1、引言
　　汽車行駛記錄儀是能夠?qū)囕v行駛速度、時(shí)間、里程及有關(guān)車輛行駛的其他狀態(tài)信息進(jìn)行記錄挂悲、存儲(chǔ)并通過接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出的數(shù)字式電子記錄裝置戒蟆。我國(guó)汽車行駛記錄儀國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19056-2003已經(jīng)于2003年9月1日開始實(shí)施俊戳，對(duì)耐高/低溫和濕熱性、抗振動(dòng)馆匿、抗沖擊抑胎、外殼防護(hù)燥滑、靜電放電抗擾度、輻射抗擾度等25項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定阿逃。由于記錄儀能夠?qū)崟r(shí)地記錄車輛運(yùn)行和駕駛員駕駛活動(dòng)的有關(guān)信息铭拧，因而可在遏制疲勞駕駛、車輛超速等嚴(yán)重交換違章恃锉、約束駕駛?cè)藛T的不良駕駛行為搀菩、預(yù)防道路交通事故、保障車輛行駛安全破托、提高營(yíng)運(yùn)管理水平等諸多方面發(fā)揮重要的作用肪跋，并將為事故分析鑒定提供原始數(shù)據(jù)。汽車行駛記錄儀提供的原始數(shù)據(jù)按時(shí)間先后分為二種：歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)土砂。在事故發(fā)生后的事故分析時(shí)州既，歷史數(shù)據(jù)只是作為事故分析的參考依據(jù)，而分析事故發(fā)生原因和事故責(zé)任的主要依據(jù)則是事故發(fā)生過程的汽車實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)糕加。但是芜溪，汽車事故發(fā)生的時(shí)間非常短暫，而且汽車事故發(fā)生后供電停止烂多。那么明殊，如何得到更多的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和如何在惡劣環(huán)境下繼續(xù)長(zhǎng)時(shí)間保存所得數(shù)據(jù)成為汽車行駛記錄儀的關(guān)鍵。
2盒酷、汽車行駛記錄儀國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求
　　現(xiàn)在實(shí)施的GB/T19056-2003汽車行駛記錄儀國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)即汽車事故實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的記錄提出了明確的要求：記錄儀應(yīng)以不大于0.2s的時(shí)間間隔持續(xù)記錄并存儲(chǔ)停車前20s實(shí)時(shí)時(shí)間對(duì)應(yīng)的車輛行駛速度值及車輛制動(dòng)狀態(tài)信號(hào)欧蠢，記錄次數(shù)至少為10次。
　　國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施為汽車事故實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄的存儲(chǔ)器選擇提出更高的要求架讳。數(shù)據(jù)記錄時(shí)間間隔不大于0.2s榴烦，數(shù)據(jù)記錄時(shí)間段為事故發(fā)生前20s，要求存儲(chǔ)器訪問速度快文饱，數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率低绝壹，可擦寫次數(shù)多，數(shù)據(jù)保護(hù)措施好融吓，數(shù)據(jù)在各種惡劣環(huán)境下的保存時(shí)間長(zhǎng)判阀，而且要求一定的存儲(chǔ)容量，以達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求箩绍。
3孔庭、FRAM的性能和特征
　　美國(guó)Ramtron公司推出的鐵電存儲(chǔ)器（FRAM）采用一種全新的存儲(chǔ)材料--鐵電晶體材料，這一特殊材料使得鐵電存儲(chǔ)產(chǎn)品同時(shí)擁有隨機(jī)存取記憶體（RAM）和非易失性存儲(chǔ)產(chǎn)品的特性材蛛。產(chǎn)品的主要特點(diǎn)如下：
·擦寫次數(shù)多圆到，至少達(dá)到100億次；
·速度快卑吭，沒有寫等待時(shí)間芽淡；
·功耗低马绝，讀寫電流為150μA，靜態(tài)電流小于1μA挣菲；
