航(hang)芯方案(an) | 針對ETC系統的OBE-SAM模塊設計方案(an)
ETC(Electrical Toll Collection)不停(ting)車(che)收(shou)費(fei)(fei)(fei)是目(mu)前世界(jie)上(shang)最(zui)先(xian)進的(de)(de)路橋收(shou)費(fei)(fei)(fei)方(fang)式。通過(guo)安(an)裝在(zai)車(che)輛(liang)擋風玻璃(li)上(shang)的(de)(de)車(che)載單(dan)元與安(an)裝在(zai)收(shou)費(fei)(fei)(fei)站 ETC 車(che)道上(shang)的(de)(de)路側(ce)單(dan)元之間的(de)(de)微波專(zhuan)用短程通訊,利(li)用計算機聯網技(ji)術(shu)與銀行進行后臺結算處理,從而達到車(che)輛(liang)通過(guo)路橋收(shou)費(fei)(fei)(fei)站不需停(ting)車(che)就能繳納路橋費(fei)(fei)(fei)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)。
本文將著重介紹一下ETC系統中(zhong)的車(che)載單元OBU設(she)(she)備(bei)及OBU設(she)(she)備(bei)中(zhong)記錄車(che)輛信息和用(yong)戶信息的ESAM單元。
ETC系統組成及工作(zuo)原(yuan)理(li)
ETC系統(tong)由前(qian)端(duan)系統(tong)和后臺(tai)數據庫(ku)系統(tong)組(zu)成,總體(ti)的架(jia)構如下圖所示:
前(qian)端系統包含安裝在汽(qi)車擋風玻璃上的車載單元(On Board Unit,簡稱(cheng)OBU)、路側單元(Roadside Unit,簡稱(cheng)RSU)以及車道控(kong)制器組成(cheng),前(qian)端應用系統總體架構如下圖所示:
以自(zi)動欄桿(gan)島內(nei)布(bu)局模式(shi)這種形式(shi)的(de)ETC車(che)道為例,介紹一下車(che)輛通(tong)行的(de)原理,自(zi)動欄桿(gan)島內(nei)布(bu)局模式(shi)如下圖所示:
當(dang)車(che)(che)(che)輛(liang)駛入(ru)到ETC天線(xian)通(tong)信區域時,地感(gan)線(xian)圈感(gan)知車(che)(che)(che)輛(liang)到來或(huo)離開(kai),并把信號(hao)傳遞給車(che)(che)(che)道(dao)(dao)控制(zhi)器(qi),車(che)(che)(che)道(dao)(dao)控制(zhi)器(qi)控制(zhi)RSU通(tong)過DSRC信號(hao)與車(che)(che)(che)輛(liang)上(shang)的OBU建立通(tong)信鏈(lian)路(lu),完成(cheng)雙(shuang)向認證(zheng)以(yi)及(ji)入(ru)口/出(chu)口信息寫入(ru),上(shang)傳獲取到的相關的信息如(ru)汽車(che)(che)(che)ID號(hao)、車(che)(che)(che)型、車(che)(che)(che)牌號(hao)等(deng)信息到中心管理(li)系(xi)(xi)統(tong)和數據(ju)庫中的相應信息進(jin)行比(bi)較判斷(duan),根據(ju)不同(tong)情況來控制(zhi)管理(li)系(xi)(xi)統(tong)產(chan)生不同(tong)的動(dong)作,如(ru)計算機收費管理(li)系(xi)(xi)統(tong)從該車(che)(che)(che)的賬戶中扣除此次應交的過路(lu)費,或(huo)送出(chu)指(zhi)令給其(qi)它輔(fu)助(zhu)(zhu)設施工作。其(qi)它輔(fu)助(zhu)(zhu)設施如(ru):違章車(che)(che)(che)輛(liang)攝(she)像系(xi)(xi)統(tong),自(zi)動(dong)控制(zhi)欄桿或(huo)其(qi)它障礙,交通(tong)顯示設備(紅(hong)、黃、綠燈(deng)等(deng)設備)指(zhi)示車(che)(che)(che)輛(liang)行駛。
OBU系(xi)統組成(cheng)
OBU按(an)用(yong)戶(hu)(hu)卡(ka)的(de)類型來(lai)(lai)分(fen)(fen)類,可以(yi)分(fen)(fen)為雙片式OBU和多(duo)邏輯(ji)通道(dao)OBU,雙片式OBU的(de)用(yong)戶(hu)(hu)卡(ka)與ESAM是分(fen)(fen)開(kai)的(de),會有(you)一張單(dan)獨(du)的(de)用(yong)戶(hu)(hu)卡(ka)插(cha)入到OBU設備中;多(duo)邏輯(ji)通道(dao)是采用(yong)多(duo)邏輯(ji)通道(dao)合(he)成技術把用(yong)戶(hu)(hu)卡(ka)和ESAM合(he)成到了一個ESAM中。按(an)安裝(zhuang)的(de)階段(duan)來(lai)(lai)分(fen)(fen),可以(yi)分(fen)(fen)為前裝(zhuang)OBU與后裝(zhuang)OBU,前裝(zhuang)OBU即在汽車出(chu)廠前OBU已經安裝(zhuang)好,OBU整(zheng)機需要通過車規(gui)級(ji)的(de)認證;后裝(zhuang)OBU則是汽車出(chu)廠后安裝(zhuang)的(de),沒有(you)車規(gui)級(ji)認證的(de)限(xian)制(zhi)。雖然OBU分(fen)(fen)類看起(qi)來(lai)(lai)很(hen)復雜(za),但是總體的(de)架(jia)構(gou)并沒有(you)太大的(de)差(cha)別,OBU的(de)架(jia)構(gou)大致如下圖(以(yi)多(duo)邏輯(ji)通道(dao)OBU為例)所示:
