行業(yè)痛點: 

  1.項目建設(shè)背景

1.  國家政策

 2018年4月，習(xí)總書記在全國網(wǎng)絡(luò)安全和信息化工作會議發(fā)表重要講話，指出：核心技術(shù)是國之重器，必須敏銳抓住信息化發(fā)展的歷史機遇，推動信息領(lǐng)域核心技術(shù)突破。

 2021年8月，交通運輸部、科技部印發(fā)《關(guān)于科技創(chuàng)新驅(qū)動加快建設(shè)交通強國的意見》（以下簡稱《意見》）?！兑庖姟诽岢觯旱?035年，交通運輸基礎(chǔ)研究和原始創(chuàng)新能力全面增強，將前沿技術(shù)與交通運輸全面融合，基本建成適應(yīng)交通強國需要的科技創(chuàng)新體系。

 陜西交控集團積極響應(yīng)我國戰(zhàn)略布局要求，聯(lián)合多家單位共同合作按照計劃要求開展具體實施工作，西安公路研究院作為陜西交控下屬子公司，與飛騰、長城、麒麟等優(yōu)秀電子信息企業(yè)基于國產(chǎn)設(shè)備，開發(fā)基于可信安全的國產(chǎn)化新一代高速公路收費系統(tǒng)，加速現(xiàn)有高速收費站從傳統(tǒng)收費模式向準自由流收費模式轉(zhuǎn)變，提高用戶通行效率，緩解收費站通行壓力。

2. 行業(yè)痛點

1. 安全威脅

 目前，信息安全無處不在，2017年5月，“WannaCry”病毒爆發(fā)，造成全球150多個國家，30萬用戶中招，直接經(jīng)濟損失達80億美元，而我們目前使用的高速公路收費系統(tǒng)還比較脆弱，且交易量較大，受到攻擊后會造成較大的經(jīng)濟損失，因此，急需一套自主可控、安全可靠的收費系統(tǒng)，保證交易的安全性和穩(wěn)定性。

2. 企業(yè)運維成本居高不下

 我國收費系統(tǒng)還未實現(xiàn)無人化、智能化運營管理，導(dǎo)致企業(yè)的運維成本居高不下，企業(yè)急需一套新的收費管理系統(tǒng)，實現(xiàn)無人化、智能化運營管理，降低企業(yè)運營成本。

3. 運營、對接復(fù)雜

 現(xiàn)有的收費系統(tǒng)，平臺的集成度比較低，外部設(shè)備很多，包括掃碼槍、打印機等，且由于各個外設(shè)的接口不統(tǒng)一，工作界面相互交叉，導(dǎo)致整個系統(tǒng)的運營管理非常復(fù)雜，對接工作量巨大。因此需要一套平臺集成度高，且外設(shè)接口統(tǒng)一的收費系統(tǒng)，降低運營管理復(fù)雜度及對接工作量。

 基于上述問題，飛騰聯(lián)合西安公路研究院，聯(lián)合開發(fā)了全新的高速公路收費系統(tǒng)，解決相關(guān)問題。

 方案詳情:

2. 項目建設(shè)方案

1. 項目建設(shè)目標

 本方案是針對傳統(tǒng)高速公路收費卡口系統(tǒng)的創(chuàng)新改造，具體建設(shè)目標如下：

 （1）小型化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、信創(chuàng)化

 研制高速公路收費卡口使用的智能控制器，設(shè)備結(jié)構(gòu)體積小、效能高，同時具有邊緣計算等功能；系統(tǒng)基于全IP網(wǎng)絡(luò)交換，串口僅用于設(shè)備調(diào)試等應(yīng)用；智能控制器、服務(wù)器、臺式機、虛擬車道終端均采用信創(chuàng)技術(shù)路線，收費軟件實現(xiàn)信創(chuàng)適配遷移。

