航(hang)芯(xin)方(fang)案(an) | 針對ETC系統的(de)OBE-SAM模塊設計方(fang)案(an)
ETC(Electrical Toll Collection)不停車(che)(che)(che)收(shou)(shou)費(fei)是目前(qian)世界上(shang)最先(xian)進的路橋收(shou)(shou)費(fei)方式。通過安裝在車(che)(che)(che)輛擋風玻璃上(shang)的車(che)(che)(che)載單元與(yu)安裝在收(shou)(shou)費(fei)站(zhan) ETC 車(che)(che)(che)道上(shang)的路側單元之間的微(wei)波專用短(duan)程(cheng)通訊,利(li)用計算(suan)(suan)機(ji)聯(lian)網(wang)技術與(yu)銀行(xing)進行(xing)后臺結算(suan)(suan)處理,從而(er)達到(dao)車(che)(che)(che)輛通過路橋收(shou)(shou)費(fei)站(zhan)不需停車(che)(che)(che)就能繳納(na)路橋費(fei)的目的。
本文將著重介(jie)紹(shao)一(yi)下ETC系統中(zhong)的(de)車載單元(yuan)(yuan)OBU設(she)備(bei)及OBU設(she)備(bei)中(zhong)記錄車輛信(xin)(xin)息和用(yong)戶信(xin)(xin)息的(de)ESAM單元(yuan)(yuan)。
ETC系(xi)統組成(cheng)及工(gong)作原理
ETC系統由前端系統和后臺(tai)數(shu)據庫系統組成(cheng),總體的(de)架構(gou)如下(xia)圖所示:
前(qian)端(duan)系統(tong)包含安裝在(zai)汽車擋風玻璃(li)上的車載(zai)單(dan)元(yuan)(yuan)(On Board Unit,簡稱OBU)、路側(ce)單(dan)元(yuan)(yuan)(Roadside Unit,簡稱RSU)以及車道控制器組成,前(qian)端(duan)應(ying)用系統(tong)總體架構如下圖所示:
以自(zi)動(dong)欄桿島內布(bu)局模(mo)(mo)式(shi)這種形式(shi)的ETC車道為(wei)例,介紹(shao)一下(xia)車輛(liang)通行的原理,自(zi)動(dong)欄桿島內布(bu)局模(mo)(mo)式(shi)如(ru)下(xia)圖所示(shi):
當車(che)(che)(che)(che)(che)輛駛入(ru)(ru)(ru)到ETC天(tian)線通(tong)(tong)(tong)(tong)信(xin)(xin)區域時,地感線圈(quan)感知車(che)(che)(che)(che)(che)輛到來或(huo)離開,并(bing)把(ba)信(xin)(xin)號(hao)傳(chuan)遞給(gei)車(che)(che)(che)(che)(che)道(dao)控制(zhi)器,車(che)(che)(che)(che)(che)道(dao)控制(zhi)器控制(zhi)RSU通(tong)(tong)(tong)(tong)過DSRC信(xin)(xin)號(hao)與車(che)(che)(che)(che)(che)輛上的(de)OBU建立(li)通(tong)(tong)(tong)(tong)信(xin)(xin)鏈路,完成(cheng)雙(shuang)向認(ren)證以及入(ru)(ru)(ru)口/出(chu)口信(xin)(xin)息(xi)(xi)寫入(ru)(ru)(ru),上傳(chuan)獲(huo)取到的(de)相關的(de)信(xin)(xin)息(xi)(xi)如(ru)(ru)汽車(che)(che)(che)(che)(che)ID號(hao)、車(che)(che)(che)(che)(che)型(xing)、車(che)(che)(che)(che)(che)牌號(hao)等(deng)信(xin)(xin)息(xi)(xi)到中(zhong)心管理(li)(li)(li)系(xi)統(tong)和數據(ju)庫中(zhong)的(de)相應信(xin)(xin)息(xi)(xi)進行比較判(pan)斷,根據(ju)不同(tong)(tong)情況來控制(zhi)管理(li)(li)(li)系(xi)統(tong)產生不同(tong)(tong)的(de)動(dong)作(zuo),如(ru)(ru)計(ji)算機收費(fei)管理(li)(li)(li)系(xi)統(tong)從該車(che)(che)(che)(che)(che)的(de)賬戶中(zhong)扣除(chu)此(ci)次應交的(de)過路費(fei),或(huo)送出(chu)指令給(gei)其它(ta)輔(fu)助設(she)施工作(zuo)。其它(ta)輔(fu)助設(she)施如(ru)(ru):違章車(che)(che)(che)(che)(che)輛攝像系(xi)統(tong),自動(dong)控制(zhi)欄桿或(huo)其它(ta)障礙,交通(tong)(tong)(tong)(tong)顯(xian)示設(she)備(紅、黃、綠(lv)燈等(deng)設(she)備)指示車(che)(che)(che)(che)(che)輛行駛。
OBU系統組成
OBU按用戶卡的(de)(de)(de)類(lei)型來分類(lei),可(ke)以(yi)(yi)分為雙片式(shi)OBU和多(duo)邏輯(ji)通道OBU,雙片式(shi)OBU的(de)(de)(de)用戶卡與ESAM是(shi)分開的(de)(de)(de),會(hui)有(you)一張單獨的(de)(de)(de)用戶卡插入到OBU設備中(zhong)(zhong);多(duo)邏輯(ji)通道是(shi)采用多(duo)邏輯(ji)通道合成技術(shu)把用戶卡和ESAM合成到了一個ESAM中(zhong)(zhong)。按安裝(zhuang)的(de)(de)(de)階段(duan)來分,可(ke)以(yi)(yi)分為前(qian)裝(zhuang)OBU與后(hou)裝(zhuang)OBU,前(qian)裝(zhuang)OBU即(ji)在(zai)汽車出廠前(qian)OBU已經安裝(zhuang)好(hao),OBU整機需要通過車規(gui)級的(de)(de)(de)認證(zheng);后(hou)裝(zhuang)OBU則是(shi)汽車出廠后(hou)安裝(zhuang)的(de)(de)(de),沒(mei)有(you)車規(gui)級認證(zheng)的(de)(de)(de)限制(zhi)。雖然(ran)OBU分類(lei)看起來很復雜,但是(shi)總體的(de)(de)(de)架(jia)構并(bing)沒(mei)有(you)太(tai)大(da)的(de)(de)(de)差(cha)別,OBU的(de)(de)(de)架(jia)構大(da)致如下圖(tu)(以(yi)(yi)多(duo)邏輯(ji)通道OBU為例)所示:
