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航芯方案 | 針對ETC系統(tǒng)的OBE-SAM模塊設(shè)計方案


ETC（Electrical Toll Collection）不停車收費是目前世界上最先進(jìn)的路橋收費方式。通過安裝在車輛擋風(fēng)玻璃上的車載單元與安裝在收費站 ETC 車道上的路側(cè)單元之間的微波專用短程通訊，利用計算機聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與銀行進(jìn)行后臺結(jié)算處理，從而達(dá)到車輛通過路橋收費站不需停車就能繳納路橋費的目的。


本文將著重介紹一下ETC系統(tǒng)中的車載單元OBU設(shè)備及OBU設(shè)備中記錄車輛信息和用戶信息的ESAM單元。


ETC系統(tǒng)組成及工作原理


ETC系統(tǒng)由前端系統(tǒng)和后臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成，總體的架構(gòu)如下圖所示：




前端系統(tǒng)包含安裝在汽車擋風(fēng)玻璃上的車載單元（On Board Unit，簡稱OBU）、路側(cè)單元（Roadside Unit，簡稱RSU）以及車道控制器組成，前端應(yīng)用系統(tǒng)總體架構(gòu)如下圖所示：




以自動欄桿島內(nèi)布局模式這種形式的ETC車道為例，介紹一下車輛通行的原理，自動欄桿島內(nèi)布局模式如下圖所示：




當(dāng)車輛駛?cè)氲紼TC天線通信區(qū)域時，地感線圈感知車輛到來或離開，并把信號傳遞給車道控制器，車道控制器控制RSU通過DSRC信號與車輛上的OBU建立通信鏈路，完成雙向認(rèn)證以及入口/出口信息寫入，上傳獲取到的相關(guān)的信息如汽車ID號、車型、車牌號等信息到中心管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫中的相應(yīng)信息進(jìn)行比較判斷，根據(jù)不同情況來控制管理系統(tǒng)產(chǎn)生不同的動作，如計算機收費管理系統(tǒng)從該車的賬戶中扣除此次應(yīng)交的過路費，或送出指令給其它輔助設(shè)施工作。其它輔助設(shè)施如：違章車輛攝像系統(tǒng)，自動控制欄桿或其它障礙，交通顯示設(shè)備（紅、黃、綠燈等設(shè)備）指示車輛行駛。


OBU系統(tǒng)組成


OBU按用戶卡的類型來分類，可以分為雙片式OBU和多邏輯通道OBU，雙片式OBU的用戶卡與ESAM是分開的，會有一張單獨的用戶卡插入到OBU設(shè)備中；多邏輯通道是采用多邏輯通道合成技術(shù)把用戶卡和ESAM合成到了一個ESAM中。按安裝的階段來分，可以分為前裝OBU與后裝OBU，前裝OBU即在汽車出廠前OBU已經(jīng)安裝好，OBU整機需要通過車規(guī)級的認(rèn)證；后裝OBU則是汽車出廠后安裝的，沒有車規(guī)級認(rèn)證的限制。雖然OBU分類看起來很復(fù)雜，但是總體的架構(gòu)并沒有太大的差別，OBU的架構(gòu)大致如下圖（以多邏輯通道OBU為例）所示：




OBU包含主控MCU、ESAM/ICC，RF、藍(lán)牙、電源及一些外圍的器件組成。主控MCU實現(xiàn)了OBU的整體邏輯、提供ESAM至RSU信息轉(zhuǎn)發(fā)功能。


ESAM邏輯單元，本質(zhì)是一個安全單元，存儲了車輛信息、發(fā)行信息等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在滿足安全條件下可讀可寫。


ICC邏輯單元，本質(zhì)是一個電子錢包卡，分為記賬卡和儲值卡，記賬卡中記有用戶ID等基本信息，用戶可用此卡在收費車道先行記賬，其消費金額將從用戶預(yù)付的賬戶中扣除（預(yù)付方式），或在之后一并結(jié)算（后付方式）；儲值卡中有用戶在賬戶中預(yù)存的一定金額，卡中記有用戶ID和儲值信息，用戶可用此卡在收費車道直接付款，其消費金額將從卡中扣除，同時從用戶預(yù)存的賬戶中扣除。


對于雙片式OBU而言， ESAM邏輯單元和ICC邏輯單元是兩個單獨的器件。而對于多邏輯通道OBU而言，ESAM邏輯單元和ICC邏輯單元采用了多邏輯通道合成技術(shù)合成到了多邏輯通道ESAM一個器件中。


上海航芯，多邏輯通道ESAM


上海航芯針對ETC系統(tǒng)，研發(fā)了兩款多邏輯通道OBE-SAM產(chǎn)品，型號分別是ACL16-S8A和ACL16-S8B，ACL16-S8A是前裝產(chǎn)品，而ACL16-S8B是后裝產(chǎn)品。產(chǎn)品的主要特性如下：


? 安全芯片采用32位CPU核


? 支持SM4算法、TDES算法


? 用戶區(qū)數(shù)據(jù)存儲容量32Kbytes，50萬次擦寫次數(shù)


? 支持ISO/IEC 7816 T=0通信協(xié)議


? ISO/IEC 7816接口時鐘不高于15MHz，支持多種波特率（外部時鐘頻率3.57MHz情況下，9.6kbps~223.2kbps）


? 支持多種文件類型，包括二進(jìn)制文件、定長記錄文件、變長記錄文件、循環(huán)文件


? 支持多種安全訪問方式和權(quán)限管理


? 產(chǎn)品符合《收費公路聯(lián)網(wǎng)電子不停車收費技術(shù)要求》


? 產(chǎn)品符合《ESAM模塊安全評估測試》


? 產(chǎn)品符合《聯(lián)網(wǎng)電子收費多邏輯通道OBE-SAM模塊物理特性測試》


? 安全芯片達(dá)到國密二級認(rèn)證級別


? 安全芯片達(dá)到EAL5+認(rèn)證級別


? 符合車規(guī)級AEC-Q100Grade1測試認(rèn)證(僅ACL16-S8A)