 （2）實現(xiàn)現(xiàn)有系統(tǒng)相當效率同時，提升安全性和應(yīng)急處置能力

 本項目研制成果在仿真測試環(huán)境下進行集成驗證的同時，與現(xiàn)有收費系統(tǒng)在工作效率、安全穩(wěn)定性方面進行指標參數(shù)比對，實現(xiàn)性能與效率相當。同時，通過虛擬車道終端的設(shè)備，提升卡口遇到擁堵等情況下的應(yīng)急處置能力。

 （3）測試仿真與實際試用結(jié)合驗證，提升系統(tǒng)成果實用性

 項目實施中，一方面搭建實驗室內(nèi)的測試仿真環(huán)境，充分模擬實際應(yīng)用流程和工作負載，提升系統(tǒng)功能、性能與可靠性；另一方面，通過結(jié)合用戶試點，搭建實際道路的真實場景，驗證系統(tǒng)實戰(zhàn)能力，為后續(xù)批量生產(chǎn)和應(yīng)用推廣奠定基礎(chǔ)。

1. 解決方案整體架構(gòu)

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

  整體架構(gòu)基于飛騰CPU，采用云管端邊架構(gòu)，結(jié)合云計算、大數(shù)據(jù)、邊緣計算等技術(shù)，確保收費系統(tǒng)的先進性、安全性。

端側(cè)：基于飛騰CPU，研制了一款適用于交通領(lǐng)域的車道工控機，車道工控機接入入攝像頭、掃碼槍、顯示牌等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)統(tǒng)一管理的功能。

  邊側(cè)：采用邊緣計算技術(shù)，采用邊緣計算云，將設(shè)備控制、數(shù)據(jù)融合、交易服務(wù)、站級管理等系統(tǒng)部署在收費站邊緣云，實現(xiàn)收費在邊側(cè)完成。

  管側(cè)：利用現(xiàn)有的OTN光纖網(wǎng)和SDWAN網(wǎng)絡(luò)以及5G 移動網(wǎng)絡(luò)，將邊緣云數(shù)據(jù)及端側(cè)數(shù)據(jù)，反饋到省級收費中心云平臺。

  云側(cè)：利用現(xiàn)有的省收費中心云平臺，部署收費稽查、計費服務(wù)、運維管理、狀態(tài)名單管理等業(yè)務(wù)，實現(xiàn)收費系統(tǒng)運維管理等功能。

  本項目，為了更好地實現(xiàn)車道收費系統(tǒng)部署，基于飛騰D2000 芯片，開發(fā)了一款車道工控機，其具體介紹如下：

3. 車道工控機

1. 功能及特點

 產(chǎn)品搭載飛騰D2000/8核高性能CPU，采用中文固件、國產(chǎn)操作系統(tǒng)，保證設(shè)備底層安全性。整機采用全金屬外殼，無風(fēng)扇設(shè)計，擁有豐富的I/O接口，具備可擴展性，滿足交通行業(yè)多場景應(yīng)用需求。 

 同時，結(jié)合軟件系統(tǒng)實現(xiàn)收費站與調(diào)度、生產(chǎn)等主站系統(tǒng)之間的通信，為主站系統(tǒng)實現(xiàn)收費站監(jiān)視控制、信息查詢和遠程瀏覽等功能提供數(shù)據(jù)、模型和圖形的傳輸服務(wù)。智能控制器具有數(shù)據(jù)通信ETC機的功能、性能、外觀接口、人機界面、信息模型及通信服務(wù)等特點。

2. 工控機設(shè)計要求

 硬件總體架構(gòu)

