提高发射和接收性能的车载单元及其方法与流程

本申请涉及用于发射和接收交通信息的专用短程通信(dsrc)系统，更具体地，但非排他地，涉及一种在高速公路网的电子收费系统中使用的车载单元(obu)。

背景技术：

一般来说，在etc系统中有两种执行交易的方式。第一种方式是通过阻拦杆来实现的，也就是说，车辆依次进入一个有阻拦杆的车道，并且该车道的路侧单元(rsu)每次与该车道中的一个车辆进行通信。第二种方式称为自由流，车道上不存在阻拦杆。通过这种方式，车辆可以通过任一车道，并且在同一时间段，rsu通过利用多个时间窗口与车辆的车载单元(obu)进行通信，与不同车道上的车辆进行通信。其中，最短时间窗口为192us，并且如果通信不能在192us内完成，则交易可能会失败。

为了缩短通信时间并完成交易，可能需要提高发射和接收性能的obu以及提高发射和接收性能的方法。

技术实现要素：

根据本发明的实施例，公开了一种使用收发模块和微控制器单元(mcu)来提高发射和接收性能的方法和obu。

在一个实施例中，车载单元(obu)中的方法包括：利用收发模块接收并解码来自路侧单元(rsu)的广播包；利用微控制器单元(mcu)处理来自所述收发模块的广播包，其中所述处理包括：确定是否有来自所述收发模块的第一中断，其中所述第一中断用于中断所述mcu的空闲状态；如果有所述第一中断，则在所述第一中断后从下降沿搜索低电平状态；确定低电平的持续时间是否在时间范围内；如果所述持续时间在所述时间范围内，则输入一个字节到所述收发模块，并且清除所述第一中断；确定是否有来自所述收发模块的第二中断，其中所述第二中断用于中断数据的接收；如果有所述第二中断，则处理所述广播包中的数据；以及利用所述收发模块将处理后的数据转换为无线信号，并将所述无线信号发射到所述rsu。

在另一个实施例中，广播包中的数据处理包括：在所述第二中断后读取所述数据的长度和状态；读取所述数据的内容；分析所述数据的读取内容以从分析的数据中获得具体信息；关闭用于从所述收发模块接收数据的第一信道，并切换到用于将处理后的数据发射到所述收发模块的第二信道；以及通过所述第二信道将所述具体信息写入所述收发模块，其中所述具体信息包含在处理后的数据中。

在另一个实施例中，所述obu包括：收发模块，被配置为接收并解码来自路侧单元(rsu)的广播包；微控制器单元(mcu)，通信地耦合到所述收发模块，并且被配置为接收并处理来自所述收发模块的所述广播包，其中所述mcu包括：确定模块，被配置为确定是否有来自所述收发模块的第一中断，其中所述第一中断用于中断所述mcu的空闲状态；搜索模块，被配置为如果有所述第一中断，则在所述第一中断后从下降沿搜索低电平状态，并且其中所述确定模块还被配置为确定低电平的持续时间是否在时间范围内；输入模块，被配置为如果所述持续时间在所述时间范围内，则输入一个字节到所述收发模块，并且清除所述第一中断，并且其中所述确定模块还被配置为确定是否有来自所述收发模块的第二中断，其中所述第二中断用于中断数据的接收；处理模块，被配置为如果有所述第二中断，则处理所述广播包中的数据；并且其中所述收发模块还被配置为将处理后的数据转换为无线信号，并将所述无线信号发射到所述rsu。

在另一个实施例中，所述处理模块包括：第一读取模块，被配置为在所述第二中断后读取所述数据的长度和状态；第二读取模块，被配置为读取所述数据的内容；分析模块，被配置为分析所述数据的读取内容以从分析的数据中获得具体信息；切换模块，被配置为关闭用于从所述收发模块接收数据的第一信道，并切换到用于将处理后的数据发射到所述收发模块的第二信道；以及写入模块，被配置为通过所述第二信道将所述具体信息写入所述收发模块，其中所述具体信息包含在处理后的数据中。

