目前防盜器市場的主流產(chǎn)品是電子式防盜器：包括插片式,、按鍵式和遙控式等，它主要是靠鎖定點(diǎn)火或起動(dòng)來達(dá)到防盜的目的,，同時(shí)具有防盜和聲音報(bào)警功能,。又分為單向防盜器和雙向防盜器，這兩種防盜器都是車主通過遙控器來控制汽車,，雙向防盜器可以把車輛的真實(shí)狀況反饋給車主,。

　　GPS 汽車防盜器依托全球定位系統(tǒng)，它將報(bào)警信息和報(bào)警車輛所在位置無聲地傳送到報(bào)警中心,。由于車主不能直接控制車輛,，價(jià)格和使用費(fèi)用較高，使其推廣應(yīng)用受到很大限制,，目前還沒有普遍使用,。GSM 汽車雙向防盜器是網(wǎng)絡(luò)式防盜器的后起之秀，它依托全球GSM網(wǎng)絡(luò),，車主可直接通過手機(jī)接受報(bào)警和控制車輛,，性能價(jià)格比較好，它代表著汽車防盜器的發(fā)展趨勢,，自推出以來收到客戶的青睞,。

　　本文提出的汽車嵌入式車載防盜系統(tǒng)屬于GSM 防盜系統(tǒng)，沒有采用昂貴的GPS 模塊,，CPU 采用了C51 單片機(jī),，市場價(jià)格低廉，經(jīng)過多年工業(yè)應(yīng)用,，穩(wěn)定可靠,，具有很高的性價(jià)比。

2.時(shí)間觸發(fā)模式

　　電子控制系統(tǒng)一般都是實(shí)時(shí)系統(tǒng),，常需要處理許多并發(fā)事件的輸入數(shù)據(jù),。這些事件的到來次序和幾率通常都是不可預(yù)測的，而且還要求系統(tǒng)必須在事先設(shè)定好的時(shí)限內(nèi)作出響應(yīng),。

　　對于如何控制系統(tǒng)的復(fù)雜行為,，普遍采用的是事件觸發(fā)方案，即系統(tǒng)的所有行為響應(yīng)外部事件而執(zhí)行,。然而,，中斷丟失與事件觸發(fā)系統(tǒng)的開銷是人們經(jīng)常忽略的問題。為了滿足安全,，低成本及程序盡可能簡單等苛刻要求,，電子控制系統(tǒng)的開發(fā)最終走向事件觸發(fā)結(jié)構(gòu)。事件觸發(fā)意味著所有的采樣輸入,，計(jì)算輸出結(jié)果等相關(guān)的動(dòng)作在預(yù)定的時(shí)間前執(zhí)行,，因而能保證準(zhǔn)確的調(diào)度時(shí)間。

　　時(shí)間觸發(fā)模式是一種利用MCU 的硬件定時(shí)器產(chǎn)生的時(shí)標(biāo)信號對多任務(wù)進(jìn)行調(diào)度的嵌入式軟件模式,，它可以應(yīng)用于8 位51 系列單片機(jī)上,。時(shí)間觸發(fā)模式可以將控制精度控制在毫秒級，很適合于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng),。在時(shí)間觸發(fā)嵌入式系統(tǒng)中,，設(shè)計(jì)人員能夠通過仔細(xì)安排可控的順序，保證一次只處理一個(gè)事件,。除了能夠提高可靠性之外,，時(shí)間觸發(fā)模式中對于存儲(chǔ)器及CPU 資源的占用很少，即使在小型嵌入式系統(tǒng)中采用這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu),，也能從中獲益,。

　　時(shí)間觸發(fā)合作式調(diào)度器通常通過一個(gè)定時(shí)器硬件定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)，多有的任務(wù)都是時(shí)間觸發(fā)的,，這也意味著出了定時(shí)器中斷以外,，沒有其他形式的中斷。硬件定時(shí)器將被設(shè)置為產(chǎn)生一個(gè)周期中斷信號,，這個(gè)周期中斷信號頻率可以到1KMz,。

　　時(shí)間觸發(fā)合作調(diào)度器的主要功能就是喚醒預(yù)先確定好時(shí)間執(zhí)行的任務(wù)。在工作期間,，調(diào)度器檢查靜態(tài)的任務(wù)鏈表,，根據(jù)任務(wù)的周期判斷是否有任務(wù)需要執(zhí)行。如果有則立即執(zhí)行任務(wù),；任務(wù)執(zhí)行完后繼續(xù)檢查任務(wù)鏈表,，重復(fù)上一個(gè)過程。完成鏈表檢查后,，CPU 可以進(jìn)入休眠狀態(tài),，等待下一個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍的到來。其任務(wù)調(diào)度機(jī)制如圖1 所示,。由于合作式調(diào)度器能保證在同一時(shí)刻,，系統(tǒng)中只有一個(gè)任務(wù)被觸發(fā)，而且在任何時(shí)刻系統(tǒng)中都可以保證有任務(wù)在執(zhí)行,。這樣,，系統(tǒng)的使用效率得到了提高。

