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航芯方案(an) | 針對ETC系統(tong)的OBE-SAM模塊設計方案(an)

ETC（Electrical Toll Collection）不停(ting)車(che)收(shou)費是目前世界上(shang)(shang)最先進(jin)的(de)(de)(de)路橋收(shou)費方式。通(tong)過(guo)安(an)裝在車(che)輛(liang)擋風玻(bo)璃上(shang)(shang)的(de)(de)(de)車(che)載單元與安(an)裝在收(shou)費站 ETC 車(che)道上(shang)(shang)的(de)(de)(de)路側單元之間的(de)(de)(de)微波專(zhuan)用短程通(tong)訊(xun)，利用計算(suan)機聯網技術與銀行進(jin)行后臺結算(suan)處(chu)理，從而達到車(che)輛(liang)通(tong)過(guo)路橋收(shou)費站不需停(ting)車(che)就(jiu)能繳納路橋費的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。

本文將(jiang)著(zhu)重介(jie)紹(shao)一下ETC系統中的(de)(de)車(che)載單元(yuan)OBU設備(bei)及OBU設備(bei)中記(ji)錄車(che)輛信息和用戶(hu)信息的(de)(de)ESAM單元(yuan)。

ETC系統組成及工作原理

ETC系統由前端系統和后臺數據(ju)庫系統組成，總體的架(jia)構如下圖所示：

前端系統包含(han)安裝在汽(qi)車(che)擋風玻璃上的車(che)載單(dan)(dan)元（On Board Unit，簡稱OBU）、路側單(dan)(dan)元（Roadside Unit，簡稱RSU）以及車(che)道控制器組(zu)成，前端應用系統總體架構如(ru)下(xia)圖所示：

以(yi)自動(dong)(dong)欄桿島內布(bu)局(ju)模式這種形式的ETC車道為例，介紹一(yi)下(xia)車輛通行的原理，自動(dong)(dong)欄桿島內布(bu)局(ju)模式如下(xia)圖(tu)所示(shi)：

當車(che)(che)(che)輛(liang)(liang)駛(shi)入(ru)到ETC天線通信(xin)(xin)區域時，地感線圈感知(zhi)車(che)(che)(che)輛(liang)(liang)到來或離開，并把信(xin)(xin)號傳遞給(gei)車(che)(che)(che)道(dao)(dao)控制器，車(che)(che)(che)道(dao)(dao)控制器控制RSU通過DSRC信(xin)(xin)號與(yu)車(che)(che)(che)輛(liang)(liang)上的OBU建立通信(xin)(xin)鏈路(lu)，完(wan)成雙向認(ren)證以(yi)及入(ru)口(kou)/出口(kou)信(xin)(xin)息(xi)寫入(ru)，上傳獲取(qu)到的相(xiang)關的信(xin)(xin)息(xi)如汽車(che)(che)(che)ID號、車(che)(che)(che)型(xing)、車(che)(che)(che)牌號等信(xin)(xin)息(xi)到中心(xin)管(guan)理系統(tong)和數據庫中的相(xiang)應(ying)信(xin)(xin)息(xi)進(jin)行比較判斷(duan)，根據不同情況來控制管(guan)理系統(tong)產生不同的動作，如計算機(ji)收費管(guan)理系統(tong)從該(gai)車(che)(che)(che)的賬(zhang)戶中扣(kou)除此次(ci)應(ying)交(jiao)的過路(lu)費，或送出指(zhi)令給(gei)其(qi)它(ta)輔助(zhu)設(she)施工作。其(qi)它(ta)輔助(zhu)設(she)施如：違章車(che)(che)(che)輛(liang)(liang)攝像系統(tong)，自動控制欄(lan)桿或其(qi)它(ta)障礙，交(jiao)通顯(xian)示設(she)備（紅、黃、綠燈等設(she)備）指(zhi)示車(che)(che)(che)輛(liang)(liang)行駛(shi)。

OBU系(xi)統組成

OBU按用(yong)戶卡(ka)的(de)(de)(de)(de)類(lei)型來分(fen)類(lei)，可(ke)以(yi)分(fen)為(wei)雙片式(shi)(shi)OBU和多(duo)邏(luo)輯通(tong)(tong)(tong)道(dao)(dao)OBU，雙片式(shi)(shi)OBU的(de)(de)(de)(de)用(yong)戶卡(ka)與(yu)ESAM是(shi)分(fen)開的(de)(de)(de)(de)，會有一(yi)張(zhang)單獨(du)的(de)(de)(de)(de)用(yong)戶卡(ka)插入(ru)到OBU設備(bei)中(zhong)；多(duo)邏(luo)輯通(tong)(tong)(tong)道(dao)(dao)是(shi)采用(yong)多(duo)邏(luo)輯通(tong)(tong)(tong)道(dao)(dao)合(he)成(cheng)技術把(ba)用(yong)戶卡(ka)和ESAM合(he)成(cheng)到了(le)一(yi)個ESAM中(zhong)。按安裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)(de)階段(duan)來分(fen)，可(ke)以(yi)分(fen)為(wei)前(qian)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)OBU與(yu)后(hou)(hou)(hou)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)OBU，前(qian)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)OBU即在(zai)汽車(che)(che)出廠前(qian)OBU已經安裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)好，OBU整機(ji)需要通(tong)(tong)(tong)過車(che)(che)規(gui)級的(de)(de)(de)(de)認(ren)證；后(hou)(hou)(hou)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)OBU則是(shi)汽車(che)(che)出廠后(hou)(hou)(hou)安裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)(de)，沒有車(che)(che)規(gui)級認(ren)證的(de)(de)(de)(de)限制。雖(sui)然OBU分(fen)類(lei)看起來很復雜，但(dan)是(shi)總體的(de)(de)(de)(de)架構并沒有太大(da)的(de)(de)(de)(de)差別，OBU的(de)(de)(de)(de)架構大(da)致(zhi)如下圖（以(yi)多(duo)邏(luo)輯通(tong)(tong)(tong)道(dao)(dao)OBU為(wei)例）所(suo)示：