根据本发明的实施方式，rsu和obu之间的通信时间可以限制在192us以内，从而提高了etc系统的交易效率。

附图说明

参考以下附图描述本发明的非限制性和非穷尽性的实施例，其中除非另有说明，相同的附图标记表示各种视图中的相同部件。

图1是根据本发明的实施例示出了etc系统的框图。

图2是根据本发明的实施例示出了图1的微控制器单元的示例性架构的高级扩展图。

图3a是根据本发明的实施例示出了图2的存储器的元件的框图。

图3b是根据本发明的另一实施例示出了图3a的处理模块的框图。

图4是根据本发明的实施例示出了广播包(bcp)的结构示意图。

图5是根据本发明的实施例示出了在车载单元(obu)中用于提高发射和接收性能的方法的流程图。

图6是根据本发明的另一实施例示出了用于处理图5的解码后的广播包的方法的流程图。

图7是根据本发明的实施例示出了obu在192us内接收和发射bcp的序列图。

图8是根据本发明的实施例示出了mcu从/向收发模块读取和写入数据的序列图。

具体实施方式

现在将描述本发明的各个方面和例子。以下描述提供了全面了解和实现描述性例子的具体细节。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有许多这些细节的情况下实施本发明。

此外，一些公知的结构和功能可能不会被详细显示或描述，以避免不必要地模糊相关描述。

在下文所述的描述中使用的术语旨在以其最广泛合理的方式进行解释，即使其与本发明的某些具体例子的详细描述结合使用。某些术语甚至可能在下文中被强调，然而，在本详细描述部分中，旨在以任何限制方式解释的任何术语将被明确地和具体地定义。

图1是根据本发明的实施例示出了etc系统100的框图。etc系统包括路侧单元(rsu)110和通信地耦合到rsu110的车载单元(obu)120，其中obu120包括收发模块130和微控制器单元(mcu)140，收发模块130经由串行外围接口(spi)或其他有线或无线机制通信地耦合到mcu140。在一个实施例中，收发模块130从rsu110接收广播包(bcp)并解码bcp。bcp包括如图4所示的唤醒方波，包头，数据和包尾，并且其中rsu110被配置为在接收到唤醒方波时将mcu140从休眠状态唤醒到空闲状态。然后，mcu140从收发模块130接收并处理解码后的bcp中的数据。收发模块130将处理后的数据转换为无线信号，并将该无线信号发射到rsu110。

图2示出了图1的mcu140的示例性架构200的高级扩展图。架构200包括耦合到连线260的一个或多个处理器210和存储器220。图2中所示的连线260是表示通过适当的桥接器，适配器或控制器连接的任何一个或多个单独的物理总线，点对点连接或两者的抽象。因此，连线260可以包括，例如系统总线，一种形式的外围组件互连(pci)总线，超传输或工业标准体系结构(isa)总线，小型计算机系统接口(scsi)总线，通用串行总线(usb)，iic(i2c)总线，can总线(控制器局域网)，或电气和电子工程师协会(ieee)标准1394总线，也称为“火线”，和/或任何其它合适的形式的物理连接。

(多个)处理器210是架构200的中央处理单元(cpu)，因此控制架构200的整体操作。在某些实施例中，(多个)处理器210通过执行存储在存储器220中的软件或固件来实现这一点。(多个)处理器210可以是，或可以包括一个或多个可编程通用或专用微处理器、数字信号处理器(dsps)、可编程控制器、应用程序专用集成电路(asics)、可编程逻辑器件(plds)等，或这些器件的组合。

存储器220是或包括架构200的主存储器。存储器220表示任何形式的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、闪速存储器等，或这些器件的组合。在使用中，除其他事项外，存储器220可以包含用于实现本文引入的本发明的至少一些实施例的软件或固件代码。

还通过连线260连接到(多个)处理器210的是诸如，但不限于，网络适配器的通信接口240、一个或多个输出设备230和一个或多个输入设备250。注意，像其他设备一样，(多个)输出设备230和(多个)输入设备250是可选的。通信接口240为架构200提供与系统100中的其他组件通信的能力，并且可以是，例如，以太网适配器或光纤通道适配器。输入设备250可以包括触摸屏、键盘，和/或鼠标等。输出设备230可以包括屏幕和/或扬声器等。

上面介绍的技术可以通过由软件和/或固件编程/配置的可编程电路，或者完全由专用电路，或通过这些形式的组合来实现。这种专用电路(如果有的话)可以是，例如，一个或多个应用程序专用集成电路(asics)、可编程逻辑器件(plds)、现场可编程门阵列(fpgas)等的形式。

