基于ARM智能交通讯号机控制板开辟

        信号机是一个典刑的嵌入式体系，嵌入式体系因此应用为中间来计划，对成果、性能、可靠性、本钱、功耗、体积等有严格的请求，既要餍足智能交通体系对信号机警能化、多成果的请求，又要最大化信号机的性价比，因此本计划选择基于ARM核的32位嵌入式RISC处理惩罚器——AT91RM9200来完成智能交通讯号机控制板的硬件计划，以到达使信号机在交通体系中成为网络与处理惩罚交通流量数据、通讯联网以及地区和谐控制平台的计划目标。

      1 小序

       如今我国的都市交通控制重要还是靠蹊径交通讯号控制机（以下简称信号机）。海内的信号机重要分为两类：一类采取8/16位单片机作为处理惩罚器，交通控制成果大略、方案单一，以RS 232或RS485为通讯方法，难以与控制中间联网以及实现地区交通和谐控制等成果，不克不及适应当代化大路口交通控制的请求；另一类则是基于工控机或PC104，成果固然强大，但由于工控机或PC104都是按通用谋略机标准计划，并非专门针对信号机应用计划，该类信号机硬件布局巨大且很多成果并不必要，本钱也高，外洋的信号机（如西门子公司的2070和美国的EAGLE）开提倡步早，程度高，已有种种自适应联网型信号机产品，但一样平常不实用于中国殽杂交通的实际环境，且代价昂贵，操纵不方便。

       信号机是一个典刑的嵌入式体系，嵌入式体系因此应用为中间来计划，对成果、性能、可靠性、本钱、功耗、体积等有严格的请求，既要餍足智能交通体系对信号机警能化、多成果的请求，又要最大化信号机的性价比，因此本计划选择基于ARM核的32位嵌入式RISC处理惩罚器——AT91RM9200来完成智能交通讯号机控制板的硬件计划，以到达使信号机在交通体系中成为网络与处理惩罚交通流量数据、通讯联网以及地区和谐控制平台的计划目标。

        2 信号机体系硬件计划

       2.1 体系总体硬件布局

       智能交通体系请求信号机可以向控制中间及时提供多种蹊径信息和车流量数据信息，吸取控制中间的控制下令，并可以或许独立实行一些巨大的算法，可以根据交通流量变革及时条件路口信号灯的绿灯时间，因此思量现有信号机的不敷，根据信号机成果生长的趋势和请求，本文计划的信号机控制板具有控制参数输入、控制状态输出、控制参数生存、灯态输出控制、交通流信息（重要是车流量）及时检测与汗青数据存储、多种灯态控制方案与算法模型存储、支持以太网及与手持终端配置通讯等根本成果。整个体系硬件布局如图1所示。

       2.1.1 AT91RM9200微处理惩罚器先容

       嵌入衰落处理惩罚器是整个嵌入式体系的内核，AT91RM9200是Atmel公司推出的基于当前盛行的ARM920T内核的一款32位RISC微控制器，事变在180MHz频率下的运算速率可达200MIPS。专门针对体系控制、通讯范畴的应用。AT91RM9200芯片的成果布局如图2所示。

       AT91RM9200集成了丰富的外围成果模块，餍足多种应用场合，丰富得当于及时控制，可以支持及时操纵体系（RTOS），为必要多成果、低本钱、低功耗的谋略麋集型应用提供了一个单芯片级的办理方案。AT91RM9200是一款性价比极高的微处理惩罚器，颠末比较选择AT91RM9200作为信号机控制板处理惩罚器。

       2.1.2 控制板外围模块

       控制板计划重要包括以下几个部分：

       （1）电源/晶振模块：

       控制主板利用12/5V两套电源供电，AT91RM9200事变于3.3/1.8V两种电压，体系其他器件只管即便选择事变电压为3.3V。

       AT91RM9200利用12MHz/32.768kHz两种晶振，主晶振12MHz颠末芯片内倍频处理惩罚分别为ARM920T核与体系提供180MHz和60MHz的时钟频率。32.768kHz慢时钟用于AT91RM9200的启动。

       （2）存储器模块。

       （3）网络模块。

       （4）串口模块和GPS接口：

       AT91RM9200提供4个USART，分别将他们分派给RS232和RS485。控制板上预留GPS接口位置，用于将来扩展信号机无线通讯成果，GPS利用RS232同AT91RM9200通讯。

       （5）RTC模块：

信号机在通讯、干线大概地区和谐控制中必要利用同一的时间来同步，因此计划RTC（及时时钟）用来对时。RTC可以提供可编程的及时时钟：年（含闰年）、月、日、时、分、秒、星期及一个闹钟停止，并可以在失电后利用备用电源事变。

       （6）体系总线扩展模块。

       2.2 重要硬件模块电路计划

       下面细致阐明存储单位、网络和体系总线扩展模块的硬件计划。

       2.2.1 存储器模块

       本文计划的信号机必要存放嵌入式操纵体系及其文件体系、应用步伐和其他在运行或体系失电后必要生存的数据；别的当体系启动后，操纵体系和步伐运行还必要更大的空间。AT91RM9200内部集成的ROM和RAM的容量不克不及够餍足信号机的请求，因此计划了外存储单位来扩展存储空间，由16MB和FLASH和64MB的SDRAM构成信号机的外存储体系。

       AT91RM9200的地点空间是4GB，他被分别成16个256MB的地区；

       地区0为内部存储器空间；

       地区1－8是给由EBI控制的外部配置（扩展的片外存储器和外接的配置）利用的，片选信号为引脚NCS0－7；

       地区15是AT91RM9200集成的片表里围成果（包括体系和用户外围）利用的地点空间，当体系上电或重启时，根据引脚BMS的电平状态，体系选择是从内部ROM（BMS＝1）还是从存储地区1即NCS0片选地区（BMS＝0）启动。

       （1）本计划选用1片8M×16b数据宽度的FLASH，共16MB，作为步伐代码存储器和信号机运行时的永世数据存储器。FLASH存储器在体系中重要用于存放引导步伐bootloader、操纵体系内核镜像和应用步伐代码等，体系上电大概复位后从FLASH中运行bootloader，由bootloader初始化硬件并将操纵体系拷贝到SDRAM中去实行。以是将FLASH存储器分派到AT91RM9200的BANK0（存储地区1）地点空间，即将AT91RM9200的NCSO连接到FLASH的片选端CE0。FLASH输出使能端OE接AT91RM9200的NOE；写使能端WE接AT91RM9200的NWE；模式选择端BYTE上接高电平，使FLASH事变在16位数据模块，16位模块FLASH与AT91RM9200的根本连接如图3所示。

       （2）为了进步体系运行的结果，体系启动后将FLASH中代码拷贝到SDRAM中，由SDRAM作体系步伐运行场合。为了发挥AT91RM9200处理惩罚器32位数据处理惩罚性能，本计划选用2片4BANK×4M×16b（32MB）SDRAM，并联构成32b的RAM，统共64MB空间，完全可以餍足嵌入式操纵体系及种种巨大成果的运行请求。

       如图4为用2片SDRAM并联构建32位SDRAM存储体系的简图，此中一片作为高16位，另一片作为低16位，他们的数据线分别接AT91RM9200数据总线的D[16..31]和D[0..15]。SDRAM是被分派到AT91RM9200的BANK1（存储地区2）地点空间的，即将AT91RM9200的NCS1端分别接到2片DSRAM的CS片选端。由于SDRAM的第10位地点线A10另有给SDRAM预充电的作用，以是AT91RM9200提提供SDRAM专用的地点线——SDA10，来代替通用地点线MA10，并且由于32位数据读写是4字节对齐的，以是AT91RM9200的地点线MA[2..11，13，14]接SDRAM地点线A[0..9，11，12]。

       2.2.2 10/100 Mb/s以太网模块

       传统的RS 232和RS 485通讯方法已经不适应远间隔、大信息量的数据传输，而充分利用现有发达的网络体系，实现信号机联网的成果，也是智能交通生长的请求，AT91RM9200芯片本身集成有网络控制器件和28B的FIFOs栈和专用数据控制器（DMA）的吸取和发送通道，硬件实现了OSI网络参考模型中介于物体层和逻辑链路层之间的介质访问MAC子层，但是没有提供物理层接口，因此必要外接一个物体层传输控制器来提供接入以太网的通道。用Intel的LXT972快速以太网PHY传输控制芯片举行数据的网络收发。

       LXT972和AT91RM9200网络控制器通过介质无关接口（MII）可以很方便地连接。在LXT972和RJ45接口之间必要用网络断绝变压器来连接，网络断绝变压器起信号传输、阻抗立室、波形修复、杂波克制以及高电压断绝等作用，以掩护体系的寂静。LXT972的RX＋/RX－、TX＋/TX－接到网络断绝变压器上，再由变压器引出相应信号连接到RJ45接口上，网络模块以标准RJ45接口与以太网相连。其网络模块连接方法如图5所示。

         2.2.3 体系总线扩展模块

       思量到信号机的体积、靠靠性及进步信号机的模块化程度，方便配置的升级、扩展、控制板上并不直接实现控制参数输入、车流量检测等成果，信号机从控制板引出数据总线、地点总线和须要的控制信号，计划同一的体系总线，控制板通过总线来操纵各个成果板，如信号灯驱动板、车辆检测板以及操纵外观的键盘输入和LED表现输出，控制板和各个成果板都卡装在插槽接口。

