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航芯方案 | 針對(dui)ETC系統的OBE-SAM模塊設計方案

ETC（Electrical Toll Collection）不停(ting)車(che)收(shou)費是目(mu)前(qian)世界上最(zui)先(xian)進的(de)(de)路橋收(shou)費方式。通過安(an)裝(zhuang)在車(che)輛擋風玻璃上的(de)(de)車(che)載單元與(yu)安(an)裝(zhuang)在收(shou)費站(zhan)(zhan) ETC 車(che)道上的(de)(de)路側單元之間的(de)(de)微波專用(yong)(yong)短程通訊(xun)，利用(yong)(yong)計算(suan)機聯網技術與(yu)銀(yin)行(xing)進行(xing)后臺結算(suan)處理，從(cong)而(er)達到車(che)輛通過路橋收(shou)費站(zhan)(zhan)不需停(ting)車(che)就能繳納路橋費的(de)(de)目(mu)的(de)(de)。

本文將著(zhu)重(zhong)介紹一下ETC系統中的車(che)載單(dan)元OBU設備及OBU設備中記錄(lu)車(che)輛信息和用戶信息的ESAM單(dan)元。

ETC系統組(zu)成及(ji)工(gong)作原(yuan)理

ETC系統由前端系統和后臺數據(ju)庫系統組成(cheng)，總體的架構(gou)如(ru)下(xia)圖所示(shi)：

前端系統包含安(an)裝在(zai)汽車(che)(che)擋風玻(bo)璃上的車(che)(che)載單元(yuan)（On Board Unit，簡(jian)稱OBU）、路(lu)側單元(yuan)（Roadside Unit，簡(jian)稱RSU）以及車(che)(che)道控制器組成，前端應(ying)用系統總體架構(gou)如下圖所示：

以自動(dong)欄(lan)桿島內布(bu)局(ju)模式這種(zhong)形式的ETC車(che)道為例，介紹一下車(che)輛通行的原理(li)，自動(dong)欄(lan)桿島內布(bu)局(ju)模式如下圖所(suo)示：

當車(che)輛(liang)(liang)駛入(ru)(ru)到(dao)ETC天線通信(xin)區域時，地感(gan)線圈感(gan)知車(che)輛(liang)(liang)到(dao)來或(huo)(huo)離開，并把信(xin)號(hao)傳遞給(gei)(gei)車(che)道(dao)控(kong)制器，車(che)道(dao)控(kong)制器控(kong)制RSU通過DSRC信(xin)號(hao)與車(che)輛(liang)(liang)上的(de)(de)(de)OBU建立(li)通信(xin)鏈(lian)路，完成雙(shuang)向認(ren)證以及入(ru)(ru)口(kou)/出口(kou)信(xin)息寫入(ru)(ru)，上傳獲(huo)取到(dao)的(de)(de)(de)相(xiang)關的(de)(de)(de)信(xin)息如(ru)汽車(che)ID號(hao)、車(che)型(xing)、車(che)牌號(hao)等信(xin)息到(dao)中(zhong)心管理系統和數(shu)據庫中(zhong)的(de)(de)(de)相(xiang)應(ying)信(xin)息進行(xing)比(bi)較判斷，根(gen)據不同情(qing)況來控(kong)制管理系統產生不同的(de)(de)(de)動作，如(ru)計算機收費管理系統從該車(che)的(de)(de)(de)賬戶中(zhong)扣除此次(ci)應(ying)交的(de)(de)(de)過路費，或(huo)(huo)送出指令(ling)給(gei)(gei)其(qi)它(ta)(ta)輔助設(she)施工(gong)作。其(qi)它(ta)(ta)輔助設(she)施如(ru)：違章車(che)輛(liang)(liang)攝像(xiang)系統，自動控(kong)制欄桿或(huo)(huo)其(qi)它(ta)(ta)障礙，交通顯(xian)示設(she)備（紅、黃、綠(lv)燈等設(she)備）指示車(che)輛(liang)(liang)行(xing)駛。

OBU系統(tong)組成

OBU按(an)用戶卡(ka)的(de)(de)(de)類(lei)型來分(fen)(fen)類(lei)，可以分(fen)(fen)為(wei)雙(shuang)片式(shi)OBU和多(duo)邏輯(ji)(ji)通(tong)道OBU，雙(shuang)片式(shi)OBU的(de)(de)(de)用戶卡(ka)與ESAM是(shi)分(fen)(fen)開(kai)的(de)(de)(de)，會(hui)有(you)(you)一張單獨的(de)(de)(de)用戶卡(ka)插入到(dao)OBU設備中(zhong)；多(duo)邏輯(ji)(ji)通(tong)道是(shi)采(cai)用多(duo)邏輯(ji)(ji)通(tong)道合成技術把用戶卡(ka)和ESAM合成到(dao)了一個(ge)ESAM中(zhong)。按(an)安裝的(de)(de)(de)階(jie)段來分(fen)(fen)，可以分(fen)(fen)為(wei)前(qian)(qian)裝OBU與后(hou)裝OBU，前(qian)(qian)裝OBU即在汽車出廠前(qian)(qian)OBU已(yi)經安裝好，OBU整機(ji)需(xu)要通(tong)過車規(gui)級的(de)(de)(de)認證(zheng)(zheng)；后(hou)裝OBU則(ze)是(shi)汽車出廠后(hou)安裝的(de)(de)(de)，沒有(you)(you)車規(gui)級認證(zheng)(zheng)的(de)(de)(de)限制(zhi)。雖(sui)然OBU分(fen)(fen)類(lei)看(kan)起來很復(fu)雜，但是(shi)總體的(de)(de)(de)架(jia)構(gou)并沒有(you)(you)太大的(de)(de)(de)差別，OBU的(de)(de)(de)架(jia)構(gou)大致如下圖（以多(duo)邏輯(ji)(ji)通(tong)道OBU為(wei)例(li)）所(suo)示：