用于实现这里介绍的技术的软件或固件可以存储在机器可读存储介质上，并且可以通过一个或多个通用或专用可编程微处理器执行。如本文所用的术语“机器可读介质”包括可以以机器可访问的形式存储信息的任何机制(机器可以是，例如，计算机、网络设备、蜂窝电话、个人数字助理(pda)、制造工具、具有一个或多个处理器的任何设备等)。例如，机器可访问介质包括可记录/不可记录介质(例如，只读存储器(rom)；随机存取存储器(ram)；磁盘存储介质；光存储介质；闪存设备等)，等等。

如本文所使用的，术语“模块”是指：a)专用硬连线电路，例如一个或多个应用程序专用集成电路(asics)、可编程逻辑器件(plds)、现场可编程门阵列(fpga)，或其他类似设备；b)用软件和/或固件编程的可编程电路，例如一个或多个编程的通用微处理器、数字信号处理器(dsps),和/或微控制器,或其他类似的(多个)设备；或c)指a)和b)中提到的形式的组合。

图3a是根据本发明的实施例示出了图2的存储器220的元件的框图，其包括确定模块310，搜索模块320，输入模块330和处理模块340。在本实施例中，确定模块310确定是否有来自收发模块130的唤醒中断波的唤醒中断(参考图7所示的obu_wk)，其中唤醒中断用于中断mcu140的空闲状态，然后mcu140开始处理来自收发模块130的解码后的bcp。具体地说，如果有唤醒中断波的唤醒中断，则搜索模块320在唤醒中断后从唤醒中断波的下降沿开始搜索低电平状态，然后确定模块310进一步确定低电平的持续时间是否在时间范围内。如果唤醒中断波的低电平持续时间在该时间范围内，则输入模块330输入一个字节到收发模块130，并且清除唤醒中断，然后确定模块310进一步确定是否有来自收发模块130的接收和发射中断波的接收中断(参考图7所示的obu_rti)，其中接收中断用于中断数据的接收。也就是说，如果存在接收中断，则mcu140停止从收发模块130接收解码后的bcp的数据。然后，处理模块340处理广播包的数据。

图3b是根据本发明的实施例示出了图3a的处理模块340的框图。如图3b所示，处理模块340包括第一读取模块350，第二读取模块360，分析模块370，切换模块380和写入模块390。在本实施例中，第一读取模块350在接收中断后从处理模块340读取广播包的数据的长度和状态，第二读取模块360读取数据的内容。然后，分析模块370分析数据的读取内容以从分析的数据中获得具体信息，其中具体信息包括车牌号码，车辆类型，车主信息，道路行驶信息和交通征费状态信息等。切换模块380然后关闭用以从收发模块130接收数据的第一信道，并切换到用于将处理后的数据发射到收发模块130的第二信道。写入模块390通过第二信道将具体信息写入收发模块130，其中具体信息包含在处理后的数据中。在将数据发射到收发模块130之后，mcu140清除接收和发射中断波的发射中断，其中中断过程如下所示：

在本实施例中，rsu110与obu120通信的最短时间窗口为192us，也就是说，obu120应该在192us内完成接收和发射。现在参考图7，a点到b点表示从rsu110发射的bcp，其中bcp的结构如图4所示。在c点，mcu140发射一个字节到收发模块130，以启动收发模块130(图未示)中的锁相环(pll)电路，其中pll的锁定时间为120us。在e点，mcu140接收接收中断以停止从收发模块130接收数据，其中从b点到e点的时间段是80us。在h点，mcu140接收发射中断以停止发射处理后的数据，其中从c点到h点的时间段是120us，这相当于pll的锁定时间。

仍然在本实施例中，为了确认c点，mcu140在唤醒中断后从唤醒中断波的下降沿开始搜索低电平状态，并确定唤醒中断波的低电平状态是否保持从b点开始的时间段。在一个实施例中，时间段落在54us-72us的范围内。也就是说，从b点开始，c点可以从54us-72us的范围内选择。具体地说，时间窗口是192us，pll的锁定时间是120us，因此从b点到c点的时间段可以小于(192us-120us)。此外，mcu140的第一读取模块350读取数据的长度和状态，并且读取来自收发模块130的数据的内容是18us，并且该读取周期可以与从收发模块130接收解码后的bcp的时间段部分地重叠。也就是说，读取数据的长度和状态以及数据的内容并接收解码后的bcp可以在从b点到e点的时间段内同时执行。因此，从b点到c点的时间段应该大于(72us-18us)。

