2024年10月17日发(作者：金醉柳)
第１２期
２０１１年ｌ２月
文章编号：１００１—３９９７（２０１１）１２—００５５—０３
机械设计与制造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ５５
新型汽车行驶记录仪设计术
陆文昌叶水凌
（江苏大学汽车学院车辆工程，镇江２１２０１３）
Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｄａｔａ ｒｅｃｏｒｄｅｒ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｒａｖｅｌｉｎｇ
ＬＵ Ｗｅｎ－ｃｈａｎｇ，ＹＥ Ｓｈｕｉ－ｌｉｎｇ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ａｕｔｏ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ ２ １ ２０ １ ３，Ｃｈｉｎａ）
【摘要】汽车行驶记录仪与飞行器中的记录仪发挥着同样的重要作用，近年来国内外都在推广
其应用，有鉴于此，参照国家标准（ＧＢ／Ｔ １９０５６—２００３），以及国内外近几年的研究成果，设计了在实时操
作系统ｐ￣Ｃ／ＯＳ—ＩＩ下以ＡＲＭ９微处理器芯片为核心的汽车行驶记录仪。设计的重点和难点是系统任务
的合理调度，数据采集和处理，数据存储管理部分是。设计方法吸取了部分前人的研究成果，同时对软
件和硬件部分进行了创新设计。数据分析软件使用了功能强大的ＭＡＴＬＡＢ软件。最后进行初步的模拟
试验，分析结果，以证实设计的可行性。
关键词：记录仪，Ｉ数据存储；任务调度；创新设计；试验
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅ ｔｒａｖｅｌｉｎｇ ｄａｔａ ｒｅｃｏｒｄｅｒ ｏｆｖｅｈｉｃｌｅ ａｎｄ ａｉｒｐｌａｎｅ ｐｌａｙ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｒｏｌｅ ｉｎ ｔｒａｖｅｌｌｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ
ｂｅｃｏｍｅｓ ｐｏｐｕｌａｒ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ａ ｎｅｗ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｒａｖｅｌｉｎｇ ｄａｔａ
ｒｅｃｏｒｄｅｒ ｉｓ ｄｏｎｅ ｉｎ ｉｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＡＲＭ９ ｃｏｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｕＣ／ＯＳ－－ＩＩ ｔｈａｔ ｉｓ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓ—
ｔｅｒｎ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｎａｔｉｏｎａｌ ｓｔａｎｄａｒｄ ｆＣｈｉｏｎａ ｅｒ ｒｅ厂ｅ ｔｏ ｔｈｅ ｎｅｗｅｓｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ
ｔｈｅｓｅ ｙｅａｒｓ．ｈｅ ｋｅｙ Ｔｎｄ ａｄｉｆｉｃｕｌｆｔ ｐｏｉｎｔ ｆｔｏｈｅ ｄｅｓｉｎ ｉｇｓ ｔｏ ｓｃｈｅｄｕｌｅ ｔｈｅ ｔａｓｋ．ｃｏｌｌｅｃｔ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｄａｔａ ｗｅｌｌ