·在高噪聲情況下富稻，數(shù)據(jù)寫入錯(cuò)誤率低；
·工作溫度范圍寬白胀，-40℃～+85℃椭赋；
·數(shù)據(jù)保護(hù)措施嚴(yán)密，數(shù)據(jù)難以丟失或杠；
·數(shù)據(jù)保護(hù)力強(qiáng)和保存時(shí)間長(zhǎng)纹份，在掉電情況下，數(shù)據(jù)可以保存10年以上炫允。
　　汽車事故往往發(fā)生在瞬間培幽，持續(xù)時(shí)間非常短暫，事故發(fā)生后汽車掉電睛村，汽車事故發(fā)生往往伴隨著劇烈的碰撞甚至爆炸绎编，汽車事故發(fā)生后，汽車行駛記錄儀儀可以短時(shí)難尋川骗，而且事故發(fā)生時(shí)的每個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)分析事故原因都極端重要演穗，因而，F(xiàn)RAM的上述特點(diǎn)使其非常適用于汽車事故的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄伍恼。
4垛墙、FRAM的數(shù)據(jù)讀寫和保護(hù)措施
　　為了適應(yīng)各類用戶的使用習(xí)慣，Ramtron公司提供了三種通用的數(shù)據(jù)總線接口：I2C羡雷、SPI和并口携喳，推出了一系列不同容量的FRAM。這里热品，以采用SPI接口的FM25640型為例巍糯，介紹FRAM的數(shù)據(jù)讀寫和數(shù)據(jù)保護(hù)。

4.1 FM2560簡(jiǎn)介
　　FM25640是Ramtron公司新推出的產(chǎn)品之一客扎，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)串行外設(shè)接口SPI總線對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行訪問祟峦，總存儲(chǔ)容量為64k byte，最大總線工作頻率達(dá)5MHz徙鱼。
　　SPI接口是一種通用同步串行接口總線宅楞，SPI接口利用SCK、SI和SO 3個(gè)引腳線進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀/寫袱吆，其中厌衙，SCK為時(shí)鐘信號(hào)端，SI和SO為數(shù)據(jù)輸入和輸出端。SCK引腳的時(shí)鐘信號(hào)必須由外部單片機(jī)或控制器輸入迅箩，讀/寫命令字由SI引腳輸入溉愁，數(shù)據(jù)由SO引腳輸出处铛。SPI接口共有4種操作模式饲趋，分別為0、1撤蟆、2和3奕塑。SPI操作模式?jīng)Q定了設(shè)備接收和發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的時(shí)鐘相位和極性，即決定了時(shí)鐘信號(hào)的上升沿和下降沿與數(shù)據(jù)流方向之間的關(guān)系登凿，F(xiàn)M25640僅支持模式0和3搭吵。在這二種模式下，SCK信號(hào)的上升沿觸發(fā)數(shù)據(jù)輸入隘匙，下降沿觸發(fā)數(shù)據(jù)輸出棒论。
4.2 FM25640的數(shù)據(jù)讀寫操作
　　FM25640是一種8位存儲(chǔ)器，采用8192×8的陣列組織形式恕臣，用戶訪問時(shí)委董，只需指定13位訪問地址，8位數(shù)據(jù)自動(dòng)串行移位靴亩。FM25640從外界獲得的數(shù)據(jù)按功能分為二種：指令（command）和數(shù)據(jù)（data）血明。不同的功能具有不同的寫入格式和方法。
（1）FM25640的寫指令
　　FM25640總共有6條指令伪睬，它們分別是寫使能（WREN）腊尤、寫禁止（WEDI）、讀寄存器（RDSR）口溃、寫寄存器（WRSR）揩页、讀數(shù)據(jù)（READ）和寫數(shù)據(jù)（WRITE），這些指令控制存儲(chǔ)器需要完成的功能烹俗。圖2所示為FM25640的寫指令時(shí)序碍沐。
（2）FM25640的寫數(shù)據(jù)
　　由于正常情況下FM25640都是處于寫禁止?fàn)顟B(tài)，因此衷蜓，在執(zhí)行寫操作之前累提，必須先寫入寫使能（WREN）指令，然后指定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的13位起始地址磁浇，最后輸入數(shù)據(jù)斋陪，F(xiàn)RAM的訪問速度非常塊，不需要寫等待時(shí)間置吓，所有數(shù)據(jù)均可以總線速度連續(xù)寫入无虚，數(shù)據(jù)寫入完成后，片選端的上升沿使本次寫使能失效，F(xiàn)RAM自動(dòng)恢復(fù)寫禁止?fàn)顟B(tài)友题。

