基于S3C44B0X智能交通信號(hào)機(jī)的設(shè)計(jì)

1 引　言

目前，國(guó)內(nèi)的信號(hào)機(jī)主要分為兩類：一類采用8/16位單片機(jī)作為處理器，交通控制功能簡(jiǎn)單、方案單一，以RS232 或RS485 為通訊方式，難以與控制中心聯(lián)網(wǎng)以及實(shí)現(xiàn)區(qū)域交通協(xié)調(diào)控制，不能適應(yīng)現(xiàn)代化大路口交通控制的要求；另一類則是基于工控機(jī)或PC104，功能雖然強(qiáng)大，但由于工控機(jī)或PC104都是按通用計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，并非專門針對(duì)信號(hào)機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)，該類信號(hào)機(jī)硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜且許多功能并不需要，成本也高。國(guó)外的信號(hào)機(jī)(如西門子公司的2070 和美國(guó)的EAGLE) 開發(fā)起步早，水平高，已有各種自適應(yīng)聯(lián)網(wǎng)型信號(hào)機(jī)產(chǎn)品，但一般不適用于中國(guó)混合交通的實(shí)際情況，且價(jià)格昂貴，操作不方便[1]。

信號(hào)機(jī)是一個(gè)典型的嵌入式系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心來(lái)設(shè)計(jì)，對(duì)功能、性能、可靠性、成本、功耗、體積等有嚴(yán)格要求，既要滿足智能交通系統(tǒng)對(duì)信號(hào)機(jī)智能化、多功能化的要求，又要最大化信號(hào)機(jī)的性價(jià)比，因此本文設(shè)計(jì)選擇基于ARM 核的32 位嵌入式RISC 處理器S3C44B0X來(lái)完成智能交通信號(hào)機(jī)硬件設(shè)計(jì)，以達(dá)到使信號(hào)機(jī)在交通控制系統(tǒng)中成為收集與處理交通流量數(shù)據(jù)、通信聯(lián)網(wǎng)以及區(qū)域協(xié)調(diào)控制平臺(tái)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

2 信號(hào)機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2. 1 系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)

智能交通系統(tǒng)要求信號(hào)機(jī)向控制中心實(shí)時(shí)提供多種道路信息和車流量數(shù)據(jù)信息，接收控制中心的控制命令，獨(dú)立執(zhí)行一些復(fù)雜的算法，并可以根據(jù)交通流量的變化來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)整綠燈時(shí)間，因此考慮到現(xiàn)有信號(hào)機(jī)的不足,根據(jù)信號(hào)機(jī)功能發(fā)展的趨勢(shì)和要求，本文設(shè)計(jì)的信號(hào)機(jī)具有控制參數(shù)輸入、控制狀態(tài)輸出、控制參數(shù)保存、燈態(tài)輸出控制、車流量實(shí)時(shí)檢測(cè)與歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、多種燈態(tài)控制方案與算法模型存儲(chǔ)、交通指示牌控制、以太網(wǎng)及與手持終端設(shè)備通訊等基本功能。整個(gè)系統(tǒng)硬件框圖如圖1 所示。

2.2交通信號(hào)機(jī)主要硬件電路設(shè)計(jì)

2.2.1 S3C44B0X微處理器介紹[2]

S3C44B0X微處理器提供了豐富的內(nèi)置部件，包括：8KB cache，內(nèi)部SRAM，LCD控制器，帶自動(dòng)握手的2通道UART，4通道DMA，外部存儲(chǔ)器控制器，帶有PWM功能的5通道定時(shí)器，I/O端口，RTC，IIC總線接口，10位ADC，IIS總線接口，同步SIO接口和PLL倍頻器。

圖1 信號(hào)機(jī)硬件框圖

2.2.2 最小系統(tǒng)模塊

最小系統(tǒng)包括電源模塊、RTC模塊和存儲(chǔ)器模塊。

（1）電源模塊

信號(hào)機(jī)采用12/5V電源供電，S3C44B0X工作于3.3V和2.5V，系統(tǒng)其他器件盡量選擇工作電壓為3.3V和5V。

（2）RTC（實(shí)時(shí)時(shí)鐘）模塊

信號(hào)機(jī)在通訊、干線或者區(qū)域協(xié)調(diào)控制中需要使用統(tǒng)一的時(shí)間來(lái)同步，因此設(shè)計(jì)RTC（實(shí)時(shí)時(shí)鐘）用來(lái)對(duì)時(shí)。S3C44B0X內(nèi)部集成RTC單元，它只需要外接一個(gè)32.768kHz的晶振就能工作。RTC提供可編程的實(shí)時(shí)時(shí)鐘：年、月、日、時(shí)、分、秒、毫秒、星期及定時(shí)報(bào)警和產(chǎn)生節(jié)拍，并可以在掉電后使用后備電源工作。

（3）存儲(chǔ)器模塊

信號(hào)機(jī)需要存放引導(dǎo)程序、嵌入式操作系統(tǒng)及其文件系統(tǒng)、應(yīng)用程序和其他在運(yùn)行需要保存的數(shù)據(jù)，另外當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，操作系統(tǒng)和程序運(yùn)行還需要更大的空間，因此設(shè)計(jì)了外存儲(chǔ)單元來(lái)擴(kuò)展存儲(chǔ)空間，存儲(chǔ)器模塊包括8MB的SDRAM 、2MB的NorFlash和16MB的NandFlash。圖2為存儲(chǔ)系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖

圖2 存儲(chǔ)系統(tǒng)模塊

SDRAM采用現(xiàn)代公司的HY57V641620，用于程序運(yùn)行，S3C44B0X芯片本身提供了SDRAM接口，我們只須對(duì)存儲(chǔ)器控制器相關(guān)的寄存器進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐渲?；NorFlash采用SST公司的39VF160，主要用于存放引導(dǎo)程序Bootloader和操作系統(tǒng)µClinux內(nèi)核鏡像，系統(tǒng)上電或復(fù)位后從FlashROM中運(yùn)行Bootloader，由Bootloader初始化硬件并將µClinux拷貝到SDRAM中運(yùn)行；NandFlash采用三星公司的K9F2808，主要用于存放應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)，S3C44B0X沒有像支持SDRAM一樣提供NandFlash存儲(chǔ)器接口，讀寫要靠軟件編程來(lái)完成。