ｓ ｓｔａｏｒｅ ａｎｄ ｍａｎａｇｅ ｔｈｅ ｄａｔａ．Ｔｈｅ ｎｅｗ ｄｅｓｉｎ ｉｇｓ ｃｒｅａｔｅｄ ｉｎ ｓｏｔｆｗａｒｅ ａｎｄ ｈａｒｄｗａｒｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｗｏｒｋ ｏｆｔｈｅ
，０糯ｅｒ ｄｅｓｉｎｅｒｇｓ．ＭＡＲＬＡＢ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｗｉｔｈ ｐｏｗｅｒｆｕｌｆｕｎｃｔｉｏｎ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｄａｔａ ａｎａｌｙｚｉｎｇＦｉｎａｌｌｙ ｓｏｍｅ ｐｒｉｍａ－
ｒｙ ｓｉｍｕｌｔｉａｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ａｒｅ ｄｏｎｅ ｔｏ ｔｅｓｔｉｆｙ ｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｆｔｏｈｅ ｄｅｓｉｇｎ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｒｅｃｏｒｄｅｒ；Ｄａｔａ ｓｔｏｒａｇｅ；Ｔａｓｋ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ；Ｃｒｅａｔｉｖｅ ｄｅｓｉｇｎ；Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
中图分类号：ＴＨ１６，ＴＰ２１６文献标识码：Ａ
１引言
汽车行驶记录仪（以下简称记录仪）的使用，对遏止疲劳驾
驶、车辆超速等交通违章、约束驾驶人员的不良驾驶行为，保障车
辆行驶安全以及道路交通事故的分析鉴定具有重要的作用［１１。鉴
主机部分又包括微处理器、数据存储器、实时时钟、显示器、
操作键、打印机、数据通信接口等装置，记录仪原理概图如上图所
示。在此基础上只有不与国标相冲突，还可以增加其他的功能，如
ＧＰＳ，ＧＰＲＳ等［６－８］。
记录仪的功能要求为：
于其重要作用，国内外都开始制定法规或者各种政策来推广记录
仪的应用。
自检功能；实时时间、日期及驾驶时间的采集、记录、存储功
能；车辆行驶速度的测量、记录、存储功能；车辆行驶里程的测量、
记录、存储功能；驾驶员身份记录功能；数据显示；操作功能；数据
打印输出功能；数据通信功能。记录仪的应用不限于航空和水陆
交通，还能应用于水下作业的机器等。
汽车行驶记录仪国家标准（ＧＢ／Ｔ １９０５６—２００３）对记录仪的
组成要求包括三部分：主机，车速传感器和数据分析软件，记录仪
的原理概图，如图１所示。
上位机的数据Ｉ分析软件部分Ｉ ｌ串１ｌ输入输出接３以及ＵＳＢ
１３
２硬件设计部分
２．１硬件组成
借鉴国内外的设计方法和思路，设计采用的微处理器为某公
ＬＣＤ模块
记录仪的
主机模块 警
报
司的￥３Ｃ２４４０Ａ；数据存储器包括２片３２ＭＢ容量的内存ＭＴ４８ＬＶ１
６Ｍ１６Ａ２用于存放运行系统时的数据和程序等；２ＭＢ的ＮＯＲ
ＦＬＡＳＨ闪存ＥＮ２９ＬＶ１６０ＡＢ用于存储系统启动程序和操作系统
键盘输入
数据采集处理模块
等；以及Ｅ２ＰＲＯＭ存储器以存储密码等信息；采用ＳＤ卡和ＮＡＮＤ
ＦＬＡＳＨ闪存Ｋ９Ｆ２Ｇ０８存储汽车运行参数；显示器采用奇美Ｑ３．５
寸显示器；采用串口和ＵＳＢ接口进行通讯；￥３Ｃ２４４０Ａ内部集成有
实时时钟ＲＴＣ；报警采用ＰＷＭ控制的蜂鸣器进行。
车速传感器等的信号输入模块
图１记录仪原理概图
★来稿日期：２０１１－０２—０９★基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０９０５０７８）
５６
２－２部分硬件特点
陆文昌等：新型汽车行驶记录仪设计
ＮＡＮＤ
—
第１２期
ＦＬＡＳＨ里面。这一文件系统的操作与标准Ｃ的文件操作
￥３Ｃ２４４０Ａ是一款功能比较强大的ＡＲＭ９芯片，它内部集成
相同。
的功能包括ｊ２Ｊ：集成ＬＣＤ专用ＤＭＡ的ＬＣＤ控制器；４路拥有外部
２．４数据采集与处理
