基于ARM智能交通信號機(jī)控制板開發(fā)
| sp; 考慮到信號機(jī)的體積、靠靠性及提高信號機(jī)的模塊化程度，方便設(shè)備的升級、擴(kuò)展、控制板上并不直接實現(xiàn)控制參數(shù)輸入、車流量檢測等功能，信號機(jī)從控制板引出數(shù)據(jù)總線、地址總線和必要的控制信號，設(shè)計統(tǒng)一的系統(tǒng)總線，控制板通過總線來操作各個功能板，如信號燈驅(qū)動板、車輛檢測板以及操作面板的鍵盤輸入和led顯示輸出，控制板和各個功能板都卡裝在插槽接口。由于信號機(jī)的系統(tǒng)總線設(shè)計使用isa總線標(biāo)準(zhǔn)，因此總線時序同arm的讀寫時序不同，所以首先需要對arm時序和isa時序做轉(zhuǎn)化。底板總線需要的數(shù)據(jù)、地址、讀寫等控制信號等都先由cpld進(jìn)行時序轉(zhuǎn)換后再發(fā)送到總線上去。底板總線使用16位數(shù)據(jù)總線，7位地址總線，分配給底板總線的地址空間是at91rm9200的bank2區(qū)（存儲區(qū)域3），片選信號端ncs2。對底板總線的讀寫操作由at91rm9200的ebi（外部總線接口）來控制，嵌入式操作系統(tǒng)以i/o內(nèi)存的方式來對他們進(jìn)行管理。at91rm9200的可編程時鐘輸出端pck0用來給底板總線提供時鐘信號，由cpld對他進(jìn)行分頻處理，產(chǎn)生需要的多個時鐘頻率。 信號機(jī)使用操作面板的小鍵盤進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和方案設(shè)定，并用led模塊顯示信號燈閃爍。操作面板的鍵盤、led設(shè)計采用“串行”操作，即面板的鍵盤信號先進(jìn)行“并/串”轉(zhuǎn)換后，以兩線同步串行方式傳輸?shù)娇刂瓢宓腸pld，作“串/并”轉(zhuǎn)換后再發(fā)送給at91rm9200。在操作面板自己的cpld內(nèi)，模塊“8279”的工作方式，采集鍵盤信號，同樣at91rm9200發(fā)送給led顯示的命令數(shù)據(jù)先在cpld中實現(xiàn)“并/串”轉(zhuǎn)換，以兩線同步串行方式，傳輸給操作面板，由操作面板的cpld處理后控制led。這種方案大大減少控制主板與操作面板之間的聯(lián)線，模塊化程度更好。系統(tǒng)總線擴(kuò)展模塊如圖6所示。  [ 相關(guān)貼圖 ] 3 嵌入式linux系統(tǒng) 信號機(jī)功能比較簡單時并不需要使用操作系統(tǒng)，而只是運行一個控制循環(huán)程序，利用中斷來處理發(fā)生的事件，這樣程序結(jié)構(gòu)比較凌亂，難以維護(hù)或升級，功能也受限?；?a >工控機(jī)或pc104的信號機(jī)上一般運行通用操作系統(tǒng)，如windows或dos，前者功能雖然強(qiáng)大，卻過于龐大，不適合信號機(jī)這樣的嵌入式系統(tǒng)，可靠性差、容易造成死機(jī)；后者則功能較弱，已經(jīng)不適合信號機(jī)功能發(fā)展的要求。 智能信號機(jī)的功能發(fā)展需要同時運行多個任務(wù)，如信號燈控制、通訊、車流量檢測等等，這就要對多任務(wù)進(jìn)行合理的調(diào)度；另外信號機(jī)接收和處理的信息、數(shù)據(jù)的增多，尤其是需要大量保存歷史車流量數(shù)據(jù)供信號燈控制模型計算和中心查詢使用，單靠表或數(shù)組來管理是復(fù)雜而效率低下的，因此文件管理也是必不可少的一項功能。 嵌入式linux是一款優(yōu)秀的嵌入式操作系統(tǒng)。他采用微內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)，這使得核心小巧而可靠，易于rom固化，并可模塊化擴(kuò)展；支持多種文件系統(tǒng)，如ext2，vfat，ntfs等；內(nèi)核直接提供完善的網(wǎng)絡(luò)支持。 本文選擇功能和可靠性都很成熟的linux－2.4.19內(nèi)核版本以及針對at91rm9200體系結(jié)構(gòu)的補(bǔ)丁patch－2.4.19－rmk7。給標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核源代碼打上補(bǔ)丁后，該內(nèi)核就可應(yīng)用于at91rm9200了。這就大大節(jié)省了產(chǎn)品開發(fā)時間，剩下的主要移植工作就是根據(jù)信號機(jī)的硬件功能編寫或者修改相應(yīng)的驅(qū)動程序，并在編碼內(nèi)核時選擇需要的功能，此處不再贅述。 linux操作系統(tǒng)在開發(fā)板上為應(yīng)用程序運行提供了一個強(qiáng)大的軟件平臺。應(yīng)用程序的開發(fā)調(diào)試有兩種模式： （1）和內(nèi)核一起編譯，在系統(tǒng)啟動后運行，這種方法修改程序比較麻煩，必須重新編碼內(nèi)核，因此適合于簡單的嵌入式系統(tǒng)。 （2）在宿主機(jī)上的交叉編碼環(huán)境下進(jìn)行編碼，生成目標(biāo)板上可執(zhí)行的二進(jìn)制文件，再通過串口和網(wǎng)口下載到目標(biāo)板上執(zhí)行，用該方法調(diào)試程序方便靈活，更適合于復(fù)雜的系統(tǒng)。 本文采用第二種方法來調(diào)試程序。將目標(biāo)板（控制板）的調(diào)試串口和宿主機(jī)（pc機(jī)）串口相連，然后宿主機(jī)上運行minicom作為目標(biāo)板的控制臺。將宿主機(jī)和目標(biāo)板用交叉網(wǎng)線連接，并設(shè)置二者的ip在同一網(wǎng)段。在宿主機(jī)上打開nfs（網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)）服務(wù)；目標(biāo)板mount宿主機(jī)的ip，如mount－o nolock 192.168.2.97：//test，這樣從目標(biāo)板文件系統(tǒng)的test文件夾就可以訪問到宿主機(jī)的根文件系統(tǒng)，宿主機(jī)上編譯好的可執(zhí)行文件，直接可以從目標(biāo)板上看到并運行。 測試表明信號機(jī)控制板的軟硬件系統(tǒng)都可以穩(wěn)定運行，各部分功能也正常工作，證明了設(shè)計結(jié)果達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)。 4 結(jié)語 本文介紹了基于at91rm9200微處理器的智能交通機(jī)控制板的硬件設(shè)計以及嵌入式linux軟件平臺。該設(shè)計方法改進(jìn)了原信號機(jī)功能，增加了網(wǎng)絡(luò)通信功能，并保留了過去的通信串口以保持兼容。整個開發(fā)板結(jié)構(gòu)設(shè)計和總線接口信號都同原信號機(jī)主板一樣，可以直接在現(xiàn)在的信號機(jī)上使用，而不用整個修改已經(jīng)開發(fā)成熟的信號機(jī)，簡化了開發(fā)工作。 嵌入式linux系統(tǒng)也使硬件功能得到更好的管理和使用，并為信號機(jī)的軟件運行提供了一個強(qiáng)大的平臺，linux系統(tǒng)下接入網(wǎng)絡(luò)和進(jìn)行文件管理更加容易安全。在linux基礎(chǔ)上可以更方便地開發(fā)更智能的信號燈控制算法以及其他功能。同時整個信號機(jī)系統(tǒng)的軟硬件可靠性也得到了提高。 |