例如，从b点到c点的时间段是70us。在软件设计中，确认点c的过程如下所示：

那么mcu140处理解码后的bcp的有效时间为(120us-(80us-70us))，其中120us是从c点到h点的时间段，即pll的锁定时间，80us是从b点到e点用于从收发模块130接收bcp的时间段。此外，mcu140接收的解码后的bcp中的数据是30字节，然后从mcu140发射的处理后的数据是20字节。基于spi的性能，选择一个spi时钟8mhz用于接收数据和4mhz用于发射数据，因此读取接收数据和写入发射数据的时间为(30*1us+20*2us)。在实践中，由于使用for循环或其他循环语句，当通过spi读写时，字节和字节之间的时间间隔通常大于c点和d点之间的时间间隔1us，如图8所示。为了减少时间间隔，例如，减少到250ns，使用重复读取和写入单个字节的语句的过程如下所示：

因此，读取接收数据和写入发射数据的时间，包括字节之间的时间间隔是(30*1us+29*025.us+20*2us+19*0.25us)，即82us。然后，剩余的时间是(110us-82us)，用于读取数据的长度和状态以及数据的内容(即上面提到的18us)，并且还用于分析读取的内容以从分析的数据中获得具体信息(即10us)。其中具体信息包括车牌号码，车辆类型，车主信息，道路行驶信息和交通征费状态信息等。另外，图7和图8中：csn为spi数据接口的片选信号；clk为时钟信号；i/o为数据输入输出信号

在一个实施例中，收发模块130可以是bk5822，并且mcu140可以是由siliconlab制造的c8051f320。

图5是根据本发明的实施例示出了在车载单元(obu)中用于提高发射和接收性能的方法500的流程图。如图5所示，方法500包括利用收发模块从路侧单元(rsu)接收和解码(510)广播包(bcp)，其中bcp包括唤醒方波，包头，数据和包尾，如图4所示；利用微控制器单元(mcu)处理(520)来自收发模块的解码后的广播包，其中唤醒方波被配置为将mcu140从休眠状态唤醒到空闲状态；利用收发模块将处理后的数据转换(530)为无线信号，并将该无线信号发射到rsu。

图6是根据本发明的实施例示出了用于处理图5的解码后的广播包的方法的流程图。如图6所示，方法600包括：步骤605，从收发模块接收解码后的bcp中的数据；步骤610，确定是否有来自收发模块的唤醒中断，其中，唤醒中断用于中断mcu的空闲状态；如果是，则步骤615，在唤醒中断后从下降沿搜索低电平状态；步骤620，确定低电平的持续时间是否在时间范围内；如果是，则步骤625，输入一个字节到收发模块；步骤630，确定是否有来自收发模块的接收中断，其中接收中断用于中断数据的接收，也就是说，如果有接收中断，则mcu停止从收发模块接收数据，然后开始处理解码后的bcp中的数据。数据处理包括：步骤635，读取数据的长度和状态；步骤640，读取数据的内容；步骤645，分析数据的读取内容以从分析的数据中获得具体信息，其中具体信息包括车牌号码，车辆类型，车主信息，道路行驶信息和交通征费状态信息等；步骤650，关闭用于从收发模块接收数据的第一信道，并切换到用于将处理后的数据发射到收发模块的第二信道；步骤655，通过第二信道将具体信息写入(655)收发模块，其中具体信息包含在处理后的数据中。

如图1所示，方法500和方法600可以在obu120中实现。obu120的以上详细描述省略了对于图1-4和7-8中已经描述的元件。

基于上述obu中用于接收和发射的方法，rsu和obu之间的通信时间可以限制在192us以内，从而提高了etc系统的交易效率。

本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳方式，并且还使得本领域任何普通技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何合并的方法。本发明的保护范围由权利要求限定，并且可以包括本领域普通技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者它们包括与权利要求的字面语言无实质区别的等同结构元件，则这些示例意图在权利要求的范围内。