请求引脚的ＤＭＡ控制器；３路ＵＲＡＴ；ＩＩＣ总线接口；１．０版ｓＤ主
速度信号来自速度传感器，这一信号可认为是开关信号，经
接口，兼容２．１１版ＭＭＣ接口；２路ＵＳＢ主机控制，１路ＵＳＢ设备
滤波整流电路后传给ＥＩＮＴｎ，ＣＰＵ接收到这一中断，激活速度记
控制；４路ＰＷＭ定时器，１路内部定时器，看门狗定时器；８路ｌ０
录的任务，计录中断信号值，计算速度和里程数。其他开关信号：
位ＡＤＣ和触摸屏接口；具有日历功能的ＲＴＣ；摄像头接口；１３０
左右转向灯，前大灯，雾灯，喇叭，刹车灯等信号的操作于此类似。
个通用Ｉ／０，２４个外部中断源；电源控制：正常，慢速，空闲，睡眠 这种信号采集和处理的电路比较成熟，直接采用现成的电路 ，
模式；带ＰＬＬ的片上时钟发生器。满足系统要求。
系统ＮＡＮＤ ＦＬＡＳＨ的组织结构：
共４０９６块（ＢＬ０ｃＫ）；每块有３２页（ＰＡＧＥ）；每页有５１２＋１６
如图３所示。
＋１’
字节（Ｂｙｔｅ）。针对这一特点，采用以下方式存储数据。ＮＡＮＤ
ＦＬＡＳＨ，如图２所示。
●
Ｘ斗
藿
蓉
上卜］
ｃＪ４
－ＬｃＩ５
厂 —磷 整
ＣＬＥ
＝毒１ Ｆ
—
－Ｊ
图３放大的车速信号经光耦合传给ＣＰＵ
Ｉ
蓥
■—
１
彗
图２ ＮＡＮＤ ＦＬＡＳＨ存储器
３软件设计部分
３．１操作系统
软件平台采用ｕｃ，（）ｓ—ＩＩ实时操作系统，这一系统具有抢占
式执行任务的特点。移植的关键是修改与ＣＰＵ密切相关的
ＯＳＣＰＵ
Ａ．Ｓ，ＯＳ
ＣＰＵ
＿＿——
２．３数据存储系统ＹＡＦＦＳ
Ｃ．Ｃ函数以及串口驱动函数，这些函数相
负责与内核函数通信。内核代码仅十几ｋＢ，由ｃ
结合系统的存储设备，采用ＹＡＦＦＳ文件系统对数据进行存
当于接口函数，
。
语言程序编写而成，可原封不动，由系统直接调用 。
其中，ｏｓ＿ＣＰＵ—ＡＳ里包含的匪激有ＯｓｓｔａｒｔＨｉｇｈＲｄｙ（）；ＯＳＣｔｘＳｗ
（）；ＯＳＴｉｃｋＩＳＲ（）；ＯＳＩｎｔＣｔｘＳｗ（），ＯＳＣＰＵＳａｖｅＳＲ（），０ＳＣＰＵＲｅｓｔ０ｒｅＳＲ
ＹＡＦＦＳ是依据Ｎａｎｄ ｆｌａｓｈ的结构专门为它量身打造的文件
系统，该文件系统的设计遵循：
（１）每个文件都有一个ＩＤ，ＩＤ为０则表示文件被删除；
（），ＯＳ＿ＣＰＵ—ＩＲＱ—ＩＳＲ（ｏ这些函数与ＣＰＵ密切相关，直接操作寄
故全部为汇编代码。作用分 旬：进ｆ 切换，关闭中断。寻找最
（２）文件数据保存在名为ｃｈｕｎｋｓ的单元中，其大小等于ＦＬＡＳＨ
存器，
高优 堆栈，设定系绕 扫干女ｆｉｉ垂行，跳转到最高优先级任务执
页（ＰＡＧＥ）：
（３）单元ｃｈｕｎｋｓ按序排列，０是头单元；
（４）每个ＦＬＡＳＨ页标识由文件ＩＤ和ｃｈｕｎｋｓ号组成；
号，写系列号，ＥＣＣ和已用字节；
行任务（函数仅在系统启动时执行一次）；进行上下文切换，将当
前的任务信息入栈保存，将最高优先级的任务控制块（ＴＣＢ）置为
将最高优先级值置为当前优先级值，跳转到
（５）标识符保存在６４位的ＯＯＢ中：这些标识符包括ＩＤ，ｃｈｕｎｋ
当前任务的控制块，
该最高优先级任务；时钟中断函数，清除时钟中断位，协调各任务
度；中断切换，其操作过程和作用与ＯＳＣｔｘＳｗ（）相同；使ＣＰＵ关
将有延时要求的任务的延时值自减，判断是否进行新的调
（６）一旦有新的具有与旧页相同的标识符的页写到有关的
调度，
ｃｈｕｎｋｓ上，旧的页就会表明将其作废；
切换到相应任务；与前面函数配对使用；ＣＰＵ中断服务函
（７）文件头（包含模式，ＵＩＤ，长度等信息）是单独的一页（ｃｈｕｎｋ
闭中断，
０）；
数，保护现场，跳转到中断服务函数执行。ＯＳ—ＣＰＵ—Ｃ．Ｃ主要有堆
（８）页面有两位连续的编码，写时会增长；
（９）作废的块会被自动回收。
栈初始化和一些钩子函数。
３＿２创建的主要任务
任务函数的编写以及如何合理的进行调度是设计的主要工
该文件系统优点：
开机自检；鉴别身
节省ＲＡＭ，克服了ＪＦＦＳ文件系统引导的ＦＬＡＳＨ检测时间
作。系统开机初始化后要执行的任务具体包括：