OBU包含主控(kong)MCU、ESAM/ICC,RF、藍(lan)牙、電源及一(yi)些外圍的器件組成。主控(kong)MCU實現了OBU的整體(ti)邏輯、提供(gong)ESAM至RSU信息(xi)轉發功能。
ESAM邏輯單(dan)元,本質是一個安(an)全(quan)單(dan)元,存儲了車輛信息(xi)、發行信息(xi)等(deng)數(shu)據(ju),這些數(shu)據(ju)在滿足安(an)全(quan)條件下可讀可寫。
ICC邏輯單元,本(ben)質是一(yi)(yi)個電子(zi)錢包(bao)卡(ka)(ka),分為記賬(zhang)卡(ka)(ka)和儲(chu)值卡(ka)(ka),記賬(zhang)卡(ka)(ka)中記有用(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)(hu)(hu)ID等基(ji)本(ben)信息,用(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)(hu)(hu)可(ke)用(yong)(yong)(yong)此卡(ka)(ka)在(zai)(zai)收(shou)費車(che)道先行記賬(zhang),其消費金額將(jiang)從(cong)(cong)用(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)(hu)(hu)預付(fu)的(de)賬(zhang)戶(hu)(hu)(hu)(hu)中扣除(chu)(預付(fu)方式(shi)),或(huo)在(zai)(zai)之后(hou)一(yi)(yi)并結算(后(hou)付(fu)方式(shi));儲(chu)值卡(ka)(ka)中有用(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)(hu)(hu)在(zai)(zai)賬(zhang)戶(hu)(hu)(hu)(hu)中預存的(de)一(yi)(yi)定金額,卡(ka)(ka)中記有用(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)(hu)(hu)ID和儲(chu)值信息,用(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)(hu)(hu)可(ke)用(yong)(yong)(yong)此卡(ka)(ka)在(zai)(zai)收(shou)費車(che)道直接付(fu)款,其消費金額將(jiang)從(cong)(cong)卡(ka)(ka)中扣除(chu),同時從(cong)(cong)用(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)(hu)(hu)預存的(de)賬(zhang)戶(hu)(hu)(hu)(hu)中扣除(chu)。
對于雙片(pian)式OBU而言, ESAM邏(luo)(luo)輯(ji)(ji)單(dan)元(yuan)和ICC邏(luo)(luo)輯(ji)(ji)單(dan)元(yuan)是兩個單(dan)獨的器件。而對于多(duo)(duo)邏(luo)(luo)輯(ji)(ji)通道OBU而言,ESAM邏(luo)(luo)輯(ji)(ji)單(dan)元(yuan)和ICC邏(luo)(luo)輯(ji)(ji)單(dan)元(yuan)采(cai)用了(le)多(duo)(duo)邏(luo)(luo)輯(ji)(ji)通道合成(cheng)技術合成(cheng)到了(le)多(duo)(duo)邏(luo)(luo)輯(ji)(ji)通道ESAM一個器件中。
上海航(hang)芯,多邏輯通道ESAM
上(shang)海航芯針(zhen)對ETC系統(tong),研發了兩款多邏(luo)輯通道(dao)OBE-SAM產品(pin)(pin),型號分別是(shi)ACL16-S8A和ACL16-S8B,ACL16-S8A是(shi)前(qian)裝產品(pin)(pin),而ACL16-S8B是(shi)后(hou)裝產品(pin)(pin)。產品(pin)(pin)的主要特性如下:
? 安全芯片采用32位CPU核(he)
? 支持SM4算法(fa)、TDES算法(fa)
? 用戶區數據存儲(chu)容(rong)量32Kbytes,50萬次擦寫次數
? 支(zhi)持ISO/IEC 7816 T=0通信協議
? ISO/IEC 7816接(jie)口時鐘(zhong)不高于15MHz,支(zhi)持多種(zhong)波特率(外(wai)部時鐘(zhong)頻(pin)率3.57MHz情(qing)況下,9.6kbps~223.2kbps)
? 支持多種文(wen)(wen)件(jian)(jian)類型,包括二進制文(wen)(wen)件(jian)(jian)、定長記(ji)錄文(wen)(wen)件(jian)(jian)、變長記(ji)錄文(wen)(wen)件(jian)(jian)、循環文(wen)(wen)件(jian)(jian)
? 支持多種安全訪問(wen)方式和權限(xian)管理
? 產品符合《收費(fei)公路聯網電子(zi)不停(ting)車收費(fei)技術(shu)要求》
? 產品符(fu)合《ESAM模(mo)塊安全評估(gu)測試》
? 產品符合《聯網電子收費多邏輯(ji)通(tong)道OBE-SAM模塊物理特性測試》
? 安全芯片達到(dao)國密二級認證級別(bie)
? 安全芯(xin)片達到EAL5+認證級別
? 符合車規級AEC-Q100Grade1測試(shi)認證(僅ACL16-S8A)