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高速公路不停车收费系统（ETC）介绍

不停车收费系统(又称电子收费系统ElectronicTollCollectionSystem，简称ET

C系统)是利用RFID技术，实现车辆不停车自动收费的智能交通子系统。该系统通过路侧

单元RSU（RoadSideUnit）与车载电子标签之间OBU（OnBoardUnit）的专用短程

通信，在不需要司机停车和收费人员操作的情况下，自动完成收费处理过程。

ETC车载单元结构

图1.ETCOBU结构图

如图一所示，OBU由电池系统，MCU，射频，显示和读卡部分（ESAM卡，CPU卡，

射频卡）组成。MCU作为整个系统的中心，负责管理显示，读卡以及与射频部分的数据处

理及交换。

FM0编码方式介绍

在车辆通过收费站时，OBU和RSU通过5.8G的载波调制，进行高速的数据交换。

数据采用HDLCFM0调制。FM0编码遵循以下三个规则：

A.一个周期内有电平跳变表示”0”;

B.一个周期内没有电平跳变表示”1”;

C．相邻两个周期电平相反。

数据形式请参考图2

图2.FM0编码方式

车载电子标签（OBU）对MCU的挑战

车载电子标签系统对MCU有两个挑战。一是低功耗；二是高速数据通信能力。

车载电子标签的电池要求有5年以上寿命或者能够支持1万次以上交易。整个系统的低功

耗设计成为工程师们的首要任务。其次，RSU对OBU下行数据波特率达到了256Kbps，

上行数据波特率512Kbps。由于车辆通行时间非常短，需要OBU对RSU的数据和命令快

速响应。而数据包最长能够达到1Kbits，不允许OBU收下整个数据包之后再解码，这要

求MCU有实时编解码的能力。

一般情况下，对FM0的软解码需要得到数据的电平宽度，从而实现解码。通常有两种方式，

一种是Timer捕获数据沿，然后软件在中断中判断数据沿之间的宽度。另外一种是定时采

样数据口线的电平，通过计数方式得到电平宽度。ETC下行数据速率达到256Kbps，对数

据“0”来讲，数据跳变沿之间的宽度只有2uS。对数据“1”来讲，数据沿宽度只有4uS。以

第一种方式为例，传统的软解码方式过程如下：

图3.Timer捕获中断方式

如图2所示，数据接收过程中，Timer会每2uS或者4uS捕获到一个数据沿，并把

数据沿保存到对应寄存器。所以，Timer捕获寄存器里的数据会最快每2uS更新一次。这

就需要CPU速度足够快，能够在至少2uS之内完成解码过程。否则，Timer捕获寄存器

的数据就会被新的数据覆盖掉，造成解码错误。假设MCU完成1个bit解码的时间需要5

0个cycle，那么至少需要MCU主频达到25MIPS以上才能实现实时解码。通常，我们会

选取主频超过40MIPs的MCU，而这些高速MCU功耗往往难以满足ETC系统的要求。所

以，很多ETC生产商采用双MCU的方式，由一颗高速MCU实现FM0实时编解码，另外

还有一颗低功耗MCU，通常是MSP430来管理整个系统的功耗。这增加了系统的成本和

复杂度。MSP430F5xxx的问世，能够同时满足ETC系统对MCU所有的挑战，解决了客

户的困扰。