长，缩短了启动时间短。缺点：单个文件大小和系统大小有限。数 份；进行任务调度，计时，采集和记录车辆运行数据；存储数据；数
据因性质不同而存储在不同的设备里。不经常变动的数据，如：车 据的上传和下载；报警等额外功能函数。
辆识别码，车牌号码，车牌分类，驾驶员证件号码，驾驶员代码，车 自检和身份鉴别完成后，保存驾驶员信息，删除任务。数据
辆特征系数存储在Ｅ２ＰＲＯＭ里面。其余的车辆数据存储在 的上传和下载任务仅当检测到车辆为停车状态且接收到数据上
ＮＯ．１２
Ｄｅｃ．２０１ ｌ 机械设计与制造 ５７
传或者下载的触发信号（命令）才执行。其余时间则不断地采集和
处理车辆运行数据，保存数据。
当检测到车速超速或者车辆连续行驶的超时，蜂鸣器鸣笛
报警，提醒驾驶员注意减速或者停车休息，之后若是驾驶员遵守
执行，则挂起任务，否则继续执行，并将这一行为记录，起到现场
督察的作用。
３．３任务的调度机制
任一时刻仅有一个任务在运行 ０１，由优先级值唯一标识具
体的任务，每项任务都在五种状态之间进行切换，任务切换的函
数（所有函数名均为原版内核ｕＣ／ＯＳ～ＩＩ中的标准名称）如箭头
所示，各切换函数不同时执行，任一函数被调用即可进行任务切
换。各函数通过任务调度器（ＯＳＵｎＭａｐＴｂｌ［２５６］）进行任务调度
（ｏｓ—Ｓｈｅｄ（））。任务状态的切换，如图４所示。
ＯｓＯ Ｐｏｓｔ
时间：分钟（ｍｉｎ）
图７ ＭＡＴＬＡＢ生成的曲线图
警ｃ啦ｌ（璀）；Ｋ） ｓＴａ ｓｋＤｌ ｙＲｅｓｕ ｍｅ竺（） ｌ 堡 ’ｊＪ 懿
ｓＴａｓｋＰｒｏｍｔ（ ）． ．＼｝
（、
ＯｓＴａｓｋＤｅ｜
Ｌ——————Ｊ
ｆ休眠中 二＝＝＝
———————
Ｊ
一 ＿Ｊ运行中 ：＝二二： 中断中１
ＯｓｉｎｔＥｘｉｔ（）
Ｌ——————Ｊ
４试验部分
时ｌ司：秒（ｓ）
图８事故疑点曲线图
４．２试验曲线数据分析
如果车辆安全停车未发生事故，则从图九可知车辆在停驶前８ｓ
内进行了紧急刹车，速度在约８ｓ的时间由８６ｋｍ＆减为０；如果发生
了事故，则从事故疑 曲线上首先进行分析，首先怀疑驾驶员有超速
驾驶行为，同时还要进行其他开关信号的检测，结合现场晴况判断驾
驶员是否为违章驾驶导致事故发生。此时汽车行驶记录仪发挥作用。
５结束语
三大主要创新 ：（１）采用实时操作系统；（２）采用ＹＡＦＦＳ文件
系统管理数据；（３）运用较为流行和功能比饺强大的ＭＡＴＬＡＢ软件进
图５主机显示器输出
行数据分析。课题用试验验证了产品设计的可行性，系统的抗干扰能
力，工作可辖『生等要求，还未涉及，
参考文献
［１］ＧＢ／Ｔ １９０５６—２００３汽车行驶记录仪国家标准Ｉｓ］．
［２］ｌ￥３Ｃ２４４０Ａ ３２一ＢＩＴ ＲＳＩＣ Ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｓｅｒ’ｓ ｍａｎｕａｌ［Ｒ］．ＳＡＭＳＵＮＧ
Ｅｌｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００４．
［３］李成亮．汽车行驶记录仪系统设计［Ｄ］航州：浙江大学出版社，２００７．
［４］张杰．基于ＡＲＭ的汽车黑匣子的研究与设计［Ｊ］．武汉理工大学学报，
２００８．
［５］田泽．ＡＲＭ９嵌入式开发实验与实践［Ｍ］．北京：北京航天航空出版社，
２００６．
［６］孙安青，催更申．ＡＲＭ嵌入式开发与实践［Ｍ］．北京：中国电力出版社，
２００８．
［７］章坚武嵌入式系统设计与开发［Ｍ］．西安：电子科技大学出版社，２００９，
［８］杨宗德．ｕＣ／ＯＳ一１１标准教程［Ｍ］ Ｅ京：人民邮电出版社，２００９．
以上图７和图８为ＭＡＴＬＡＢ生成的曲线图，分别为自停车
［９］张勇．ｕＣ／ＯＳ一１Ｉ原理与ＡＲＭ应用程序设计［Ｍ］．西安：电子科技大学
图６串口输出打印信息
时刻起前推１５ｒａｉｎ内每分钟汽车的平均车速和汽车停驶前２０ｓ
内每０．２ｓ采样的平均车速。
出版社，２０１０．
［１０］丁峰，徐靖，鲁立．ＡＲＭ系统开发从实践到提高［Ｍ］．北京：中国电力
出版社，２００７．