（3）FM25640的讀操作
　　在片選信號(hào)有效后嗤堰，總線輸入讀數(shù)據(jù)（READ）信號(hào)，指定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的13位起始地址后面镣，SI端口被屏蔽卒抖，數(shù)據(jù)從SO端口輸出，數(shù)據(jù)地址內(nèi)部自動(dòng)增加甩宣，每個(gè)時(shí)鐘周期輸出一位栏葬，每個(gè)字節(jié)的最大有效位（MSB）最先輸出。片選端的上升沿使本次讀使能失效杯削。
4.3 FM25640的數(shù)據(jù)保護(hù)措施
　　FRAM采用了多種有效的數(shù)據(jù)保護(hù)措施抚言，其具體措施如下：
·片選信號(hào)無效時(shí)，所有輸出引腳均為高阻態(tài)褐泊，并且忽略所有輸入信號(hào)芦槽，避免外界噪聲改寫存儲(chǔ)器；
·設(shè)有寫保護(hù)端口杯娶，這個(gè)端口有效時(shí)黎伤，禁止對(duì)狀態(tài)寄存器進(jìn)行寫操作，由于每次讀寫數(shù)據(jù)前都必須向寄存器寫入相應(yīng)的指令扳辉，因此這個(gè)保護(hù)措施非常有效妖救；
·FRA寫入快速度，在高噪聲環(huán)境下粒梦，快速寫入可以減少數(shù)據(jù)受噪聲影響生產(chǎn)的錯(cuò)誤率亮航；
·在寫入過程中，首先寫入最重要的數(shù)據(jù)——最大有效位（MSB）匀们；
·FRAM上電時(shí)缴淋，默認(rèn)狀態(tài)為寫禁止，防止非法改變數(shù)據(jù)泄朴。在數(shù)據(jù)寫入前重抖，必須用寫使能指令開啟寫入功能，寫入完成后祖灰，F(xiàn)RAM自動(dòng)恢復(fù)寫禁止?fàn)顟B(tài)钟沛；
·在狀態(tài)寄存器中的WPEN、BP0局扶、BP1都為1恨统，并且WP引腳為低電平的情況下，所有數(shù)據(jù)寫入都無效三妈；
·與其他存儲(chǔ)器不同畜埋，既使經(jīng)過多次擦寫，F(xiàn)RAM也很少發(fā)生硬件讀寫錯(cuò)誤；
·FRAM采用和DRAM相似的讀/重寫機(jī)制镀材，經(jīng)過多次讀出不會(huì)破壞原始數(shù)據(jù)妆浅。
　　有了上述數(shù)據(jù)保護(hù)措施，F(xiàn)RAM可以在惡劣的環(huán)境下正確記錄且長(zhǎng)時(shí)間地完整保存汽車事故發(fā)生現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)忍具。
5爵缸、系統(tǒng)設(shè)計(jì)
5.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
　　在基于FRAM的高速、高保真汽車事故實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄儀的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中蓝捌，采用單片機(jī)作為系統(tǒng)的協(xié)議和處理中心眶洗。通過汽車的CAN數(shù)據(jù)總線蟀披，單片機(jī)產(chǎn)生各個(gè)模塊工作的時(shí)序饵朱，并接收各種傳感器測(cè)量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理后巫碍，通過I/O口或者專用接口輸入FRAM椰完。
5.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
（1）系統(tǒng)初始化
　　汽車發(fā)動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)上電禀舰，進(jìn)行系統(tǒng)初始化辨批，初始化的主要任務(wù)是開啟中斷功能。
（2）系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集