　　合作式調(diào)度器可靠且可預(yù)測的主要原因式在任何時(shí)刻只有一個(gè)任務(wù)是活動(dòng)的,，這個(gè)任務(wù)運(yùn)行直到完成,，然后把CPU 的控制權(quán)交給調(diào)度器。如果采用搶占式調(diào)度,，有多個(gè)活動(dòng)任務(wù)執(zhí)行“上下文切換”和“關(guān)鍵段保護(hù)”等將增加系統(tǒng)的開銷,。許多研究表明,，相對于搶占式調(diào)度器，合作式調(diào)度器具有很多優(yōu)點(diǎn),。

3.系統(tǒng)概述

　　3.1 系統(tǒng)功能分析和狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

　　經(jīng)過需求分析,，我們定義了系統(tǒng)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的功能如下：

　　1）系統(tǒng)將監(jiān)視汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)；

　　2）系統(tǒng)可以接受手機(jī)用戶的設(shè)置,，并設(shè)置手機(jī)號碼,；

　　3）如果系統(tǒng)報(bào)警開啟，汽車啟動(dòng)時(shí),，將通過無線模塊給指定的手機(jī)用戶報(bào)警,；

　　4）系統(tǒng)接受手機(jī)用戶的控制短信，對汽車進(jìn)行斷油,，斷電處理,；

　　5）系統(tǒng)接受手機(jī)用戶的查詢短信，可以報(bào)告汽車的位置,，在市區(qū)可以精確到無線小區(qū),；

　　6）系統(tǒng)將采取確定的措施以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　以上的各項(xiàng)目標(biāo)功能同時(shí)也是衡量系統(tǒng)設(shè)計(jì)的指標(biāo),。在以后面的設(shè)計(jì)中,，我們將利用有限狀態(tài)機(jī)等工具將各項(xiàng)功能進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化，直到完成系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì),。

　　基于對系統(tǒng)工作流程的分析,，進(jìn)一步我們可以設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（圖2），從上面我們可以清晰的看到系統(tǒng)的工作流程,。

　　3.2 系統(tǒng)模塊構(gòu)成

　　嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常用模塊化設(shè)計(jì)方法,，以降低開發(fā)難度，減少各個(gè)部分之間的耦合度,，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,。如圖所示，整個(gè)系統(tǒng)主要由CPU,，傳感器,，RS232 接口以及GSM 模塊構(gòu)成。其中CPU 是系統(tǒng)的核心控制部分,，負(fù)責(zé)接受各模塊信號,，進(jìn)行處理，并控制其它模塊,；傳感器探測汽車被啟動(dòng),；GPRS 模塊用來收發(fā)短信，向車主手機(jī)通過RS232 接口與CPU進(jìn)行通信,；電子開關(guān)電路用于控制汽車電路系統(tǒng),，能夠達(dá)到對汽車斷油,，斷電的目的。

　　3.3 系統(tǒng)硬件部分

　　1）采用了Atmel 公司生產(chǎn)的AT89S52 單片機(jī)作為處理核心,，該處理器有32 個(gè)I/O 口,，3 個(gè)Timer,，最多支持8 個(gè)中斷,。因?yàn)?256B 的片上RAM 資源不夠，所以系統(tǒng)使用了擴(kuò)展的64KRAM,，此外AT89S52 的8K 片上flash 對于該系統(tǒng)來說已經(jīng)足夠,。該處理器可以支持不同的功耗模式，適用于對于成本和功耗敏感的場合,。

　　CPU 外接型號為AT24C01 的 EEPROM 作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,，用來存放車主電話號碼等信息。AT24C 系列串行E2PROM 具有I2C 總線接口功能,，功耗小,，寬電源電壓（根據(jù)不同型號2.5V～6.0V），工作電流約為3mA,靜態(tài)電流隨電源電壓不同為30μA～110μA,。系統(tǒng)中使用了P2 口模擬I2C 總線與E2PROM 連接,，這樣的方式相比硬件實(shí)現(xiàn)I2C 協(xié)議可以簡化電路，降低成本,。

　　AT89S52 芯片中提供了內(nèi)置看門狗,，在一定的時(shí)間周期內(nèi)，我們必須對看門狗的寄存器進(jìn)行設(shè)置,，如果沒能及時(shí)設(shè)置,，看門狗將使系統(tǒng)復(fù)位。

　　2）每臺(tái)終端在使用前需要進(jìn)行初始化設(shè)置,。該設(shè)置是通過串口來完成的,，通過復(fù)用與GPS 連接的串口來實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備的初始化。需要定義好其通信協(xié)議和需要配置的具體內(nèi)容,。

　　3）該終端安裝在汽車比較隱蔽的地方,，采用汽車電源供電的方式。該終端的主要功能是負(fù)責(zé) GPS 信號的接收處理,、告警數(shù)據(jù)的上報(bào),、中心控制命令的接收、處理及命令的執(zhí)行等工作,。