OBU包含主控MCU、ESAM/ICC，RF、藍牙、電源及一些外圍的(de)器件組成(cheng)。主控MCU實現了OBU的(de)整(zheng)體邏輯(ji)、提供(gong)ESAM至RSU信(xin)息(xi)轉發(fa)功能。

ESAM邏輯單元，本質是一個(ge)安全單元，存儲(chu)了車(che)輛信息、發行(xing)信息等數(shu)據(ju)，這些數(shu)據(ju)在滿(man)足(zu)安全條件下(xia)可讀可寫(xie)。

ICC邏輯(ji)單(dan)元(yuan)，本質(zhi)是一(yi)個電子錢包(bao)卡，分為(wei)記賬(zhang)卡和(he)儲(chu)(chu)值(zhi)(zhi)卡，記賬(zhang)卡中(zhong)記有用(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)(hu)ID等基(ji)本信(xin)息，用(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)(hu)可用(yong)(yong)(yong)此卡在收費車道先(xian)行記賬(zhang)，其消費金(jin)額將從(cong)用(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)(hu)預付的賬(zhang)戶(hu)(hu)(hu)中(zhong)扣(kou)(kou)除（預付方式），或(huo)在之(zhi)后(hou)一(yi)并(bing)結(jie)算（后(hou)付方式）；儲(chu)(chu)值(zhi)(zhi)卡中(zhong)有用(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)(hu)在賬(zhang)戶(hu)(hu)(hu)中(zhong)預存(cun)的一(yi)定金(jin)額，卡中(zhong)記有用(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)(hu)ID和(he)儲(chu)(chu)值(zhi)(zhi)信(xin)息，用(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)(hu)可用(yong)(yong)(yong)此卡在收費車道直接(jie)付款，其消費金(jin)額將從(cong)卡中(zhong)扣(kou)(kou)除，同時(shi)從(cong)用(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)(hu)預存(cun)的賬(zhang)戶(hu)(hu)(hu)中(zhong)扣(kou)(kou)除。

對(dui)(dui)于(yu)雙片式OBU而言， ESAM邏(luo)(luo)輯單元和ICC邏(luo)(luo)輯單元是兩個(ge)單獨的器件(jian)。而對(dui)(dui)于(yu)多(duo)邏(luo)(luo)輯通(tong)道OBU而言，ESAM邏(luo)(luo)輯單元和ICC邏(luo)(luo)輯單元采(cai)用了多(duo)邏(luo)(luo)輯通(tong)道合成技術(shu)合成到了多(duo)邏(luo)(luo)輯通(tong)道ESAM一個(ge)器件(jian)中(zhong)。

上(shang)海航芯，多邏輯通道ESAM

上海航芯針對ETC系統，研發了兩(liang)款多邏輯通道(dao)OBE-SAM產(chan)品(pin)，型號(hao)分別是ACL16-S8A和ACL16-S8B，ACL16-S8A是前裝產(chan)品(pin)，而ACL16-S8B是后裝產(chan)品(pin)。產(chan)品(pin)的主(zhu)要特性如下：

? 安全芯片(pian)采用32位CPU核

? 支(zhi)持SM4算法、TDES算法

? 用戶區(qu)數據存儲(chu)容量32Kbytes，50萬次擦寫次數

? 支持ISO/IEC 7816 T=0通(tong)信協議

? ISO/IEC 7816接(jie)口時鐘不高(gao)于15MHz，支持多種波(bo)特率（外部時鐘頻率3.57MHz情況下，9.6kbps~223.2kbps）

? 支持多種文件類型(xing)，包括二進制文件、定長(chang)記錄文件、變(bian)長(chang)記錄文件、循(xun)環文件

? 支持多(duo)種安全(quan)訪(fang)問方式和(he)權限管理

? 產(chan)品符合《收(shou)費(fei)(fei)公路聯(lian)網電子(zi)不停車收(shou)費(fei)(fei)技術要求(qiu)》

? 產品符合《ESAM模塊安(an)全評估測試》

? 產品符合《聯網電子(zi)收(shou)費多邏輯通(tong)道OBE-SAM模塊(kuai)物理特(te)性測試》

? 安全芯片(pian)達到國密二級(ji)認證級(ji)別(bie)

? 安全芯片達(da)到EAL5+認(ren)證(zheng)級別

? 符合車規(gui)級AEC-Q100Grade1測試認證(僅ACL16-S8A)