛(liang)(liang)行駛。
OBU系(xi)統組(zu)成
OBU按(an)用(yong)戶卡(ka)的(de)(de)(de)類型來(lai)分(fen)(fen)類,可以分(fen)(fen)為(wei)雙片式OBU和(he)多(duo)邏(luo)(luo)(luo)輯通(tong)(tong)道(dao)(dao)OBU,雙片式OBU的(de)(de)(de)用(yong)戶卡(ka)與ESAM是(shi)分(fen)(fen)開的(de)(de)(de),會有一(yi)張單獨的(de)(de)(de)用(yong)戶卡(ka)插入到OBU設備中;多(duo)邏(luo)(luo)(luo)輯通(tong)(tong)道(dao)(dao)是(shi)采用(yong)多(duo)邏(luo)(luo)(luo)輯通(tong)(tong)道(dao)(dao)合(he)成(cheng)技術把用(yong)戶卡(ka)和(he)ESAM合(he)成(cheng)到了(le)一(yi)個ESAM中。按(an)安裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)階(jie)段(duan)來(lai)分(fen)(fen),可以分(fen)(fen)為(wei)前(qian)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)OBU與后(hou)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)OBU,前(qian)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)OBU即(ji)在(zai)汽(qi)車(che)出廠前(qian)OBU已經安裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)好,OBU整機需(xu)要(yao)通(tong)(tong)過(guo)車(che)規(gui)級的(de)(de)(de)認證(zheng);后(hou)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)OBU則是(shi)汽(qi)車(che)出廠后(hou)安裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de),沒有車(che)規(gui)級認證(zheng)的(de)(de)(de)限(xian)制(zhi)。雖然OBU分(fen)(fen)類看起(qi)來(lai)很(hen)復雜,但是(shi)總體的(de)(de)(de)架構(gou)并沒有太(tai)大的(de)(de)(de)差別(bie),OBU的(de)(de)(de)架構(gou)大致(zhi)如(ru)下圖(以多(duo)邏(luo)(luo)(luo)輯通(tong)(tong)道(dao)(dao)OBU為(wei)例)所示(shi):
OBU包含主控MCU、ESAM/ICC,RF、藍牙(ya)、電源(yuan)及一(yi)些(xie)外(wai)圍(wei)的(de)器件(jian)組(zu)成。主控MCU實現了OBU的(de)整(zheng)體邏輯、提供(gong)ESAM至RSU信(xin)息轉發功能。
ESAM邏輯單元,本質是(shi)一個(ge)安全單元,存儲了車輛信息、發行(xing)信息等(deng)數(shu)據,這些(xie)數(shu)據在滿(man)足安全條(tiao)件下可讀(du)可寫。
ICC邏(luo)輯(ji)單元(yuan),本質是(shi)一個電子錢包卡(ka)(ka)(ka),分(fen)為記賬卡(ka)(ka)(ka)和儲(chu)值(zhi)卡(ka)(ka)(ka),記賬卡(ka)(ka)(ka)中(zhong)記有用(yong)(yong)戶ID等基本信息,用(yong)(yong)戶可(ke)(ke)用(yong)(yong)此卡(ka)(ka)(ka)在(zai)收(shou)費車(che)道(dao)先行記賬,其消費金額(e)將從用(yong)(yong)戶預付的(de)(de)賬戶中(zhong)扣(kou)除(chu)(預付方(fang)式(shi)),或在(zai)之后(hou)一并結算(后(hou)付方(fang)式(shi));儲(chu)值(zhi)卡(ka)(ka)(ka)中(zhong)有用(yong)(yong)戶在(zai)賬戶中(zhong)預存(cun)的(de)(de)一定金額(e),卡(ka)(ka)(ka)中(zhong)記有用(yong)(yong)戶ID和儲(chu)值(zhi)信息,用(yong)(yong)戶可(ke)(ke)用(yong)(yong)此卡(ka)(ka)(ka)在(zai)收(shou)費車(che)道(dao)直接付款(kuan),其消費金額(e)將從卡(ka)(ka)(ka)中(zhong)扣(kou)除(chu),同時從用(yong)(yong)戶預存(cun)的(de)(de)賬戶中(zhong)扣(kou)除(chu)。
對于雙(shuang)片(pian)式OBU而言, ESAM邏輯單(dan)(dan)(dan)元和ICC邏輯單(dan)(dan)(dan)元是兩個(ge)單(dan)(dan)(dan)獨的器件(jian)。而對于多(duo)邏輯通(tong)道(dao)(dao)OBU而言,ESAM邏輯單(dan)(dan)(dan)元和ICC邏輯單(dan)(dan)(dan)元采用了(le)多(duo)邏輯通(tong)道(dao)(dao)合成技(ji)術合成到(dao)了(le)多(duo)邏輯通(tong)道(dao)(dao)ESAM一個(ge)器件(jian)中(zhong)。
上海航芯,多邏輯(ji)通道ESAM
上海(hai)航芯針對(dui)ETC系統,研發(fa)了兩款(kuan)多(duo)邏輯通道OBE-SAM產(chan)品,型號(hao)分別是(shi)(shi)ACL16-S8A和ACL16-S8B,ACL16-S8A是(shi)(shi)前裝產(chan)品,而ACL16-S8B是(shi)(shi)后裝產(chan)品。產(chan)品的主要(yao)特性如(ru)下:
? 安全(quan)芯(xin)片采用32位CPU核(he)
? 支持SM4算法、TDES算法
? 用戶區數據存儲容量32Kbytes,50萬次擦(ca)寫次數
? 支持ISO/IEC 7816 T=0通(tong)信協議
? ISO/IEC 7816接(jie)口時(shi)鐘不高于15MHz,支持多(duo)種波特率(外部時(shi)鐘頻率3.57MHz情況下,9.6kbps~223.2kbps)
? 支持多種(zhong)文(wen)件類型,包(bao)括二進制文(wen)件、定(ding)長記錄文(wen)件、變長記錄文(wen)件、循(xun)環文(wen)件
? 支(zhi)持多種安全訪問方(fang)式和權(quan)限管理(li)
? 產品符合(he)《收(shou)費公路(lu)聯網電(dian)子不(bu)停車收(shou)費技術(shu)要(yao)求》
? 產品符合《ESAM模塊安(an)全評估測試》
? 產品符合(he)《聯網電(dian)子收費多邏(luo)輯通道OBE-SAM模塊(kuai)物理特性(xing)測試》
? 安全芯片(pian)達到國密二級認證級別
? 安全芯片達(da)到EAL5+認證級別
? 符合車(che)規級(ji)AEC-Q100Grade1測(ce)試認證(僅ACL16-S8A)