　　在分析事故發(fā)生原因和事故責(zé)任時(shí)握联，事故發(fā)生時(shí)的汽車實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是主要依據(jù)桦沉。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)于事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)金闽，記錄儀應(yīng)以不大于0.2s的時(shí)間間隔持續(xù)記錄速度值及制動(dòng)狀態(tài)信號(hào)纯露，而對(duì)于其他非突發(fā)的參考數(shù)據(jù)可以減少其數(shù)據(jù)采集密度，因此系統(tǒng)設(shè)定突發(fā)信號(hào)和非突發(fā)信號(hào)的采樣次數(shù)比為50：1代芜，這樣能有效減少數(shù)據(jù)量埠褪，提高有效數(shù)據(jù)采集密度，增加有效數(shù)據(jù)量挤庇。單片機(jī)從汽車CAN總線依次讀取速度钞速、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向燈等傳感器的值嫡秕，經(jīng)過簡(jiǎn)單處理渴语，送入FRAM存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)寬度均為8位昆咽，總線速度為1MHz驾凶，得到的突發(fā)信號(hào)平均記錄間隔小于20ms，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)0.2s的采樣時(shí)間間隔茧音。64k byte的存儲(chǔ)量可以存儲(chǔ)長(zhǎng)達(dá)將近2min的數(shù)據(jù)量有蒲，超過國(guó)標(biāo)的20s的數(shù)據(jù)記錄量。
（3）汽車事故發(fā)生的反應(yīng)
　　汽車事故發(fā)生時(shí)，往往伴隨著強(qiáng)烈的振動(dòng)冈柑，這個(gè)強(qiáng)烈的振動(dòng)信號(hào)由振動(dòng)傳感器拾取衍康，產(chǎn)生中斷信號(hào)，中斷信號(hào)使單片機(jī)停止訪問各個(gè)模塊傳感器衔密，并向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)的末尾加寫數(shù)據(jù)結(jié)束符“”鞍票，然后向FRAM狀態(tài)寄存器寫入10001100，禁止對(duì)FRAM進(jìn)行任何寫操作找蝗，所有這些操作無關(guān)100μs內(nèi)完成岖佛。
（4）事故的數(shù)據(jù)保存
　　汽車事故發(fā)生后，若系統(tǒng)不掉電渊输，則系統(tǒng)停止在中斷的空循環(huán)用虚，不對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行任何訪問，F(xiàn)RAM由于中斷啟動(dòng)的數(shù)據(jù)保護(hù)機(jī)制有效奸误，任何非系統(tǒng)數(shù)據(jù)寫入都被FRAM拒絕粤蝎；若系統(tǒng)掉電，F(xiàn)RAM的WP引腳也為低電平袋马，禁止對(duì)FRAM的狀態(tài)寄存器進(jìn)行寫操作初澎，而中斷程序使WPEN、BP0虑凛、BP1=1碑宴，因此外界對(duì)存儲(chǔ)器的任何非法操作都無法實(shí)現(xiàn)。
　　6桑谍、總結(jié)
　　汽車行駛記錄儀可以詳細(xì)記錄汽車事故發(fā)生前的行駛狀況延柠，為汽車事故原因分析和責(zé)任評(píng)定提供了強(qiáng)有力的手段和證據(jù)，更好地保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全霉囚。采用FRAM作為汽車實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄儀的存儲(chǔ)器捕仔，能夠快速、高密度地記錄事故發(fā)生過程的汽車行駛狀況盈罐，減少由于汽車事故發(fā)生的惡劣環(huán)境對(duì)數(shù)據(jù)記錄的影響榜跌，準(zhǔn)確地記錄并且長(zhǎng)時(shí)間地保存事故現(xiàn)場(chǎng)，延長(zhǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄儀的使用壽命盅粪，同時(shí)邪胳，采用FRAM可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)，減低系統(tǒng)成本像得，提高系統(tǒng)的可靠性肪尾。將來，隨著FRAM技術(shù)的發(fā)展轨醒，F(xiàn)RAM的存儲(chǔ)量還會(huì)大大增加催蓄，可以增加汽車狀態(tài)傳感器的數(shù)量和種類夸截，提高事故發(fā)生前的數(shù)據(jù)記錄密度，為事故分析和責(zé)任證定提供更全面乱来、準(zhǔn)確儒淌、細(xì)致的汽車行駛狀態(tài)記錄。

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