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航芯方案 | 針對ETC系統的OBE-SAM模塊設計方案
ETC（Electrical Toll Collection）不停車(chē)收費是目前世界上最先進(jìn)的路橋收費方式。通過(guò)安裝在車(chē)輛擋風(fēng)玻璃上的車(chē)載單元與安裝在收費站 ETC 車(chē)道上的路側單元之間的微波專(zhuān)用短程通訊，利用計算機聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與銀行進(jìn)行后臺結算處理，從而達到車(chē)輛通過(guò)路橋收費站不需停車(chē)就能繳納路橋費的目的。
本文將著(zhù)重介紹一下ETC系統中的車(chē)載單元OBU設備及OBU設備中記錄車(chē)輛信息和用戶(hù)信息的ESAM單元。
ETC系統組成及工作原理
ETC系統由前端系統和后臺數據庫系統組成，總體的架構如下圖所示：
前端系統包含安裝在汽車(chē)擋風(fēng)玻璃上的車(chē)載單元（On Board Unit，簡(jiǎn)稱(chēng)OBU）、路側單元（Roadside Unit，簡(jiǎn)稱(chēng)RSU）以及車(chē)道控制器組成，前端應用系統總體架構如下圖所示：
以自動(dòng)欄桿島內布局模式這種形式的ETC車(chē)道為例，介紹一下車(chē)輛通行的原理，自動(dòng)欄桿島內布局模式如下圖所示：
當車(chē)輛駛入到ETC天線(xiàn)通信區域時(shí)，地感線(xiàn)圈感知車(chē)輛到來(lái)或離開(kāi)，并把信號傳遞給車(chē)道控制器，車(chē)道控制器控制RSU通過(guò)DSRC信號與車(chē)輛上的OBU建立通信鏈路，完成雙向認證以及入口/出口信息寫(xiě)入，上傳獲取到的相關(guān)的信息如汽車(chē)ID號、車(chē)型、車(chē)牌號等信息到中心管理系統和數據庫中的相應信息進(jìn)行比較判斷，根據不同情況來(lái)控制管理系統產(chǎn)生不同的動(dòng)作，如計算機收費管理系統從該車(chē)的賬戶(hù)中扣除此次應交的過(guò)路費，或送出指令給其它輔助設施工作。其它輔助設施如：違章車(chē)輛攝像系統，自動(dòng)控制欄桿或其它障礙，交通顯示設備（紅、黃、綠燈等設備）指示車(chē)輛行駛。
OBU系統組成
OBU按用戶(hù)卡的類(lèi)型來(lái)分類(lèi)，可以分為雙片式OBU和多邏輯通道OBU，雙片式OBU的用戶(hù)卡與ESAM是分開(kāi)的，會(huì )有一張單獨的用戶(hù)卡插入到OBU設備中；多邏輯通道是采用多邏輯通道合成技術(shù)把用戶(hù)卡和ESAM合成到了一個(gè)ESAM中。按安裝的階段來(lái)分，可以分為前裝OBU與后裝OBU，前裝OBU即在汽車(chē)出廠(chǎng)前OBU已經(jīng)安裝好，OBU整機需要通過(guò)車(chē)規級的認證；后裝OBU則是汽車(chē)出廠(chǎng)后安裝的，沒(méi)有車(chē)規級認證的限制。雖然OBU分類(lèi)看起來(lái)很復雜，但是總體的架構并沒(méi)有太大的差別，OBU的架構大致如下圖（以多邏輯通道OBU為例）所示：
OBU包含主控MCU、ESAM/ICC，RF、藍牙、電源及一些外圍的器件組成。主控MCU實(shí)現了OBU的整體邏輯、提供ESAM至RSU信息轉發(fā)功能。
ESAM邏輯單元，本質(zhì)是一個(gè)安全單元，存儲了車(chē)輛信息、發(fā)行信息等數據，這些數據在滿(mǎn)足安全條件下可讀可寫(xiě)。
ICC邏輯單元，本質(zhì)是一個(gè)電子錢(qián)包卡，分為記賬卡和儲值卡，記賬卡中記有用戶(hù)ID等基本信息，用戶(hù)可用此卡在收費車(chē)道先行記賬，其消費金額將從用戶(hù)預付的賬戶(hù)中扣除（預付方式），或在之后一并結算（后付方式）；儲值卡中有用戶(hù)在賬戶(hù)中預存的一定金額，卡中記有用戶(hù)ID和儲值信息，用戶(hù)可用此卡在收費車(chē)道直接付款，其消費金額將從卡中扣除，同時(shí)從用戶(hù)預存的賬戶(hù)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(gè)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(gè)器件中。
上海航芯，多邏輯通道ESAM
上海航芯針對ETC系統，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(hù)區數據存儲容量32Kbytes，50萬(wàn)次擦寫(xiě)次數
? 支持ISO/IEC 7816 T=0通信協(xié)議
? ISO/IEC 7816接口時(shí)鐘不高于15MHz，支持多種波特率（外部時(shí)鐘頻率3.57MHz情況下，9.6kbps~223.2kbps）
? 支持多種文件類(lèi)型，包括二進(jìn)制文件、定長(cháng)記錄文件、變長(cháng)記錄文件、循環(huán)文件
? 支持多種安全訪(fǎng)問(wèn)方式和權限管理
? 產(chǎn)品符合《收費公路聯(lián)網(wǎng)電子不停車(chē)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》
? 安全芯片達到國密二級認證級別
? 安全芯片達到EAL5+認證級別
? 符合車(chē)規級AEC-Q100Grade1測試認證(僅ACL16-S8A)