2024年10月17日发(作者：金醉柳)
第１２期
２０１１年ｌ２月
文章编号：１００１—３９９７（２０１１）１２—００５５—０３
机械设计与制造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ５５
新型汽车行驶记录仪设计术
陆文昌叶水凌
（江苏大学汽车学院车辆工程，镇江２１２０１３）
Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｄａｔａ ｒｅｃｏｒｄｅｒ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｒａｖｅｌｉｎｇ
ＬＵ Ｗｅｎ－ｃｈａｎｇ，ＹＥ Ｓｈｕｉ－ｌｉｎｇ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ａｕｔｏ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ ２ １ ２０ １ ３，Ｃｈｉｎａ）
【摘要】汽车行驶记录仪与飞行器中的记录仪发挥着同样的重要作用，近年来国内外都在推广
其应用，有鉴于此，参照国家标准（ＧＢ／Ｔ １９０５６—２００３），以及国内外近几年的研究成果，设计了在实时操
作系统ｐ￣Ｃ／ＯＳ—ＩＩ下以ＡＲＭ９微处理器芯片为核心的汽车行驶记录仪。设计的重点和难点是系统任务
的合理调度，数据采集和处理，数据存储管理部分是。设计方法吸取了部分前人的研究成果，同时对软
件和硬件部分进行了创新设计。数据分析软件使用了功能强大的ＭＡＴＬＡＢ软件。最后进行初步的模拟
试验，分析结果，以证实设计的可行性。
关键词：记录仪，Ｉ数据存储；任务调度；创新设计；试验
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅ ｔｒａｖｅｌｉｎｇ ｄａｔａ ｒｅｃｏｒｄｅｒ ｏｆｖｅｈｉｃｌｅ ａｎｄ ａｉｒｐｌａｎｅ ｐｌａｙ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｒｏｌｅ ｉｎ ｔｒａｖｅｌｌｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ
ｂｅｃｏｍｅｓ ｐｏｐｕｌａｒ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ａ ｎｅｗ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｒａｖｅｌｉｎｇ ｄａｔａ
ｒｅｃｏｒｄｅｒ ｉｓ ｄｏｎｅ ｉｎ ｉｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＡＲＭ９ ｃｏｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｕＣ／ＯＳ－－ＩＩ ｔｈａｔ ｉｓ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓ—
ｔｅｒｎ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｎａｔｉｏｎａｌ ｓｔａｎｄａｒｄ ｆＣｈｉｏｎａ ｅｒ ｒｅ厂ｅ ｔｏ ｔｈｅ ｎｅｗｅｓｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ
ｔｈｅｓｅ ｙｅａｒｓ．ｈｅ ｋｅｙ Ｔｎｄ ａｄｉｆｉｃｕｌｆｔ ｐｏｉｎｔ ｆｔｏｈｅ ｄｅｓｉｎ ｉｇｓ ｔｏ ｓｃｈｅｄｕｌｅ ｔｈｅ ｔａｓｋ．ｃｏｌｌｅｃｔ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｄａｔａ ｗｅｌｌ