OBU包含主(zhu)(zhu)控(kong)MCU、ESAM/ICC,RF、藍牙、電源及一些外(wai)圍(wei)的器件組成。主(zhu)(zhu)控(kong)MCU實(shi)現(xian)了OBU的整體邏輯(ji)、提供ESAM至RSU信息轉發功能。
ESAM邏輯單(dan)元,本質是一個安(an)全單(dan)元,存儲了車(che)輛(liang)信息(xi)、發行信息(xi)等(deng)數(shu)據,這些(xie)數(shu)據在滿足安(an)全條件下可讀可寫。
ICC邏輯單元,本質是一(yi)個電子錢(qian)包(bao)卡(ka)(ka)(ka),分為記賬(zhang)卡(ka)(ka)(ka)和(he)儲(chu)值卡(ka)(ka)(ka),記賬(zhang)卡(ka)(ka)(ka)中(zhong)記有用(yong)戶(hu)ID等基本信息(xi),用(yong)戶(hu)可(ke)用(yong)此卡(ka)(ka)(ka)在收費(fei)車道(dao)先行記賬(zhang),其消費(fei)金額將(jiang)從用(yong)戶(hu)預(yu)付(fu)(fu)的賬(zhang)戶(hu)中(zhong)扣除(chu)(預(yu)付(fu)(fu)方式),或在之后(hou)一(yi)并結算(后(hou)付(fu)(fu)方式);儲(chu)值卡(ka)(ka)(ka)中(zhong)有用(yong)戶(hu)在賬(zhang)戶(hu)中(zhong)預(yu)存的一(yi)定金額,卡(ka)(ka)(ka)中(zhong)記有用(yong)戶(hu)ID和(he)儲(chu)值信息(xi),用(yong)戶(hu)可(ke)用(yong)此卡(ka)(ka)(ka)在收費(fei)車道(dao)直(zhi)接付(fu)(fu)款,其消費(fei)金額將(jiang)從卡(ka)(ka)(ka)中(zhong)扣除(chu),同時從用(yong)戶(hu)預(yu)存的賬(zhang)戶(hu)中(zhong)扣除(chu)。
對于(yu)雙片式OBU而(er)言(yan), ESAM邏(luo)(luo)(luo)(luo)輯(ji)(ji)(ji)單(dan)(dan)(dan)元和(he)ICC邏(luo)(luo)(luo)(luo)輯(ji)(ji)(ji)單(dan)(dan)(dan)元是兩個(ge)單(dan)(dan)(dan)獨的器件。而(er)對于(yu)多邏(luo)(luo)(luo)(luo)輯(ji)(ji)(ji)通(tong)道(dao)(dao)OBU而(er)言(yan),ESAM邏(luo)(luo)(luo)(luo)輯(ji)(ji)(ji)單(dan)(dan)(dan)元和(he)ICC邏(luo)(luo)(luo)(luo)輯(ji)(ji)(ji)單(dan)(dan)(dan)元采(cai)用了多邏(luo)(luo)(luo)(luo)輯(ji)(ji)(ji)通(tong)道(dao)(dao)合(he)成技術(shu)合(he)成到了多邏(luo)(luo)(luo)(luo)輯(ji)(ji)(ji)通(tong)道(dao)(dao)ESAM一個(ge)器件中(zhong)。
上(shang)海航芯(xin),多邏輯通道ESAM
上海(hai)航芯(xin)針對(dui)ETC系統,研發了兩款多邏輯通道OBE-SAM產(chan)品,型號分別(bie)是ACL16-S8A和(he)ACL16-S8B,ACL16-S8A是前裝產(chan)品,而ACL16-S8B是后(hou)裝產(chan)品。產(chan)品的主要特性如下:
? 安全芯片采用32位(wei)CPU核
? 支持SM4算法(fa)(fa)、TDES算法(fa)(fa)
? 用戶區數據存儲容量(liang)32Kbytes,50萬(wan)次擦寫次數
? 支持ISO/IEC 7816 T=0通信協議
? ISO/IEC 7816接(jie)口時鐘不高于15MHz,支持(chi)多種波特率(外部時鐘頻率3.57MHz情況下,9.6kbps~223.2kbps)
? 支持多種文件(jian)(jian)(jian)類型,包括二進制(zhi)文件(jian)(jian)(jian)、定(ding)長記錄文件(jian)(jian)(jian)、變(bian)長記錄文件(jian)(jian)(jian)、循環文件(jian)(jian)(jian)
? 支持多種安全訪(fang)問方式和(he)權限(xian)管理
? 產品(pin)符合《收費公路聯(lian)網電(dian)子不停車收費技術要求(qiu)》
? 產品符合(he)《ESAM模塊安全評估(gu)測試》
? 產品符合(he)《聯網電子收費多邏(luo)輯通道(dao)OBE-SAM模塊(kuai)物(wu)理特性測試》
? 安(an)全芯片達到國密二級認證(zheng)級別
? 安全芯(xin)片達到EAL5+認證級(ji)別(bie)
? 符合車規級AEC-Q100Grade1測試認證(僅ACL16-S8A)