航芯(xin)方(fang)案 | 針對ETC系統的OBE-SAM模(mo)塊設計方(fang)案
ETC(Electrical Toll Collection)不停車(che)收(shou)費(fei)是目(mu)(mu)前世界上最(zui)先進(jin)的(de)(de)(de)路(lu)橋收(shou)費(fei)方(fang)式。通過(guo)安(an)裝在(zai)車(che)輛擋(dang)風玻璃上的(de)(de)(de)車(che)載(zai)單(dan)元與安(an)裝在(zai)收(shou)費(fei)站 ETC 車(che)道上的(de)(de)(de)路(lu)側(ce)單(dan)元之間的(de)(de)(de)微(wei)波專用短程通訊(xun),利用計算(suan)機聯網技術與銀行(xing)進(jin)行(xing)后臺結算(suan)處理,從而(er)達(da)到(dao)車(che)輛通過(guo)路(lu)橋收(shou)費(fei)站不需停車(che)就能繳納路(lu)橋費(fei)的(de)(de)(de)目(mu)(mu)的(de)(de)(de)。
本(ben)文將著重(zhong)介紹一下ETC系統中的車(che)載單(dan)(dan)元OBU設(she)(she)備及OBU設(she)(she)備中記錄(lu)車(che)輛信息和用戶(hu)信息的ESAM單(dan)(dan)元。
ETC系(xi)統組成(cheng)及工作原理
ETC系統由前端系統和后臺數據(ju)庫系統組成,總體的架(jia)構(gou)如下圖所示:
前端系(xi)統(tong)包含安裝在汽車擋(dang)風玻璃上的車載單(dan)(dan)元(On Board Unit,簡(jian)稱OBU)、路側單(dan)(dan)元(Roadside Unit,簡(jian)稱RSU)以及車道控制器組成,前端應用系(xi)統(tong)總體架(jia)構如下圖所示:
以自動(dong)欄桿島(dao)內布局模式這種形式的ETC車道為例,介紹一下車輛通行的原理,自動(dong)欄桿島(dao)內布局模式如下圖所示:
當(dang)車(che)(che)(che)(che)輛駛(shi)(shi)入(ru)到ETC天線(xian)(xian)通信(xin)(xin)(xin)區域時,地感線(xian)(xian)圈感知車(che)(che)(che)(che)輛到來(lai)或離開,并把信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)傳(chuan)遞給(gei)車(che)(che)(che)(che)道(dao)控(kong)制(zhi)器,車(che)(che)(che)(che)道(dao)控(kong)制(zhi)器控(kong)制(zhi)RSU通過DSRC信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)與車(che)(che)(che)(che)輛上的(de)OBU建立通信(xin)(xin)(xin)鏈(lian)路(lu),完成雙(shuang)向認證以及入(ru)口/出(chu)口信(xin)(xin)(xin)息寫入(ru),上傳(chuan)獲取到的(de)相關的(de)信(xin)(xin)(xin)息如汽車(che)(che)(che)(che)ID號(hao)(hao)、車(che)(che)(che)(che)型、車(che)(che)(che)(che)牌號(hao)(hao)等信(xin)(xin)(xin)息到中(zhong)心管(guan)理(li)系(xi)統和數據(ju)庫中(zhong)的(de)相應信(xin)(xin)(xin)息進(jin)行(xing)(xing)比較判斷(duan),根據(ju)不(bu)同情(qing)況來(lai)控(kong)制(zhi)管(guan)理(li)系(xi)統產生不(bu)同的(de)動(dong)(dong)作,如計(ji)算機收(shou)費管(guan)理(li)系(xi)統從該車(che)(che)(che)(che)的(de)賬戶中(zhong)扣除此次應交的(de)過路(lu)費,或送出(chu)指(zhi)令給(gei)其(qi)它(ta)輔(fu)助設施工作。其(qi)它(ta)輔(fu)助設施如:違章(zhang)車(che)(che)(che)(che)輛攝像系(xi)統,自(zi)動(dong)(dong)控(kong)制(zhi)欄桿或其(qi)它(ta)障礙(ai),交通顯示(shi)設備(bei)(紅、黃、綠(lv)燈等設備(bei))指(zhi)示(shi)車(che)(che)(che)(che)輛行(xing)(xing)駛(shi)(shi)。