ｓ ｓｔａｏｒｅ ａｎｄ ｍａｎａｇｅ ｔｈｅ ｄａｔａ．Ｔｈｅ ｎｅｗ ｄｅｓｉｎ ｉｇｓ ｃｒｅａｔｅｄ ｉｎ ｓｏｔｆｗａｒｅ ａｎｄ ｈａｒｄｗａｒｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｗｏｒｋ ｏｆｔｈｅ
，０糯ｅｒ ｄｅｓｉｎｅｒｇｓ．ＭＡＲＬＡＢ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｗｉｔｈ ｐｏｗｅｒｆｕｌｆｕｎｃｔｉｏｎ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｄａｔａ ａｎａｌｙｚｉｎｇＦｉｎａｌｌｙ ｓｏｍｅ ｐｒｉｍａ－
ｒｙ ｓｉｍｕｌｔｉａｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ａｒｅ ｄｏｎｅ ｔｏ ｔｅｓｔｉｆｙ ｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｆｔｏｈｅ ｄｅｓｉｇｎ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｒｅｃｏｒｄｅｒ；Ｄａｔａ ｓｔｏｒａｇｅ；Ｔａｓｋ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ；Ｃｒｅａｔｉｖｅ ｄｅｓｉｇｎ；Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
中图分类号：ＴＨ１６，ＴＰ２１６文献标识码：Ａ
１引言
汽车行驶记录仪（以下简称记录仪）的使用，对遏止疲劳驾
驶、车辆超速等交通违章、约束驾驶人员的不良驾驶行为，保障车
辆行驶安全以及道路交通事故的分析鉴定具有重要的作用［１１。鉴
主机部分又包括微处理器、数据存储器、实时时钟、显示器、
操作键、打印机、数据通信接口等装置，记录仪原理概图如上图所
示。在此基础上只有不与国标相冲突，还可以增加其他的功能，如
ＧＰＳ，ＧＰＲＳ等［６－８］。
记录仪的功能要求为：
于其重要作用，国内外都开始制定法规或者各种政策来推广记录
仪的应用。
自检功能；实时时间、日期及驾驶时间的采集、记录、存储功
能；车辆行驶速度的测量、记录、存储功能；车辆行驶里程的测量、
记录、存储功能；驾驶员身份记录功能；数据显示；操作功能；数据
打印输出功能；数据通信功能。记录仪的应用不限于航空和水陆
交通，还能应用于水下作业的机器等。
汽车行驶记录仪国家标准（ＧＢ／Ｔ １９０５６—２００３）对记录仪的
组成要求包括三部分：主机，车速传感器和数据分析软件，记录仪
的原理概图，如图１所示。
上位机的数据Ｉ分析软件部分Ｉ ｌ串１ｌ输入输出接３以及ＵＳＢ
１３
２硬件设计部分
２．１硬件组成
借鉴国内外的设计方法和思路，设计采用的微处理器为某公
ＬＣＤ模块
记录仪的
主机模块 警
报
司的￥３Ｃ２４４０Ａ；数据存储器包括２片３２ＭＢ容量的内存ＭＴ４８ＬＶ１
６Ｍ１６Ａ２用于存放运行系统时的数据和程序等；２ＭＢ的ＮＯＲ
ＦＬＡＳＨ闪存ＥＮ２９ＬＶ１６０ＡＢ用于存储系统启动程序和操作系统
键盘输入
数据采集处理模块
等；以及Ｅ２ＰＲＯＭ存储器以存储密码等信息；采用ＳＤ卡和ＮＡＮＤ
ＦＬＡＳＨ闪存Ｋ９Ｆ２Ｇ０８存储汽车运行参数；显示器采用奇美Ｑ３．５
寸显示器；采用串口和ＵＳＢ接口进行通讯；￥３Ｃ２４４０Ａ内部集成有
实时时钟ＲＴＣ；报警采用ＰＷＭ控制的蜂鸣器进行。
车速传感器等的信号输入模块
图１记录仪原理概图
★来稿日期：２０１１－０２—０９★基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０９０５０７８）
５６
２－２部分硬件特点
陆文昌等：新型汽车行驶记录仪设计
ＮＡＮＤ
—
第１２期
ＦＬＡＳＨ里面。这一文件系统的操作与标准Ｃ的文件操作
￥３Ｃ２４４０Ａ是一款功能比较强大的ＡＲＭ９芯片，它内部集成
相同。
的功能包括ｊ２Ｊ：集成ＬＣＤ专用ＤＭＡ的ＬＣＤ控制器；４路拥有外部
２．４数据采集与处理
