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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）不停車收費是目前世界上最先進的路橋收費方式。通過安裝在車輛擋風玻璃上的車載單元與安裝在收費站 ETC 車道上的路側單元之間的微波專用短程通訊，利用計算機聯網技術與銀行進行后臺結算處理，從而達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系統中的車載單元OBU設備及OBU設備中記錄車輛信息和用戶信息的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擋風玻璃上的車載單元（On Board Unit，簡稱OBU）、路側單元（Roadside Unit，簡稱RSU）以及車道控制器組成，前端應用系統總體架構如下圖所示：
以自動欄桿島內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，自動欄桿島內布局模式如下圖所示：
當車輛駛入到ETC天線通信區域時，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，完成雙向認證以及入口/出口信息寫入，上傳獲取到的相關的信息如汽車ID號、車型、車牌號等信息到中心管理系統和數據庫中的相應信息進行比較判斷，根據不同情況來控制管理系統產生不同的動作，如計算機收費管理系統從該車的賬戶中扣除此次應交的過路費，或送出指令給其它輔助設施工作。其它輔助設施如：違章車輛攝像系統，自動控制欄桿或其它障礙，交通顯示設備（紅、黃、綠燈等設備）指示車輛行駛。
OBU系統組成
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設備中；多邏輯通道是采用多邏輯通道合成技術把用戶卡和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已經安裝好，OBU整機需要通過車規級的認證；后裝OBU則是汽車出廠后安裝的，沒有車規級認證的限制。雖然OBU分類看起來很復雜，但是總體的架構并沒有太大的差別，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實現了OBU的整體邏輯、提供ESAM至RSU信息轉發功能。
ESAM邏輯單元，本質是一個安全單元，存儲了車輛信息、發行信息等數據，這些數據在滿足安全條件下可讀可寫。
ICC邏輯單元，本質是一個電子錢包卡，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付的賬戶中扣除（預付方式），或在之后一并結算（后付方式）；儲值卡中有用戶在賬戶中預存的一定金額，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，研發了兩款多邏輯通道OBE-SAM產品，型號分別是ACL16-S8A和ACL16-S8B，ACL16-S8A是前裝產品，而ACL16-S8B是后裝產品。產品的主要特性如下：
? 安全芯片采用32位CPU核
? 支持SM4算法、TDES算法
? 用戶區數據存儲容量32Kbytes，50萬次擦寫次數
? 支持ISO/IEC 7816 T=0通信協議
? 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，包括二進制文件、定長記錄文件、變長記錄文件、循環文件
? 支持多種安全訪問方式和權限管理
? 產品符合《收費公路聯網電子不停車收費技術要求》
? 產品符合《ESAM模塊安全評估測試》
? 產品符合《聯網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
? 符合車規級AEC-Q100Grade1測試認證(僅ACL16-S8A)