OBU系統組(zu)成(cheng)
OBU按用(yong)(yong)戶卡(ka)的(de)(de)(de)類型來分類,可以分為(wei)雙片式OBU和多(duo)(duo)邏輯(ji)通(tong)(tong)(tong)道(dao)OBU,雙片式OBU的(de)(de)(de)用(yong)(yong)戶卡(ka)與(yu)ESAM是(shi)分開的(de)(de)(de),會有一張單(dan)獨的(de)(de)(de)用(yong)(yong)戶卡(ka)插入到OBU設(she)備(bei)中;多(duo)(duo)邏輯(ji)通(tong)(tong)(tong)道(dao)是(shi)采(cai)用(yong)(yong)多(duo)(duo)邏輯(ji)通(tong)(tong)(tong)道(dao)合成技(ji)術把用(yong)(yong)戶卡(ka)和ESAM合成到了一個ESAM中。按安(an)裝(zhuang)的(de)(de)(de)階段來分,可以分為(wei)前裝(zhuang)OBU與(yu)后(hou)裝(zhuang)OBU,前裝(zhuang)OBU即在(zai)汽車(che)(che)(che)出廠前OBU已經(jing)安(an)裝(zhuang)好,OBU整機需(xu)要通(tong)(tong)(tong)過車(che)(che)(che)規級的(de)(de)(de)認證(zheng);后(hou)裝(zhuang)OBU則是(shi)汽車(che)(che)(che)出廠后(hou)安(an)裝(zhuang)的(de)(de)(de),沒(mei)有車(che)(che)(che)規級認證(zheng)的(de)(de)(de)限制。雖然(ran)OBU分類看起來很復雜,但是(shi)總(zong)體(ti)的(de)(de)(de)架(jia)構(gou)并沒(mei)有太大(da)的(de)(de)(de)差(cha)別(bie),OBU的(de)(de)(de)架(jia)構(gou)大(da)致如下圖(以多(duo)(duo)邏輯(ji)通(tong)(tong)(tong)道(dao)OBU為(wei)例)所示:
OBU包(bao)含主(zhu)控MCU、ESAM/ICC,RF、藍牙、電源及一些(xie)外圍的器件(jian)組(zu)成。主(zhu)控MCU實現了OBU的整體邏輯、提供ESAM至RSU信息轉發功能(neng)。
ESAM邏(luo)輯單(dan)(dan)元,本質是(shi)一(yi)個安(an)全(quan)(quan)單(dan)(dan)元,存儲了(le)車輛信息(xi)、發行信息(xi)等(deng)數(shu)據,這些數(shu)據在滿足安(an)全(quan)(quan)條件下可(ke)(ke)讀可(ke)(ke)寫。
ICC邏輯(ji)單元,本質是(shi)一(yi)個電子錢包(bao)卡(ka)(ka)(ka),分為(wei)記(ji)(ji)賬(zhang)(zhang)卡(ka)(ka)(ka)和儲(chu)值(zhi)卡(ka)(ka)(ka),記(ji)(ji)賬(zhang)(zhang)卡(ka)(ka)(ka)中(zhong)記(ji)(ji)有用(yong)戶(hu)(hu)(hu)ID等基(ji)本信(xin)息(xi),用(yong)戶(hu)(hu)(hu)可(ke)用(yong)此(ci)卡(ka)(ka)(ka)在收費車(che)道先(xian)行記(ji)(ji)賬(zhang)(zhang),其消(xiao)費金額將(jiang)從用(yong)戶(hu)(hu)(hu)預(yu)(yu)付(fu)的(de)