航(hang)芯方(fang)案 | 針對(dui)ETC系(xi)統的(de)OBE-SAM模塊設計方(fang)案
ETC(Electrical Toll Collection)不停車(che)收(shou)費(fei)(fei)是目前世界(jie)上最先進(jin)的(de)路(lu)橋(qiao)收(shou)費(fei)(fei)方式。通(tong)(tong)過(guo)安裝在車(che)輛擋風玻璃上的(de)車(che)載單元與(yu)安裝在收(shou)費(fei)(fei)站 ETC 車(che)道(dao)上的(de)路(lu)側單元之(zhi)間(jian)的(de)微(wei)波專用短程通(tong)(tong)訊(xun),利用計算(suan)機聯網技術與(yu)銀(yin)行(xing)進(jin)行(xing)后臺結(jie)算(suan)處理,從而達到車(che)輛通(tong)(tong)過(guo)路(lu)橋(qiao)收(shou)費(fei)(fei)站不需停車(che)就能繳納路(lu)橋(qiao)費(fei)(fei)的(de)目的(de)。
本文將著重(zhong)介紹(shao)一下ETC系統中的車載單元OBU設備及OBU設備中記錄車輛信息(xi)和用戶信息(xi)的ESAM單元。
ETC系(xi)統組成(cheng)及工(gong)作原理
ETC系(xi)統由(you)前(qian)端系(xi)統和(he)后臺(tai)數據庫系(xi)統組成,總體的架構如下圖所示:
前(qian)端系統(tong)包含安(an)裝(zhuang)在汽車擋(dang)風(feng)玻璃上的(de)車載單元(yuan)(On Board Unit,簡稱(cheng)OBU)、路側(ce)單元(yuan)(Roadside Unit,簡稱(cheng)RSU)以及車道(dao)控制器組成,前(qian)端應用(yong)系統(tong)總體(ti)架構如下圖所示:
以自動(dong)欄(lan)桿(gan)島(dao)內(nei)布局模式(shi)這種形(xing)式(shi)的(de)(de)ETC車(che)道為例,介紹(shao)一下車(che)輛通(tong)行的(de)(de)原理,自動(dong)欄(lan)桿(gan)島(dao)內(nei)布局模式(shi)如下圖所示(shi):
當車(che)(che)輛駛入到(dao)(dao)ETC天線(xian)通(tong)信區域時,地感(gan)線(xian)圈(quan)感(gan)知車(che)(che)輛到(dao)(dao)來或(huo)離開(kai),并把(ba)信號(hao)傳遞(di)給(gei)車(che)(che)道控制(zhi)器,車(che)(che)道控制(zhi)器控制(zhi)RSU通(tong)過DSRC信號(hao)與車(che)(che)輛上的OBU建立通(tong)信鏈(lian)路(lu),完成雙(shuang)向認證(zheng)以及入口/出口信息(xi)寫入,上傳獲取到(dao)(dao)的相關的信息(xi)如汽車(che)(che)ID號(hao)、車(che)(che)型(xing)、車(che)(che)牌號(hao)等(deng)信息(xi)到(dao)(dao)中(zhong)心管(guan)理(li)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)和數(shu)據庫中(zhong)的相應信息(xi)進行比較(jiao)判斷,根據不(bu)同情況來控制(zhi)管(guan)理(li)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)產(chan)生不(bu)同的動作,如計算(suan)機(ji)收(shou)費(fei)管(guan)理(li)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)從該車(che)(che)的賬戶(hu)中(zhong)扣除(chu)此(ci)次應交的過路(lu)費(fei),或(huo)送出指令給(gei)其它(ta)輔助(zhu)設(she)施工作。其它(ta)輔助(zhu)設(she)施如:違(wei)章(zhang)車(che)(che)輛攝像系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong),自動控制(zhi)欄桿或(huo)其它(ta)障礙(ai),交通(tong)顯示設(she)備(bei)(bei)(紅、黃、綠(lv)燈等(deng)設(she)備(bei)(bei))指示車(che)(che)輛行駛。
OBU系統組(zu)成
OBU按(an)用戶(hu)卡(ka)(ka)的(de)(de)(de)類(lei)(lei)型來分(fen)(fen)類(lei)(lei),可以(yi)分(fen)(fen)為(wei)(wei)雙片(pian)式OBU和(he)多(duo)邏(luo)輯(ji)(ji)通道(dao)OBU,雙片(pian)式OBU的(de)(de)(de)用戶(hu)卡(ka)(ka)與ESAM是(shi)(shi)分(fen)(fen)開(kai)的(de)(de)(de),會有一(yi)張單獨的(de)(de)(de)用戶(hu)卡(ka)(ka)插(cha)入到OBU設備中;多(duo)邏(luo)輯(ji)(ji)通道(dao)是(shi)(shi)采用多(duo)邏(luo)輯(ji)(ji)通道(dao)合(he)成技術把用戶(hu)卡(ka)(ka)和(he)ESAM合(he)成到了一(yi)個ESAM中。按(an)安裝(zhuang)的(de)(de)(de)階段來分(fen)(fen),可以(yi)分(fen)(fen)為(wei)(wei)前裝(zhuang)OBU與后(hou)裝(zhuang)OBU,前裝(zhuang)OBU即在汽車(che)出(chu)廠(chang)前OBU已經安裝(zhuang)好,OBU整(zheng)機需要通過車(che)規級的(de)(de)(de)認證;后(hou)裝(zhuang)OBU則是(shi)(shi)汽車(che)出(chu)廠(chang)后(hou)安裝(zhuang)的(de)(de)(de),沒有車(che)規級認證的(de)(de)(de)限(xian)制。雖然OBU分(fen)(fen)類(lei)(lei)看起來很復雜,但(dan)是(shi)(shi)總體的(de)(de)(de)架構(gou)并(bing)沒有太大(da)的(de)(de)(de)差(cha)別,OBU的(de)(de)(de)架構(gou)大(da)致如下(xia)圖(以(yi)多(duo)邏(luo)輯(ji)(ji)通道(dao)OBU為(wei)(wei)例)所示:
OBU包含主控MCU、ESAM/ICC,RF、藍牙、電源及一(yi)些(xie)外圍的(de)器件組(zu)成。主控MCU實現了OBU的(de)整體邏輯、提供ESAM至RSU信息轉發(fa)功能(neng)。
ESAM邏(luo)輯(ji)單元,本質是一個安全單元,存(cun)儲了車輛信息、發行信息等數據(ju),這些數據(ju)在(zai)滿足安全條(tiao)件下可讀(du)可寫。
ICC邏輯單元,本質是(shi)一個電子錢(qian)包(bao)卡(ka)(ka)(ka),分為記(ji)賬(zhang)卡(ka)(ka)(ka)和(he)儲(chu)值(zhi)卡(ka)(ka)(ka),記(ji)賬(zhang)卡(ka)(ka)(ka)中(zhong)記(ji)有(you)用(yong)(yong)戶(hu)(hu)(hu)ID等基(ji)本信息,用(yong)(yong)戶(hu)(hu)(hu)可用(yong)(yong)此(ci)卡(ka)(ka)(ka)在(zai)收(shou)費車道先(xian)行記(ji)賬(zhang),其消費金額(e)(e)(e)將從用(yong)(yong)戶(hu)(hu)(hu)預(yu)付的賬(zhang)戶(hu)(hu)(hu)中(zhong)扣(kou)除(預(yu)付方(fang)式),或在(zai)之后一并(bing)結算(suan)(后付方(fang)式);儲(chu)值(zhi)卡(ka)(ka)(ka)中(zhong)有(you)用(yong)(yong)戶(hu)(hu)(hu)在(zai)賬(zhang)戶(hu)(hu)(hu)中(zhong)預(yu)存的一定(ding)金額(e)(e)(e),卡(ka)(ka)(ka)中(zhong)記(ji)有(you)用(yong)(yong)戶(hu)(hu)(hu)ID和(he)儲(chu)值(zhi)信息,用(yong)(yong)戶(hu)(hu)(hu)可用(yong)(yong)此(ci)卡(ka)(ka)(ka)在(zai)收(shou)費車道直接付款(kuan),其消費金額(e)(e)(e)將從卡(ka)(ka)(ka)中(zhong)扣(kou)除,同時(shi)從用(yong)(yong)戶(hu)(hu)(hu)預(yu)存的賬(zhang)戶(hu)(hu)(hu)中(zhong)扣(kou)除。
對于(yu)雙片式OBU而言, ESAM邏(luo)(luo)輯(ji)(ji)單(dan)(dan)元(yuan)和ICC邏(luo)(luo)輯(ji)(ji)單(dan)(dan)元(yuan)是兩個(ge)單(dan)(dan)獨(du)的器件。而對于(yu)多(duo)邏(luo)(luo)輯(ji)(ji)通道OBU而言,ESAM邏(luo)(luo)輯(ji)(ji)單(dan)(dan)元(yuan)和ICC邏(luo)(luo)輯(ji)(ji)單(dan)(dan)元(yuan)采用了多(duo)邏(luo)(luo)輯(ji)(ji)通道合成技術(shu)合成到(dao)了多(duo)邏(luo)(luo)輯(ji)(ji)通道ESAM一個(ge)器件中(zhong)。
上海航(hang)芯(xin),多邏輯通道ESAM
上(shang)海航(hang)芯針(zhen)對(dui)ETC系統,研發了兩款多邏(luo)輯(ji)通道OBE-SAM產品(pin),型號(hao)分別是(shi)(shi)ACL16-S8A和ACL16-S8B,ACL16-S8A是(shi)(shi)前裝產品(pin),而ACL16-S8B是(shi)(shi)后裝產品(pin)。產品(pin)的主要特(te)性如下:
? 安全芯片采用32位CPU核
? 支持SM4算(suan)法、TDES算(suan)法
? 用戶區數據存儲容量32Kbytes,50萬次(ci)擦(ca)寫次(ci)數
? 支持ISO/IEC 7816 T=0通信(xin)協議
? ISO/IEC 7816接口時鐘(zhong)(zhong)不高(gao)于15MHz,支持多種波特率(外部時鐘(zhong)(zhong)頻率3.57MHz情況下(xia),9.6kbps~223.2kbps)
? 支持多種文(wen)件(jian)(jian)類型,包括二(er)進制(zhi)文(wen)件(jian)(jian)、定長記(ji)(ji)錄文(wen)件(jian)(jian)、變長記(ji)(ji)錄文(wen)件(jian)(jian)、循環文(wen)件(jian)(jian)
? 支持多種安全(quan)訪問方(fang)式和權限管理
? 產品符合(he)《收(shou)費公(gong)路聯網電子不停(ting)車(che)收(shou)費技術要求》
? 產品符合《ESAM模塊(kuai)安全(quan)評估測試》
? 產品符合《聯網電子(zi)收費多邏輯(ji)通(tong)道OBE-SAM模塊物理(li)特性測試》
? 安全芯片達到國密二級(ji)認證(zheng)級(ji)別
? 安全芯(xin)片達到EAL5+認證級(ji)別
? 符合車(che)規(gui)級AEC-Q100Grade1測試認證(zheng)(僅ACL16-S8A)