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基于嵌入式Linux的汽车行驶记录仪存储系统的设计与实现

作　者: 孙宇航
导　师: 秦贵和
学　校: 吉林大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 嵌入式Linux 非易失性铁电存储器 SD卡设备驱动汽车行驶记录仪
分类号: TP216.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

汽车工业的迅猛发展给人们的生活提供了便利条件,使得人们出行更加方便,物流更加通畅,交通运输行业呈现了空前繁荣的景象。但是日益增加的车辆数量给车辆的管理、监督和检测等相关工作也带来了巨大的压力,据相关资料统计交通事故率逐年提高,这对人们的生命财产安全造成了巨大损失。从上个世纪70年代开始,欧洲首先使用了汽车行驶记录仪,有效的减少了交通事故的发生,在一定程度上为人们的生命财产安全提供了有效保障,同时带来了显著的社会效益和经济效益。我国在2003年开始实施的《汽车行驶记录仪国家标准》GB/T19056-2003规定对于客车和载货汽车等车辆应当逐步安装、使用符合国家有关标准的汽车行驶记录仪。汽车行驶记录仪可以记录车辆在行驶过程中的速度、里程、驾驶员信息、疲劳驾驶时间等状态信息。它记录的信息能够长期的保存在存储设备中,并通过GPRS、串口等接口实现记录信息的输出,可以提醒驾驶员避免疲劳驾驶,为交通事故的鉴定提供准确有效的现场数据。随着人们对车辆安全性要求的不断提高,汽车行驶记录仪应具有更多的功能,传统的非智能汽车行驶记录仪已经不能满足市场的需求。本文依托于汽车行驶记录仪项目,该记录仪采用ARM9架构的Atmel SAM9260处理器,以嵌入式Linux操作系统为软件平台。SAM9260具有丰富的外部接口,扩展性强,运行稳定,是一款工业级的处理器；嵌入式Linux操作系统支持多种处理器架构及广泛的外围硬件设备,并且由于Linux内核的开源性可以降低项目开发成本。项目中采用非易失性铁电存储器(Ferroelectric Nonvolatile RAM, FRAM)和SD卡作为外部存储设备,这样能够满足汽车行驶记录仪记录车辆信息的实时性、准确性的要求。FRAM存储车辆行驶疑点数据和驾驶员疲劳信息,SD卡存储配置文件和汽车状态数据。这些数据需要满足高实时性,其中汽车疑点数据每200ms向FRAM写一次,误差不能超过10ms；驾驶员疲劳时记录仪需要向FRAM写入疲劳驾驶记录,当服务端请求疑点数据或疲劳驾驶记录时需要从FRAM中读取数据。当系统修改配置文件时需要重新写入配置文件到SD卡中；汽车状态数据需要以1min为时间间隔持续写入SD卡,记录时间误差不能超过5s。FRAM的优点是支持实时存储且同时具有ROM和RAM的特性。易失性记忆体像SRAM和DRAM在掉电的情况下将丢失数据,车辆在行驶过程中如果遇到特殊的情况很可能会导致系统掉电,FRAM具有在没有电源的情况下保存数据45年的能力。因此,FRAM对易失性数据具有更稳定的保护能力。非易失性记忆体EEPROM和FLASH能在断电以后保存数据,但是这些存储体都有写入缓慢、写入次数有限、写入操作功耗大等缺点。FRAM读写速度快,可以像RAM那样操作,具有10亿次以上的可重写次数,读写功耗低,写入每个字节需要的能量是EEPROM的千分之一。SD卡具有存储空间大、扩展性强、具有统一的读写协议、更换设备方便、传输速度快、不易脱落等一系列优点。综上所述,笔者对嵌入式Linux操作系统驱动程序设计和FRAM、SD卡的工作原理、硬件特性进行了详细研究之后,设计并实现了将基于嵌入式Linux标准驱动架构与FRAM的底层预处理、读写、控制等工作机制相结合的FRAM设备驱动程序,实现了FRAM设备的注册、读写等功能；根据SD卡读写协议设计了SD卡底层读写操作、初始化以及设备注册等功能。在FRAM和SD卡驱动程序基础之上,本文针对FRAM和SD卡的硬件特性以及系统实时性和功能性需求,设计了信息数据的存储格式,针对嵌入式Linux系统下的设备节点读写与应用特点,完成了具体的应用功能。通过实验对FRAM和SD卡进行一系列相关的功能测试,实验结果表明设备驱动程序能够准确地对目标设备进行识别和有效注册,驱动程序能够稳定运行在嵌入式linux系统下；FRAM和SD卡读写模块运行良好并具有较高的实时性,基本符合《汽车行驶记录仪国家标准》GB/T19056-2003的相关要求。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-14
  1.1 项目背景  11
  1.2 选题依据  11-12
  1.3 本文主要工作  12-13
  1.4 本文组织结构  13-14
第2章嵌入式Linux开发环境及FRAM和SD卡  14-24
  2.1 嵌入式Linux系统简介  14-15
  2.2 嵌入式Linux驱动程序及应用程序开发  15-17
    2.2.1 嵌入式Linux驱动程序框架  15-17
    2.2.2 嵌入式Linux应用程序开发  17
  2.3 开发环境搭建  17-21
    2.3.1 交叉编译环境  18
    2.3.2 MINICOM安装及配置  18-19
    2.3.3 嵌入式Linux内核的配置及移植  19-20
    2.3.4 TFTP和NFS服务配置  20-21
  2.4 FRAM及SD卡  21-24
    2.4.1 FRAM  21-22
    2.4.2 SD卡  22-24
第3章总体设计  24-31
  3.1 硬件总体设计  24-25
  3.2 硬件电路设计  25-27
    3.2.1 FRAM电路设计  25-26
    3.2.2 SD卡电路设计  26-27
  3.3 软件总体设计  27-31
    3.3.1 驱动总体设计  27-29
    3.3.2 FRAM和SD卡读写模块总体设计  29-31
第4章 FRAM和SD卡驱动的实现  31-44
  4.1 FRAM驱动的实现  31-39
    4.1.1 通信机制  31-32
    4.1.2 驱动模块注册过程  32-34
    4.1.3 驱动模块具体实现  34-39
  4.2 SD卡驱动的实现  39-44
    4.2.1 SD卡设备驱动层次结构  39
    4.2.2 驱动模块的注册过程  39-40
    4.2.3 驱动模块具体实现  40-44
第5章 FRAM及SD卡存储记录实现  44-50
  5.1 FRAM读写模块实现  44-47
  5.2 SD卡读写模块实现  47-50
第6章功能测试  50-56
  6.1 FRAM模块测试  50-53
  6.2 SD卡模块测试  53-56
第7章总结与展望  56-57
参考文献  57-59
作者简介及在学期间所取得的科研成果  59-60
致谢  60

基于嵌入式Linux的汽车行驶记录仪存储系统的设计与实现

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