请求引脚的ＤＭＡ控制器；３路ＵＲＡＴ；ＩＩＣ总线接口；１．０版ｓＤ主
速度信号来自速度传感器，这一信号可认为是开关信号，经
接口，兼容２．１１版ＭＭＣ接口；２路ＵＳＢ主机控制，１路ＵＳＢ设备
滤波整流电路后传给ＥＩＮＴｎ，ＣＰＵ接收到这一中断，激活速度记
控制；４路ＰＷＭ定时器，１路内部定时器，看门狗定时器；８路ｌ０
录的任务，计录中断信号值，计算速度和里程数。其他开关信号：
位ＡＤＣ和触摸屏接口；具有日历功能的ＲＴＣ；摄像头接口；１３０
左右转向灯，前大灯，雾灯，喇叭，刹车灯等信号的操作于此类似。
个通用Ｉ／０，２４个外部中断源；电源控制：正常，慢速，空闲，睡眠 这种信号采集和处理的电路比较成熟，直接采用现成的电路 ，
模式；带ＰＬＬ的片上时钟发生器。满足系统要求。
系统ＮＡＮＤ ＦＬＡＳＨ的组织结构：
共４０９６块（ＢＬ０ｃＫ）；每块有３２页（ＰＡＧＥ）；每页有５１２＋１６
如图３所示。
＋１’
字节（Ｂｙｔｅ）。针对这一特点，采用以下方式存储数据。ＮＡＮＤ
ＦＬＡＳＨ，如图２所示。
●
Ｘ斗
藿
蓉
上卜］
ｃＪ４
－ＬｃＩ５
厂 —磷 整
ＣＬＥ
＝毒１ Ｆ
—
－Ｊ
图３放大的车速信号经光耦合传给ＣＰＵ
Ｉ
蓥
■—
１
彗
图２ ＮＡＮＤ ＦＬＡＳＨ存储器
３软件设计部分
３．１操作系统
软件平台采用ｕｃ，（）ｓ—ＩＩ实时操作系统，这一系统具有抢占
式执行任务的特点。移植的关键是修改与ＣＰＵ密切相关的
ＯＳＣＰＵ
Ａ．Ｓ，ＯＳ
ＣＰＵ
＿＿——
２．３数据存储系统ＹＡＦＦＳ
Ｃ．Ｃ函数以及串口驱动函数，这些函数相
负责与内核函数通信。内核代码仅十几ｋＢ，由ｃ
结合系统的存储设备，采用ＹＡＦＦＳ文件系统对数据进行存
当于接口函数，
。
语言程序编写而成，可原封不动，由系统直接调用 。
其中，ｏｓ＿ＣＰＵ—ＡＳ里包含的匪激有ＯｓｓｔａｒｔＨｉｇｈＲｄｙ（）；ＯＳＣｔｘＳｗ
（）；ＯＳＴｉｃｋＩＳＲ（）；ＯＳＩｎｔＣｔｘＳｗ（），ＯＳＣＰＵＳａｖｅＳＲ（），０ＳＣＰＵＲｅｓｔ０ｒｅＳＲ
ＹＡＦＦＳ是依据Ｎａｎｄ ｆｌａｓｈ的结构专门为它量身打造的文件
系统，该文件系统的设计遵循：
（１）每个文件都有一个ＩＤ，ＩＤ为０则表示文件被删除；
（），ＯＳ＿ＣＰＵ—ＩＲＱ—ＩＳＲ（ｏ这些函数与ＣＰＵ密切相关，直接操作寄
故全部为汇编代码。作用分 旬：进ｆ 切换，关闭中断。寻找最
（２）文件数据保存在名为ｃｈｕｎｋｓ的单元中，其大小等于ＦＬＡＳＨ
存器，
高优 堆栈，设定系绕 扫干女ｆｉｉ垂行，跳转到最高优先级任务执
页（ＰＡＧＥ）：
（３）单元ｃｈｕｎｋｓ按序排列，０是头单元；
（４）每个ＦＬＡＳＨ页标识由文件ＩＤ和ｃｈｕｎｋｓ号组成；
号，写系列号，ＥＣＣ和已用字节；
行任务（函数仅在系统启动时执行一次）；进行上下文切换，将当
前的任务信息入栈保存，将最高优先级的任务控制块（ＴＣＢ）置为
将最高优先级值置为当前优先级值，跳转到
（５）标识符保存在６４位的ＯＯＢ中：这些标识符包括ＩＤ，ｃｈｕｎｋ
当前任务的控制块，
该最高优先级任务；时钟中断函数，清除时钟中断位，协调各任务
度；中断切换，其操作过程和作用与ＯＳＣｔｘＳｗ（）相同；使ＣＰＵ关
将有延时要求的任务的延时值自减，判断是否进行新的调
（６）一旦有新的具有与旧页相同的标识符的页写到有关的
调度，
ｃｈｕｎｋｓ上，旧的页就会表明将其作废；
切换到相应任务；与前面函数配对使用；ＣＰＵ中断服务函
（７）文件头（包含模式，ＵＩＤ，长度等信息）是单独的一页（ｃｈｕｎｋ
闭中断，
０）；
数，保护现场，跳转到中断服务函数执行。ＯＳ—ＣＰＵ—Ｃ．Ｃ主要有堆
（８）页面有两位连续的编码，写时会增长；
（９）作废的块会被自动回收。
栈初始化和一些钩子函数。
３＿２创建的主要任务
任务函数的编写以及如何合理的进行调度是设计的主要工
该文件系统优点：
开机自检；鉴别身
节省ＲＡＭ，克服了ＪＦＦＳ文件系统引导的ＦＬＡＳＨ检测时间
作。系统开机初始化后要执行的任务具体包括：