　　4）GPRS 模塊采用法國 WAVECOM 公司Q2406B ,上傳速率可達(dá) 2618 kbit s/s ,下載速率可達(dá)5316 kbit s/s,。GPS 模塊有以下兩種選擇：

　　a）直接選擇串口連接方式的 GPRS MODEM。

　　b）選擇內(nèi)置的GPRS 模塊外加天線的設(shè)計(jì)方法,。

　　采用第一種方法可以降低開發(fā)和維護(hù)的難度,，而且安裝方便,，但是成本比較高。第二種方法需要在硬件上設(shè)計(jì)相關(guān)的電路,，開發(fā)難度較大,，不過可以降低成本。

　　5）車輪速度傳感器也叫輪速傳感器或轉(zhuǎn)速傳感器,，它可以測出車輪與驅(qū)動(dòng)軸共同旋轉(zhuǎn)的齒圈數(shù),，然后產(chǎn)生與車輪轉(zhuǎn)速成正比的交流信號。車輪速度傳感器信號通過ADC 電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳送給CPU 進(jìn)行判讀,。

　　3.4 任務(wù)的設(shè)計(jì)

　　通過對圖2以及系統(tǒng)功能的分析我們將系統(tǒng)軟件劃分為多個(gè)任務(wù),，任務(wù)的名稱，任務(wù)周期以及執(zhí)行時(shí)間等信息如表1所列,。

　　在表列出的各項(xiàng)任務(wù)中,，Task1 每1ms 對buffer 進(jìn)行查詢，如果有需要收發(fā)的信息,，馬上通過串口收發(fā),。串口收到的string 流存放到緩沖區(qū)中，交給Task2 進(jìn)行處理,。Task2 周期為1s,，負(fù)責(zé)PUD 短信的編解碼，對命令的識(shí)別和控制信號的發(fā)送,，它是系統(tǒng)中最耗費(fèi)資源的任務(wù),。Task3 每隔10s 執(zhí)行一次，它對車速傳感器采集的信號進(jìn)行判別,，如果需要告警,，則將消息發(fā)送給Task2 進(jìn)行處理。Task4 每48ms 檢測一次消息,，完成對汽車控制信號的發(fā)送,。Task5 在小于16383 個(gè)CPU 機(jī)器周期內(nèi)（這里以12ms 為周期），對看門狗進(jìn)行置位,，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行,。

　　根據(jù)合作式調(diào)度器的原理與各任務(wù)的周期，設(shè)置定時(shí)器每1 ms 產(chǎn)生一個(gè)周期中斷信號,。因?yàn)橛卸鄠€(gè)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間超過1 ms ,Task1 無法按規(guī)定的頻率執(zhí)行,。因此采用直接將Task1 包含進(jìn)定時(shí)器中斷服務(wù)子程序的方法，從而使所有任務(wù)的周期及執(zhí)行時(shí)間均能滿足系統(tǒng)任務(wù)可調(diào)度的要求,。

　　在工程中采用事件觸發(fā)模式很大程度上會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性,，導(dǎo)致龐大的代碼結(jié)構(gòu)。這樣的代碼長度及復(fù)雜性不適合普通開發(fā)人員構(gòu)建，而商業(yè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)往往價(jià)格昂貴,，并且需要很大的操作系統(tǒng)開銷,。采用基于時(shí)間觸發(fā)模式開發(fā)系統(tǒng)可以滿足實(shí)時(shí)、簡單,、可預(yù)測性等工程要求,。在應(yīng)用實(shí)例中也可以看到，對于任務(wù)周期與執(zhí)行時(shí)間相差懸殊的任務(wù),，為滿足可調(diào)度性的要求,，將需頻繁執(zhí)行的短任務(wù)加入定時(shí)器中斷服務(wù)子程序的方法延長了中斷處理的時(shí)間，同時(shí)削弱了系統(tǒng)實(shí)時(shí)響應(yīng)能力及可預(yù)測能力,。此外,，也可以通過將執(zhí)行時(shí)間長的任務(wù)分解成幾個(gè)執(zhí)行時(shí)間短的任務(wù)來滿足任務(wù)可調(diào)度性,。相對于事件觸發(fā)模式,，時(shí)間觸發(fā)模式對工程技術(shù)人員的要求更高。

4.結(jié)語

　　通過基于時(shí)間觸發(fā)的模式實(shí)現(xiàn)的多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)具有較好的實(shí)時(shí)性和可靠性,，適用于對于資源要求較高的工業(yè)控制系統(tǒng)中,。通過軟硬件的設(shè)計(jì)，汽車防盜系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對汽車的實(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)警,，并能實(shí)現(xiàn)硬件硬件防盜功能,。汽車電子中嵌入式系統(tǒng)得到了大量運(yùn)用，如何整合汽車的原有資源,，設(shè)計(jì)出強(qiáng)大而且實(shí)用的應(yīng)用,，將是未來汽車嵌入式開發(fā)的目標(biāo)。