OBU包含(han)主(zhu)控MCU、ESAM/ICC，RF、藍牙、電源及一些外(wai)圍的器件(jian)組成(cheng)。主(zhu)控MCU實現(xian)了(le)OBU的整體邏輯、提(ti)供ESAM至RSU信息轉發功(gong)能。

ESAM邏(luo)輯單元，本質是一(yi)個安(an)全單元，存(cun)儲(chu)了車(che)輛信息、發行信息等(deng)數據，這些數據在滿足安(an)全條件下(xia)可(ke)讀可(ke)寫。

ICC邏輯單元，本質是一個電(dian)子錢包卡(ka)(ka)，分為記賬卡(ka)(ka)和(he)儲(chu)值卡(ka)(ka)，記賬卡(ka)(ka)中(zhong)(zhong)(zhong)記有用(yong)(yong)戶(hu)(hu)ID等基本信息，用(yong)(yong)戶(hu)(hu)可(ke)用(yong)(yong)此卡(ka)(ka)在(zai)收(shou)費(fei)車道先行記賬，其消(xiao)費(fei)金額(e)將(jiang)從(cong)(cong)(cong)用(yong)(yong)戶(hu)(hu)預(yu)(yu)付的賬戶(hu)(hu)中(zhong)(zhong)(zhong)扣(kou)除(chu)（預(yu)(yu)付方式），或在(zai)之后(hou)一并結(jie)算（后(hou)付方式）；儲(chu)值卡(ka)(ka)中(zhong)(zhong)(zhong)有用(yong)(yong)戶(hu)(hu)在(zai)賬戶(hu)(hu)中(zhong)(zhong)(zhong)預(yu)(yu)存的一定金額(e)，卡(ka)(ka)中(zhong)(zhong)(zhong)記有用(yong)(yong)戶(hu)(hu)ID和(he)儲(chu)值信息，用(yong)(yong)戶(hu)(hu)可(ke)用(yong)(yong)此卡(ka)(ka)在(zai)收(shou)費(fei)車道直接付款，其消(xiao)費(fei)金額(e)將(jiang)從(cong)(cong)(cong)卡(ka)(ka)中(zhong)(zhong)(zhong)扣(kou)除(chu)，同時從(cong)(cong)(cong)用(yong)(yong)戶(hu)(hu)預(yu)(yu)存的賬戶(hu)(hu)中(zhong)(zhong)(zhong)扣(kou)除(chu)。

對(dui)于雙片式OBU而(er)言， ESAM邏(luo)輯(ji)單元(yuan)和ICC邏(luo)輯(ji)單元(yuan)是兩(liang)個單獨(du)的器件。而(er)對(dui)于多(duo)邏(luo)輯(ji)通道OBU而(er)言，ESAM邏(luo)輯(ji)單元(yuan)和ICC邏(luo)輯(ji)單元(yuan)采用(yong)了多(duo)邏(luo)輯(ji)通道合成(cheng)技術合成(cheng)到了多(duo)邏(luo)輯(ji)通道ESAM一(yi)個器件中。

上海航芯，多邏輯通道ESAM

上海(hai)航芯針對ETC系統(tong)，研發(fa)了兩款(kuan)多邏輯通道(dao)OBE-SAM產品(pin)(pin)(pin)，型號分(fen)別是(shi)ACL16-S8A和(he)ACL16-S8B，ACL16-S8A是(shi)前(qian)裝產品(pin)(pin)(pin)，而(er)ACL16-S8B是(shi)后(hou)裝產品(pin)(pin)(pin)。產品(pin)(pin)(pin)的(de)主要特性(xing)如下(xia)：

? 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(cun)儲容量32Kbytes，50萬次擦寫次數

? 支持ISO/IEC 7816 T=0通(tong)信協議(yi)

? ISO/IEC 7816接口(kou)時鐘不高于(yu)15MHz，支持多種(zhong)波特率（外部時鐘頻率3.57MHz情況下(xia)，9.6kbps~223.2kbps）

? 支持多(duo)種文件類型，包(bao)括二進制文件、定長記錄文件、變長記錄文件、循(xun)環(huan)文件

? 支持多種安全訪問方式和權(quan)限管(guan)理(li)

? 產品(pin)符合《收(shou)費公路聯網電(dian)子不停車收(shou)費技術要求(qiu)》

? 產品符合《ESAM模塊安全評估測試》

? 產品符合《聯(lian)網(wang)電子(zi)收(shou)費多(duo)邏(luo)輯通道OBE-SAM模(mo)塊物理特性(xing)測試》

? 安全芯片達到國密二(er)級(ji)認(ren)證(zheng)級(ji)別

? 安全芯片達到(dao)EAL5+認證級別

? 符(fu)合車規級AEC-Q100Grade1測試認(ren)證(僅ACL16-S8A)