长，缩短了启动时间短。缺点：单个文件大小和系统大小有限。数 份；进行任务调度，计时，采集和记录车辆运行数据；存储数据；数
据因性质不同而存储在不同的设备里。不经常变动的数据，如：车 据的上传和下载；报警等额外功能函数。
辆识别码，车牌号码，车牌分类，驾驶员证件号码，驾驶员代码，车 自检和身份鉴别完成后，保存驾驶员信息，删除任务。数据
辆特征系数存储在Ｅ２ＰＲＯＭ里面。其余的车辆数据存储在 的上传和下载任务仅当检测到车辆为停车状态且接收到数据上
ＮＯ．１２
Ｄｅｃ．２０１ ｌ 机械设计与制造 ５７
传或者下载的触发信号（命令）才执行。其余时间则不断地采集和
处理车辆运行数据，保存数据。
当检测到车速超速或者车辆连续行驶的超时，蜂鸣器鸣笛
报警，提醒驾驶员注意减速或者停车休息，之后若是驾驶员遵守
执行，则挂起任务，否则继续执行，并将这一行为记录，起到现场
督察的作用。
３．３任务的调度机制
任一时刻仅有一个任务在运行 ０１，由优先级值唯一标识具
体的任务，每项任务都在五种状态之间进行切换，任务切换的函
数（所有函数名均为原版内核ｕＣ／ＯＳ～ＩＩ中的标准名称）如箭头
所示，各切换函数不同时执行，任一函数被调用即可进行任务切
换。各函数通过任务调度器（ＯＳＵｎＭａｐＴｂｌ［２５６］）进行任务调度
（ｏｓ—Ｓｈｅｄ（））。任务状态的切换，如图４所示。
ＯｓＯ Ｐｏｓｔ
时间：分钟（ｍｉｎ）
图７ ＭＡＴＬＡＢ生成的曲线图
警ｃ啦ｌ（璀）；Ｋ） ｓＴａ ｓｋＤｌ ｙＲｅｓｕ ｍｅ竺（） ｌ 堡 ’ｊＪ 懿
ｓＴａｓｋＰｒｏｍｔ（ ）． ．＼｝
（、
ＯｓＴａｓｋＤｅ｜
Ｌ——————Ｊ
ｆ休眠中 二＝＝＝
———————
Ｊ
一 ＿Ｊ运行中 ：＝二二： 中断中１
ＯｓｉｎｔＥｘｉｔ（）
Ｌ——————Ｊ
４试验部分
时ｌ司：秒（ｓ）
图８事故疑点曲线图
４．２试验曲线数据分析
如果车辆安全停车未发生事故，则从图九可知车辆在停驶前８ｓ
内进行了紧急刹车，速度在约８ｓ的时间由８６ｋｍ＆减为０；如果发生
了事故，则从事故疑 曲线上首先进行分析，首先怀疑驾驶员有超速
驾驶行为，同时还要进行其他开关信号的检测，结合现场晴况判断驾
驶员是否为违章驾驶导致事故发生。此时汽车行驶记录仪发挥作用。
５结束语
三大主要创新 ：（１）采用实时操作系统；（２）采用ＹＡＦＦＳ文件
系统管理数据；（３）运用较为流行和功能比饺强大的ＭＡＴＬＡＢ软件进
图５主机显示器输出
行数据分析。课题用试验验证了产品设计的可行性，系统的抗干扰能
力，工作可辖『生等要求，还未涉及，
参考文献
［１］ＧＢ／Ｔ １９０５６—２００３汽车行驶记录仪国家标准Ｉｓ］．
［２］ｌ￥３Ｃ２４４０Ａ ３２一ＢＩＴ ＲＳＩＣ Ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｓｅｒ’ｓ ｍａｎｕａｌ［Ｒ］．ＳＡＭＳＵＮＧ
Ｅｌｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００４．
［３］李成亮．汽车行驶记录仪系统设计［Ｄ］航州：浙江大学出版社，２００７．
［４］张杰．基于ＡＲＭ的汽车黑匣子的研究与设计［Ｊ］．武汉理工大学学报，
２００８．
［５］田泽．ＡＲＭ９嵌入式开发实验与实践［Ｍ］．北京：北京航天航空出版社，
２００６．
［６］孙安青，催更申．ＡＲＭ嵌入式开发与实践［Ｍ］．北京：中国电力出版社，
２００８．
［７］章坚武嵌入式系统设计与开发［Ｍ］．西安：电子科技大学出版社，２００９，
［８］杨宗德．ｕＣ／ＯＳ一１１标准教程［Ｍ］ Ｅ京：人民邮电出版社，２００９．
以上图７和图８为ＭＡＴＬＡＢ生成的曲线图，分别为自停车
［９］张勇．ｕＣ／ＯＳ一１Ｉ原理与ＡＲＭ应用程序设计［Ｍ］．西安：电子科技大学
图６串口输出打印信息
时刻起前推１５ｒａｉｎ内每分钟汽车的平均车速和汽车停驶前２０ｓ
内每０．２ｓ采样的平均车速。
出版社，２０１０．
［１０］丁峰，徐靖，鲁立．ＡＲＭ系统开发从实践到提高［Ｍ］．北京：中国电力
出版社，２００７．