圖2 硬件架構(gòu)圖

• 核心處理器采用飛騰公司最新研發(fā)的高性能通用處理器騰銳D2000，該處理器集成八個FTC663核，主頻達到2.0GHz，集成兩個DDR4-3200控制器；
• 兼容 ARM v8 指令系統(tǒng)，支持 64 位和 32 位指令；
• 兼容 ARM v8 虛擬化體系結(jié)構(gòu)，支持業(yè)界主流的 KVM、 Xen 虛擬機；
• 支持單精度、雙精度浮點運算指令；
• 支持 ASIMD 處理指令；
• 支持處理器安全架構(gòu) PSPA1.0。
• L2 Cache：每個 Cluster 內(nèi)有 2MB，共 8MB；
• L3 Cache：分為 8 個 Bank，共 4MB；
• 集成 34 Lanes PCIe 3.0 接口： 2 個 X16（每個可拆分成 2 個 X8）， 2個 X1；
• 集成 2 個千兆 Ethernet 接口(RGMII)，支持 10/100/1000Mbps 自適應(yīng)；
• 集成 1 個 SD 卡控制器，兼容 SD 2.0 規(guī)范；
• 集成 1 個 HDA (HD-Audio)，支持音頻輸出，可同時支持最多 4 個Codec；
• 集成 4 個 UART， 1 個 LPC Master， 32 個 GPIO， 4 個 I2C， 1 個 QSPI，
• 2 個通用 SPI， 3 個 CAN， 2 個 WDT， 16 個外部中斷；
• 集成 2 個溫度傳感器；
• 集成 128KB On Chip Memory

3. 主要功能

• 抗惡劣環(huán)境能力強。需要具備防塵、抗高低溫、抗震動、抗沖擊等適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力；
• 可靠性高。需要設(shè)計更牢靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計與可靠性設(shè)計，能保障其10000小時長時間穩(wěn)定可靠安全運行；
• 高性能。核心處理器采用天津飛騰公司最新研發(fā)的高性能通用處理器騰銳D2000，同時可搭配16GB的大內(nèi)存，處理速度更快，處理能力更強。

4. 技術(shù)指標

 方案實施效果:

• 優(yōu)化性能，提高收費站運營經(jīng)濟效益

 本項目研制成果為人工收費與自動收費功能兼?zhèn)涞膰a(chǎn)高速公路收費卡口系統(tǒng)，預(yù)期成果在實用性、可維護性、經(jīng)濟性等方面都將具有比傳統(tǒng)系統(tǒng)更好的效果。系統(tǒng)更簡化，核心設(shè)備小型化，且數(shù)據(jù)以IP網(wǎng)絡(luò)交互為主，采用國產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備，更安全、更快捷，大大降低系統(tǒng)維護成本，減少人工工作量，提高卡口收費效率，同時提升整體運營的經(jīng)濟效益。

• 從點到面，提升交通行業(yè)信創(chuàng)推廣效益

本項目作為交通行業(yè)信創(chuàng)的先導(dǎo)區(qū)項目，一方面具有很強的信創(chuàng)技術(shù)與交通行業(yè)業(yè)務(wù)相融合的示范效益，另一方面在交通行業(yè)的信息采集、監(jiān)控、計算、存儲、控制等通用和專用設(shè)備信創(chuàng)化，以及軟件信創(chuàng)化適配等方面積累豐厚的管理和技術(shù)經(jīng)驗，以及實物化的產(chǎn)品成果，可直接復(fù)用于交通行業(yè)后續(xù)的信創(chuàng)建設(shè)，直接起到縮短周期、節(jié)約成本的切實經(jīng)濟效益。

• 技術(shù)全面自由化，規(guī)避間接隱性支出。
• 落實國策，倍增交通行業(yè)信創(chuàng)深遠社會價值

本項目是國家、省市政府及交通行業(yè)各級主管部門關(guān)于信創(chuàng)的政策在交通行業(yè)的具體落實。與國家信創(chuàng)戰(zhàn)略相一致，本項目具有一定的政治使命和戰(zhàn)略意義，同時也將倍增交通行業(yè)信創(chuàng)更深遠的社會價值。

• 先行先試，打造國內(nèi)首家高速公路信創(chuàng)卡口

 以高速公路卡口改造為契機，充分發(fā)揮各家單位在信創(chuàng)工程實施中的技術(shù)和產(chǎn)品優(yōu)勢，打造省內(nèi)首家高速公路信創(chuàng)卡口應(yīng)用場景，具有典型示范效果，后期將在全省高速公路卡口進行推廣應(yīng)用，助力江蘇交通信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模建設(shè)。

• 構(gòu)建生態(tài)，引導(dǎo)交通行業(yè)信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展

 成功案例: