| 1 引言
目前我國(guó)的城市交通控制主要還是靠道路交通信號(hào)控制機(jī)（以下簡(jiǎn)稱信號(hào)機(jī)）。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RS 232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)控制等功能,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)雜且很多功能并不需要,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。 信號(hào)機(jī)是一個(gè)典刑的嵌入式系統(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)格的要求,既要滿足智能交通系統(tǒng)對(duì)信號(hào)機(jī)智能化、多功能的要求,又要最大化信號(hào)機(jī)的性價(jià)比,因此本設(shè)計(jì)選擇基于ARM核的32位嵌入式RISC處理器——AT91RM9200來(lái)完成智能交通信號(hào)機(jī)控制板的硬件設(shè)計(jì),以達(dá)到使信號(hào)機(jī)在交通系統(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)可以向控制中心實(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,并能夠獨(dú)立執(zhí)行一些復(fù)雜的算法,可以根據(jù)交通流量變化實(shí)時(shí)條件路口信號(hào)燈的綠燈時(shí)間,因此考慮現(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)控制板具有控制參數(shù)輸入、控制狀態(tài)輸出、控制參數(shù)保存、燈態(tài)輸出控制、交通流信息（主要是車流量）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)、支持以太網(wǎng)及與手持終端設(shè)備通訊等基本功能。整個(gè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。 
2.1.1 AT91RM9200微處理器介紹 嵌入式微處理器是整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的核心,AT91RM9200是Atmel公司推出的基于當(dāng)前流行的ARM920T內(nèi)核的一款32位RISC微控制器,工作在180MHz頻率下的運(yùn)算速度可達(dá)200MIPS。專門針對(duì)系統(tǒng)控制、通訊領(lǐng)域的應(yīng)用。AT91RM9200芯片的功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。 
AT91RM9200集成了豐富的外圍功能模塊,滿足多種應(yīng)用場(chǎng)合,豐富適合于實(shí)時(shí)控制,可以支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）,為需要多功能、低成本、低功耗的計(jì)算密集型應(yīng)用提供了一個(gè)單芯片級(jí)的解決方案。AT91RM9200是一款性價(jià)比極高的微處理器,經(jīng)過比較選擇AT91RM9200作為信號(hào)機(jī)控制板處理器。 2.1.2 控制板外圍模塊 控制板設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)部分： �。�1）電源/晶振模塊： 控制主板使用12/5V兩套電源供電,AT91RM9200工作于3.3/1.8V兩種電壓,系統(tǒng)其他器件盡量選擇工作電壓為3.3V。 AT91RM9200使用12MHz/32.768kHz兩種晶振,主晶振12MHz經(jīng)過芯片內(nèi)倍頻處理分別為ARM920T核與系統(tǒng)提供180MHz和60MHz的時(shí)鐘頻率。32.768kHz慢時(shí)鐘用于AT91RM9200的啟動(dòng)。 �。�2）存儲(chǔ)器模塊。 �。�3）網(wǎng)絡(luò)模塊。 �。�4）串口模塊和GPS接口： AT91RM9200提供4個(gè)USART,分別將他們分配給RS232和RS485�？刂瓢迳项A(yù)留GPS接口位置,用于未來(lái)擴(kuò)展信號(hào)機(jī)無(wú)線通訊功能,GPS使用RS232同AT91RM9200通信。 （5）RTC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)。RTC可以提供可編程的實(shí)時(shí)時(shí)鐘：年（含閏年）、月、日、時(shí)、分、秒、星期及一個(gè)鬧鐘中斷,并可以在掉電后使用備用電源工作。 （6）系統(tǒng)總線擴(kuò)展模塊。 2.2 主要硬件模塊電路設(shè)計(jì) 下面詳細(xì)說(shuō)明存儲(chǔ)單元、網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)總線擴(kuò)展模塊的硬件設(shè)計(jì)。 2.2.1 存儲(chǔ)器模塊 本文設(shè)計(jì)的信號(hào)機(jī)需要存放嵌入式操作系統(tǒng)及其文件系統(tǒng)、應(yīng)用程序和其他在運(yùn)行或系統(tǒng)掉電后需要保存的數(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。AT91RM9200內(nèi)部集成的ROM和RAM的容量不能夠滿足信號(hào)機(jī)的要求,因此設(shè)計(jì)了外存儲(chǔ)單元來(lái)擴(kuò)展存儲(chǔ)空間,由16MB和FLASH和64MB的SDRAM組成信號(hào)機(jī)的外存儲(chǔ)系統(tǒng)。 AT91RM9200的地址空間是4GB,他被劃分成16個(gè)256MB的區(qū)域; 區(qū)域0為內(nèi)部存儲(chǔ)器空間; 區(qū)域1－8是給由EBI控制的外部設(shè)備（擴(kuò)展的片外存儲(chǔ)器和外接的設(shè)備）使用的,片選信號(hào)為引腳NCS0－7; 區(qū)域15是AT91RM9200集成的片內(nèi)外圍功能（包括系統(tǒng)和用戶外圍）使用的地址空間,當(dāng)系統(tǒng)上電或重啟時(shí),根據(jù)引腳BMS的電平狀態(tài),系統(tǒng)選擇是從內(nèi)部ROM（BMS＝1）還是從存儲(chǔ)區(qū)域1即NCS0片選區(qū)域（BMS＝0）啟動(dòng)。 �。�1）本設(shè)計(jì)選用1片8M×16b數(shù)據(jù)寬度的FLASH,共16MB,作為程序代碼存儲(chǔ)器和信號(hào)機(jī)運(yùn)行時(shí)的永久數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。FLASH存儲(chǔ)器在系統(tǒng)中主要用于存放引導(dǎo)程序bootloader、操作系統(tǒng)內(nèi)核鏡像和應(yīng)用程序代碼等,系統(tǒng)上電或者復(fù)位后從FLASH中運(yùn)行bootloader,由bootloader初始化硬件并將操作系統(tǒng)拷貝到SDRAM中去執(zhí)行。所以將FLASH存儲(chǔ)器分配到AT91RM9200的BANK0（存儲(chǔ)區(qū)域1）地址空間,即將AT91RM9200的NCSO連接到FLASH的片選端CE0。FLASH輸出使能端OE接AT91RM9200的NOE;寫使能端WE接AT91RM9200的NWE;模式選擇端BYTE上接高電平,使FLASH工作在16位數(shù)據(jù)模塊,16位模塊FLASH與AT91RM9200的基本連接如圖3所示。
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