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航(hang)芯(xin)方案 | 針對ETC系統的OBE-SAM模塊設計方案

ETC（Electrical Toll Collection）不停車(che)收費(fei)(fei)是目(mu)前世界上(shang)(shang)最先進的(de)路(lu)橋(qiao)收費(fei)(fei)方(fang)式(shi)。通(tong)過安裝在車(che)輛擋風(feng)玻璃上(shang)(shang)的(de)車(che)載單元與安裝在收費(fei)(fei)站(zhan) ETC 車(che)道上(shang)(shang)的(de)路(lu)側單元之(zhi)間(jian)的(de)微波專用(yong)(yong)短程通(tong)訊，利用(yong)(yong)計算機聯(lian)網(wang)技術(shu)與銀(yin)行(xing)進行(xing)后臺結算處理(li)，從而達到(dao)車(che)輛通(tong)過路(lu)橋(qiao)收費(fei)(fei)站(zhan)不需停車(che)就(jiu)能(neng)繳納路(lu)橋(qiao)費(fei)(fei)的(de)目(mu)的(de)。

本文將著(zhu)重介紹一下ETC系統(tong)中的車(che)(che)載單元OBU設(she)備及OBU設(she)備中記錄(lu)車(che)(che)輛(liang)信息和用戶信息的ESAM單元。

ETC系統組成及(ji)工作原理

ETC系統(tong)由前端系統(tong)和后(hou)臺數據庫系統(tong)組成，總體的(de)架(jia)構如下圖所示：

前端系統(tong)包含(han)安(an)裝(zhuang)在汽車(che)(che)擋風玻璃上(shang)的車(che)(che)載單(dan)元（On Board Unit，簡(jian)稱OBU）、路側單(dan)元（Roadside Unit，簡(jian)稱RSU）以(yi)及(ji)車(che)(che)道控(kong)制器組成，前端應(ying)用系統(tong)總體架(jia)構(gou)如下(xia)圖所示(shi)：

以自(zi)動(dong)欄桿島(dao)內布(bu)局(ju)(ju)模(mo)式這種形式的ETC車(che)道(dao)為例，介(jie)紹一下車(che)輛(liang)通行(xing)的原(yuan)理，自(zi)動(dong)欄桿島(dao)內布(bu)局(ju)(ju)模(mo)式如下圖所(suo)示：

當車(che)(che)輛(liang)駛入(ru)到(dao)(dao)ETC天(tian)線通(tong)信(xin)(xin)區域時，地感(gan)線圈感(gan)知(zhi)車(che)(che)輛(liang)到(dao)(dao)來或(huo)離開，并(bing)把信(xin)(xin)號(hao)傳(chuan)(chuan)遞(di)給(gei)車(che)(che)道控制(zhi)(zhi)器，車(che)(che)道控制(zhi)(zhi)器控制(zhi)(zhi)RSU通(tong)過DSRC信(xin)(xin)號(hao)與(yu)車(che)(che)輛(liang)上的(de)(de)OBU建立通(tong)信(xin)(xin)鏈路，完成雙(shuang)向認證(zheng)以及入(ru)口/出(chu)(chu)口信(xin)(xin)息(xi)(xi)(xi)寫入(ru)，上傳(chuan)(chuan)獲取(qu)到(dao)(dao)的(de)(de)相關的(de)(de)信(xin)(xin)息(xi)(xi)(xi)如汽車(che)(che)ID號(hao)、車(che)(che)型、車(che)(che)牌號(hao)等(deng)信(xin)(xin)息(xi)(xi)(xi)到(dao)(dao)中(zhong)心管(guan)理(li)系統和(he)數據(ju)庫中(zhong)的(de)(de)相應信(xin)(xin)息(xi)(xi)(xi)進行比較判(pan)斷，根據(ju)不(bu)(bu)同(tong)情況來控制(zhi)(zhi)管(guan)理(li)系統產生(sheng)不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)動作，如計(ji)算機收費管(guan)理(li)系統從該車(che)(che)的(de)(de)賬戶中(zhong)扣除(chu)此次應交(jiao)的(de)(de)過路費，或(huo)送出(chu)(chu)指令給(gei)其(qi)它輔(fu)助設(she)施(shi)(shi)工作。其(qi)它輔(fu)助設(she)施(shi)(shi)如：違章(zhang)車(che)(che)輛(liang)攝像系統，自動控制(zhi)(zhi)欄(lan)桿或(huo)其(qi)它障礙，交(jiao)通(tong)顯示設(she)備（紅、黃、綠燈等(deng)設(she)備）指示車(che)(che)輛(liang)行駛。

OBU系統組成(cheng)

OBU按用戶卡的(de)(de)類型(xing)來分(fen)(fen)(fen)類，可以分(fen)(fen)(fen)為雙片式OBU和(he)多邏(luo)輯(ji)通(tong)道OBU，雙片式OBU的(de)(de)用戶卡與(yu)ESAM是(shi)(shi)分(fen)(fen)(fen)開的(de)(de)，會有一張單獨的(de)(de)用戶卡插入到(dao)OBU設備中(zhong)；多邏(luo)輯(ji)通(tong)道是(shi)(shi)采用多邏(luo)輯(ji)通(tong)道合成(cheng)技術把用戶卡和(he)ESAM合成(cheng)到(dao)了一個(ge)ESAM中(zhong)。按安(an)裝(zhuang)(zhuang)的(de)(de)階段來分(fen)(fen)(fen)，可以分(fen)(fen)(fen)為前(qian)裝(zhuang)(zhuang)OBU與(yu)后裝(zhuang)(zhuang)OBU，前(qian)裝(zhuang)(zhuang)OBU即在汽(qi)車出廠前(qian)OBU已經安(an)裝(zhuang)(zhuang)好，OBU整機(ji)需要通(tong)過車規(gui)級(ji)的(de)(de)認證；后裝(zhuang)(zhuang)OBU則是(shi)(shi)汽(qi)車出廠后安(an)裝(zhuang)(zhuang)的(de)(de)，沒有車規(gui)級(ji)認證的(de)(de)限(xian)制(zhi)。雖然OBU分(fen)(fen)(fen)類看起(qi)來很復雜，但是(shi)(shi)總體的(de)(de)架構并沒有太大的(de)(de)差別，OBU的(de)(de)架構大致如(ru)下圖(tu)（以多邏(luo)輯(ji)通(tong)道OBU為例）所示(shi)：

