基于ARM的車輛檢測(cè)系統(tǒng)控制單元設(shè)
摘 要：本文介紹了利用ARM7內(nèi)核微處理器LPC2114設(shè)計(jì)的高速公路車輛檢測(cè)系統(tǒng)控制單元，著重分析了大容量Flash存儲(chǔ)單元的設(shè)計(jì)和ARM開發(fā)相關(guān)注意事項(xiàng)，給出了系統(tǒng)原理框圖、單元電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)思想。
引言
由于交通需求的不斷增加，有越來越多的環(huán)形感應(yīng)線圈檢測(cè)器用于交通檢測(cè)。這些埋設(shè)在道路表面下的線圈可以檢測(cè)到車輛通過時(shí)的電磁變化進(jìn)而精確地算出交通流量。交通流量是交通統(tǒng)計(jì)和交通規(guī)劃的基本數(shù)據(jù)，通過這些檢測(cè)結(jié)果可以用來計(jì)算占用率(表征交通密度)，在使用雙線圈模式時(shí)還可以提供速度、車輛行駛方向、車型分類等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對(duì)于交通管理和統(tǒng)計(jì)是極為重要的。通常高速公路車輛檢測(cè)系統(tǒng)由多通道環(huán)形檢測(cè)單元LD4和控制單元CCU組成，本文采用PHILIPS公司最新推出的ARM7內(nèi)核微處理器LPC2114設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了車輛檢測(cè)系統(tǒng)控制單元部分，并且和5個(gè)LD4環(huán)形檢測(cè)器一起構(gòu)成10通道高速公路車輛檢測(cè)系統(tǒng)。
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圖2 控制板系統(tǒng)原理框圖

圖3 LPC2114和電子硬盤連線示意圖圖

圖4 主程序流程圖
總體方案設(shè)計(jì)
本文設(shè)計(jì)的控制板系統(tǒng)原理框圖如圖2所示，以LPC2114為核心控制單元，該芯片是一種支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的16/32位基于ARM7TDMI-S 內(nèi)核的CPU。內(nèi)部集成了4路10 位A/D轉(zhuǎn)換器，兩個(gè)32位定時(shí)器、一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘和看門狗，多個(gè)串行接口，包括兩個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的UART、高速和兩個(gè)SPI總線接口，外部多達(dá)46個(gè)與TTL電平兼容的通用I/O口，非常適用于作為主控單元。CPLD EPM7128作為微處理器的擴(kuò)展輸入/輸出，通過光電耦合和LD4標(biāo)準(zhǔn)定義總線相連，該標(biāo)準(zhǔn)定義的總線基于RS-485總線通信協(xié)議。LD4和控制板通過標(biāo)準(zhǔn)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，控制板每隔10秒掃描并發(fā)送一次請(qǐng)求數(shù)據(jù)的命令，相應(yīng)LD4通道返回請(qǐng)求數(shù)據(jù)或者無效信息，ARM處理器對(duì)獲得的各通道數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)運(yùn)算處理。每隔用戶設(shè)定的間隔時(shí)間就將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于靜態(tài)RAM，供中心站定時(shí)獲取，同時(shí)，以分鐘為單位將統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)備份至Flash電子硬盤中。中心站可以通過請(qǐng)求備份數(shù)據(jù)命令獲取相應(yīng)時(shí)間段的數(shù)據(jù)，并存入數(shù)據(jù)庫。中心站和控制板采用RS-232串口方式通信，利用調(diào)制解調(diào)器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。為了解決大容量存儲(chǔ)問題，系統(tǒng)使用了三星公司提供的K9F2808來作為電子硬盤，16MB的容量能夠存儲(chǔ)11天備份數(shù)據(jù)，并且該電子硬盤能夠靈活升級(jí)。
LPC2114與電子硬盤的
接口實(shí)現(xiàn)
為了防止傳輸及中心站故障等問題而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，系統(tǒng)要求對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中需要考慮大容量存儲(chǔ)問題。
設(shè)定本系統(tǒng)每分鐘需要備份一次統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，根據(jù)環(huán)形檢測(cè)器LD4的數(shù)據(jù)格式，一次數(shù)據(jù)量為1026B，若采用靜態(tài)RAM作為存儲(chǔ)單元，需要多片大容量RAM級(jí)聯(lián)使用，價(jià)格昂貴，且存儲(chǔ)容量擴(kuò)展困難。若使用動(dòng)態(tài)RAM作為存儲(chǔ)單元，缺點(diǎn)在于控制困難，需要?jiǎng)討B(tài)RAM控制器輔助操作。Flash作為存儲(chǔ)器使用簡單，容量大，盡管使用壽命有限，考慮到系統(tǒng)每1分鐘存儲(chǔ)1026B，就16MB容量而言，11天左右寫滿一次，那么一個(gè)月擦寫約3次，以此計(jì)算，一年擦寫約36次，而Flash壽命一般為擦寫10萬余次，所以本系統(tǒng)完全可以采用Flash作為電子硬盤用在車輛檢測(cè)系統(tǒng)中。另外，F(xiàn)lash還具有掉電非易失特性，更適合應(yīng)用于本系統(tǒng)。
為了便于存儲(chǔ)容量的升級(jí)擴(kuò)展，本系統(tǒng)選用K9F2808作為存儲(chǔ)器。K9F2808為48腳表面封裝器件，芯片內(nèi)部有(16M+512K)×8 bit的存儲(chǔ)空間，可組成32768行，528列，其中后備的16列的列地址編碼為513~527，可進(jìn)行528字節(jié)為一頁的讀、寫和32頁為一塊的擦除操作。此外，K9F2808的特點(diǎn)還在于其命令、地址和數(shù)據(jù)信息均通過8條I/O總線傳輸，接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，易于存儲(chǔ)容量升級(jí)。
圖3為LPC2114和Flash電子硬盤之間的連線示意圖，由于LPC2114沒有外部總線，所以對(duì)Flash操作只能采用I/O操作方式。K9F2808各種操作具有共同特點(diǎn)，即在I/O端口首先發(fā)送操作命令字到命令寄存器，其后的連續(xù)3個(gè)周期發(fā)送需要操作單元的地址，順序?yàn)椋篈0~A7，A9~A16，A17~A23，其中A8由命令字確定。
下面以頁編程操作為例，給出K9F2808的ARM驅(qū)動(dòng)程序(基于ADS1.2開發(fā)環(huán)境)，而頁讀以及塊擦除等方法與頁編程類似，只是讀是由#RE信號(hào)來鎖存數(shù)據(jù)，而擦除時(shí)只須送兩個(gè)周期的地址。
row_add為頁號(hào)，需要左移9位得到行地址。erase_flash( )——擦除Flash函數(shù)
write_command( )——寫命令函數(shù)
write_address( )——寫地址函數(shù)
write_data( )——寫數(shù)據(jù)函數(shù)
read_data( )——讀數(shù)據(jù)函數(shù)
void flash_store(uint32 row_add, uint8 *buffer )
{ uint16 i;
uint32 statue,address;
/