賬(zhang)(zhang)戶(hu)(hu)(hu)中(zhong)扣(kou)除(chu)(預(yu)(yu)付(fu)方式),或(huo)在之后一(yi)并(bing)結算(suan)(后付(fu)方式);儲(chu)值(zhi)卡(ka)(ka)(ka)中(zhong)有用(yong)戶(hu)(hu)(hu)在賬(zhang)(zhang)戶(hu)(hu)(hu)中(zhong)預(yu)(yu)存(cun)的(de)一(yi)定金額,卡(ka)(ka)(ka)中(zhong)記(ji)(ji)有用(yong)戶(hu)(hu)(hu)ID和儲(chu)值(zhi)信(xin)息(xi),用(yong)戶(hu)(hu)(hu)可(ke)用(yong)此(ci)卡(ka)(ka)(ka)在收費車(che)道直接(jie)付(fu)款,其消(xiao)費金額將(jiang)從卡(ka)(ka)(ka)中(zhong)扣(kou)除(chu),同時從用(yong)戶(hu)(hu)(hu)預(yu)(yu)存(cun)的(de)賬(zhang)(zhang)戶(hu)(hu)(hu)中(zhong)扣(kou)除(chu)。
對于雙片式OBU而(er)言, ESAM邏(luo)(luo)(luo)輯(ji)(ji)單(dan)元(yuan)和(he)ICC邏(luo)(luo)(luo)輯(ji)(ji)單(dan)元(yuan)是兩個單(dan)獨的器件(jian)。而(er)對于多邏(luo)(luo)(luo)輯(ji)(ji)通(tong)(tong)道(dao)OBU而(er)言,ESAM邏(luo)(luo)(luo)輯(ji)(ji)單(dan)元(yuan)和(he)ICC邏(luo)(luo)(luo)輯(ji)(ji)單(dan)元(yuan)采用了多邏(luo)(luo)(luo)輯(ji)(ji)通(tong)(tong)道(dao)合成(cheng)技術合成(cheng)到了多邏(luo)(luo)(luo)輯(ji)(ji)通(tong)(tong)道(dao)ESAM一(yi)個器件(jian)中。
上海航(hang)芯,多(duo)邏輯通道(dao)ESAM
上海航(hang)芯針(zhen)對ETC系統(tong),研發了兩款多(duo)邏輯(ji)通道OBE-SAM產品(pin)(pin),型(xing)號分別是(shi)ACL16-S8A和ACL16-S8B,ACL16-S8A是(shi)前裝產品(pin)(pin),而ACL16-S8B是(shi)后裝產品(pin)(pin)。產品(pin)(pin)的主(zhu)要(yao)特性如(ru)下:
? 安(an)全(quan)芯片采用32位CPU核
? 支(zhi)持SM4算法(fa)、TDES算法(fa)
? 用戶區數據存儲容量32Kbytes,50萬次擦寫次數
? 支(zhi)持ISO/IEC 7816 T=0通信協議(yi)
? ISO/IEC 7816接(jie)口時鐘不高于15MHz,支持多(duo)種波(bo)特率(外部時鐘頻率3.57MHz情況下,9.6kbps~223.2kbps)
? 支持(chi)多種文(wen)(wen)(wen)件類型,包括二(er)進(jin)制文(wen)(wen)(wen)件、定長(chang)(chang)記(ji)錄(lu)文(wen)(wen)(wen)件、變長(chang)(chang)記(ji)錄(lu)文(wen)(wen)(wen)件、循(xun)環文(wen)(wen)(wen)件
? 支持多種(zhong)安全訪問方式和權限(xian)管理(li)
? 產品符合《收費(fei)(fei)公路(lu)聯網(wang)電子不停(ting)車(che)收費(fei)(fei)技(ji)術要求》
? 產品(pin)符合《ESAM模塊安全評估測試》
? 產品符合《聯(lian)網電子(zi)收費多邏輯通(tong)道OBE-SAM模(mo)塊物理特性測試》
? 安全芯片達到國密二級認證級別
? 安全(quan)芯(xin)片(pian)達到EAL5+認(ren)證級別
? 符(fu)合車規級AEC-Q100Grade1測試(shi)認證(僅(jin)ACL16-S8A)