       由于信号机的体系总线计划利用ISA总线标准，因此总线时序同ARM的读写时序差别，以是起首必要对ARM时序和ISA时序做转化。底板总线必要的数据、地点、读写等控制信号等都先由CPLD举行时序转换后再发送到总线上去。底板总线利用16位数据总线，7位地点总线，分派给底板总线的地点空间是AT91RM9200的BANK2区（存储地区3），片选信号端NCS2。对底板总线的读写操纵由AT91RM9200的EBI（外部总线接口）来控制，嵌入式操纵体系以I/O内存的方法来对他们举行办理。AT91RM9200的可编程时钟输出端PCK0用来给底板总线提供时钟信号，由CPLD对他举行分频处理惩罚，孕育产生必要的多个时钟频率。

       信号机利用操纵外观的小键盘举行参数设置和方案设置，并用LED模块表现信号灯闪烁。操纵外观的键盘、LED计划采取“串行”操纵，即外观的键盘信号先举行“并/串”转换后，以两线同步串行方法传输到控制板的CPLD，作“串/并”转换后再发送给AT91RM9200。

       在操纵外观本身的CPLD内，模块“8279”的事变方法，征求键盘信号，同样AT91RM9200发送给LED表现的下令数据先在CPLD中实现“并/串”转换，以两线同步串行方法，传输给操纵外观，由操纵外观的CPLD处理惩罚后控制LED。这种方案大大淘汰控制主板与操纵外观之间的联线，模块化程度更好。体系总线扩展模块如图6所示。

         3 嵌入式Linux体系

       信号机成果比较大略时并不必要利用操纵体系，而只是运行一个控制循环步伐，利用停止来处理惩罚产生的变乱，如许步伐布局比较狼籍，难以维护或升级，成果也受限。基于工控机或PC104的信号机上一样平常运行通用操纵体系，如Windows或DOS，前者成果固然强大，却过于巨大，不得当信号机如许的嵌入式体系，可靠性差、容易导致去世机；后者则成果较弱，已经不得当信号机成果生长的请求。

       智能信号机的成果生长必要同时运行多个任务，如信号灯控制、通讯、车流量检测等等，这就要对多任务举行公道的调理；别的信号机吸取和处理惩罚的信息、数据的增多，尤其是必要大量生存汗青车流量数据供信号灯控制模型谋略和中间查问利用，单靠表或数组来办理是巨大而服从低下的，因此文件办理也是必不可少的一项成果。

       嵌入式Linux是一款良好的嵌入式操纵体系。他采取微内核体系布局，这使得内核小巧而可靠，易于ROM固化，并可模块化扩展；支持多种文件体系，如EXT2，VFAT，NTFS等；内核直接提供美满的网络支持。

       本文选择成果和可靠性都很成熟的Linux－2.4.19内核版本以及针对AT91RM9200体系布局的补丁patch－2.4.19－rmk7。给标准内核源代码打上补丁后，该内核就可应用于AT91RM9200了。这就大大节流了产品开辟时间，剩下的重要移植事变便是根据信号机的硬件成果编写大概修改相应的驱动步伐，并在编码内核时选择必要的成果，此处不再赘述。

       Linux操纵体系在开辟板上为应用步伐运行提供了一个强大的软件平台。应用步伐的开辟调试有两种模式：

       （1）和内核一起编译，在体系启动后运行，这种要领修改步伐比较贫苦，必须重新编码内核，因此得当于大略的嵌入式体系。

       （2）在宿主机上的交错编码环境下举行编码，天生目标板上可实行的二进制文件，再通过串口和网口下载到目标板上实行，用该要领调试步伐方便机动，更得当于巨大的体系。

       本文采取第二种要领来调试步伐。将目标板（控制板）的调试串口和宿主机（PC机）串口相连，然后宿主机上运行minicom作为目标板的控制外观。将宿主机和目标板用交错网线连接，并设置二者的IP在同一网段。在宿主机上打开NFS（网络文件体系）办事；目标板mount宿主机的IP，如mount－o nolock 192.168.2.97：//test，如许从目标板文件体系的test文件夹就可以访问到宿主机的根文件体系，宿主机上编译好的可实行文件，直接可以从目标板上看到并运行。

       测试表明信号机控制板的软硬件体系都可以稳固运行，各部分成果也正常事变，证明白计划结果到达了预期的计划目标。

       4 结语

       本文先容了基于AT91RM9200微处理惩罚器的智能交通机控制板的硬件计划以及嵌入式Linux软件平台。该计划要领改造了原信号机成果，增长了网络通讯成果，并保存了已往的通讯串口以保持兼容。整个开辟板布局计划和总线接口信号都同原信号机主板一样，可以直接在如今的信号机上利用，而不消整个修改已经开辟成熟的信号机，简化了开辟事变。

       嵌入式Linux体系也使硬件成果得到更好的办理和利用，并为信号机的软件运行提供了一个强大的平台，Linux体系下接中计络和举行文件办理越发容易寂静。在Linux底子上可以更方便地开辟更智能的信号灯控制算法以及其他成果。同时整个信号机体系的软硬件可靠性也得到了进步。