OBU包含主(zhu)控(kong)(kong)MCU、ESAM/ICC，RF、藍牙、電源(yuan)及(ji)一些外(wai)圍的器(qi)件(jian)組成。主(zhu)控(kong)(kong)MCU實現了OBU的整體邏輯、提(ti)供ESAM至RSU信(xin)息(xi)轉發功能。

ESAM邏輯單元，本質是一(yi)個安(an)全單元，存儲了(le)車輛信息、發行(xing)信息等(deng)數據(ju)，這(zhe)些數據(ju)在滿足(zu)安(an)全條件下可讀可寫。

ICC邏(luo)輯單元(yuan)，本(ben)質是一(yi)(yi)個(ge)電子錢包卡(ka)(ka)，分為記(ji)賬卡(ka)(ka)和儲值(zhi)卡(ka)(ka)，記(ji)賬卡(ka)(ka)中(zhong)(zhong)(zhong)記(ji)有用戶(hu)(hu)ID等基本(ben)信(xin)(xin)息，用戶(hu)(hu)可用此卡(ka)(ka)在(zai)收費車(che)道先行記(ji)賬，其消費金(jin)額(e)將從用戶(hu)(hu)預(yu)付(fu)的賬戶(hu)(hu)中(zhong)(zhong)(zhong)扣(kou)除(chu)（預(yu)付(fu)方式(shi)），或在(zai)之后一(yi)(yi)并結算（后付(fu)方式(shi)）；儲值(zhi)卡(ka)(ka)中(zhong)(zhong)(zhong)有用戶(hu)(hu)在(zai)賬戶(hu)(hu)中(zhong)(zhong)(zhong)預(yu)存(cun)的一(yi)(yi)定金(jin)額(e)，卡(ka)(ka)中(zhong)(zhong)(zhong)記(ji)有用戶(hu)(hu)ID和儲值(zhi)信(xin)(xin)息，用戶(hu)(hu)可用此卡(ka)(ka)在(zai)收費車(che)道直接(jie)付(fu)款，其消費金(jin)額(e)將從卡(ka)(ka)中(zhong)(zhong)(zhong)扣(kou)除(chu)，同時從用戶(hu)(hu)預(yu)存(cun)的賬戶(hu)(hu)中(zhong)(zhong)(zhong)扣(kou)除(chu)。

對于(yu)雙片式OBU而言， ESAM邏(luo)輯(ji)單(dan)元和ICC邏(luo)輯(ji)單(dan)元是兩個單(dan)獨的器件。而對于(yu)多邏(luo)輯(ji)通道(dao)OBU而言，ESAM邏(luo)輯(ji)單(dan)元和ICC邏(luo)輯(ji)單(dan)元采用了(le)多邏(luo)輯(ji)通道(dao)合成技術合成到了(le)多邏(luo)輯(ji)通道(dao)ESAM一(yi)個器件中。

上海(hai)航(hang)芯，多邏輯通道ESAM

上海航芯(xin)針對(dui)ETC系統，研發了(le)兩款多邏輯通道OBE-SAM產品(pin)，型號分別(bie)是ACL16-S8A和ACL16-S8B，ACL16-S8A是前裝(zhuang)產品(pin)，而ACL16-S8B是后裝(zhuang)產品(pin)。產品(pin)的主要(yao)特性如下：

? 安全芯片采用32位CPU核(he)

? 支(zhi)持SM4算法、TDES算法

? 用戶(hu)區數(shu)據存儲容量32Kbytes，50萬次擦寫次數(shu)

? 支持ISO/IEC 7816 T=0通信協議

? ISO/IEC 7816接口時鐘不高于15MHz，支持多種波特率(lv)（外(wai)部(bu)時鐘頻率(lv)3.57MHz情況下，9.6kbps~223.2kbps）

? 支(zhi)持多種文(wen)件(jian)類型，包括二進制文(wen)件(jian)、定(ding)長(chang)記錄文(wen)件(jian)、變長(chang)記錄文(wen)件(jian)、循環文(wen)件(jian)

? 支持(chi)多種(zhong)安全訪(fang)問方式和權限管理

? 產品符合(he)《收(shou)費公路(lu)聯(lian)網電子(zi)不(bu)停車收(shou)費技術要求(qiu)》

? 產品符合《ESAM模塊安全評(ping)估測試》

? 產品符(fu)合《聯網電子收費多(duo)邏輯通(tong)道OBE-SAM模塊(kuai)物理特性測試》

? 安(an)全芯片達到國密二級認證(zheng)級別(bie)

? 安全(quan)芯片(pian)達到EAL5+認證級別(bie)

? 符合車(che)規級AEC-Q100Grade1測(ce)試認(ren)證(僅ACL16-S8A)