基于A(yíng)RM開(kāi)發(fā)板的車(chē)輛檢測系統控制單元設計

摘 要：本文介紹了利用ARM7內核微處理器LPC2114設計的高速公路車(chē)輛檢測系統控制單元，著(zhù)重分析了大容量Flash存儲單元的設計和ARM開(kāi)發(fā)相關(guān)注意事項，給出了系統原理框圖、單元電路設計和軟件設計思想。

引言

由于交通需求的不斷增加，有越來(lái)越多的環(huán)形感應線(xiàn)圈檢測器用于交通檢測。這些埋設在道路表面下的線(xiàn)圈可以檢測到車(chē)輛通過(guò)時(shí)的電磁變化進(jìn)而精確地算出交通流量。交通流量是交通統計和交通規劃的基本數據，通過(guò)這些檢測結果可以用來(lái)計算占用率(表征交通密度)，在使用雙線(xiàn)圈模式時(shí)還可以提供速度、車(chē)輛行駛方向、車(chē)型分類(lèi)等數據，這些數據對于交通管理和統計是極為重要的。通常高速公路車(chē)輛檢測系統由多通道環(huán)形檢測單元LD4和控制單元CCU組成，本文采用PHILIPS公司最新推出的ARM7內核微處理器LPC2114設計實(shí)現了車(chē)輛檢測系統控制單元部分，并且和5個(gè)LD4環(huán)形檢測器一起構成10通道高速公路車(chē)輛檢測系統。

LPC2114和電子硬盤(pán)連線(xiàn)示意圖

主程序流程圖

總體方案設計

本文設計的控制板系統原理框圖如圖2所示，以L(fǎng)PC2114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A(yíng)RM7TDMI-S 內核的CPU。內部集成了4路10 位A/D轉換器，兩個(gè)32位定時(shí)器、一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘和看門(mén)狗，多個(gè)串行接口，包括兩個(gè)工業(yè)標準的UART、高速和兩個(gè)SPI總線(xiàn)接口，外部多達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作為微處理器的擴展輸入/輸出，通過(guò)光電耦合和LD4標準定義總線(xiàn)相連，該標準定義的總線(xiàn)基于RS-485總線(xiàn)通信協(xié)議。LD4和控制板通過(guò)標準總線(xiàn)進(jìn)行數據交換，控制板每隔10秒掃描并發(fā)送一次請求數據的命令，相應LD4通道返回請求數據或者無(wú)效信息，ARM處理器對獲得的各通道數據進(jìn)行相應的統計運算處理。每隔用戶(hù)設定的間隔時(shí)間就將統計數據存儲于靜態(tài)RAM，供中心站定時(shí)獲取，同時(shí)，以分鐘為單位將統計的數據備份至Flash電子硬盤(pán)中。中心站可以通過(guò)請求備份數據命令獲取相應時(shí)間段的數據，并存入數據庫。中心站和控制板采用RS-232串口方式通信，利用調制解調器實(shí)現遠程數據傳輸。為了解決大容量存儲問(wèn)題，系統使用了三星公司提供的K9F2808來(lái)作為電子硬盤(pán)，16MB的容量能夠存儲11天備份數據，并且該電子硬盤(pán)能夠靈活升級。

LPC2114與電子硬盤(pán)的接口實(shí)現

為了防止傳輸及中心站故障等問(wèn)題而導致數據丟失，系統要求對一段時(shí)間內的數據進(jìn)行備份，因此在系統設計的過(guò)程中需要考慮大容量存儲問(wèn)題。

設定本系統每分鐘需要備份一次統計數據，根據環(huán)形檢測器LD4的數據格式，一次數據量為1026B，若采用靜態(tài)RAM作為存儲單元，需要多片大容量RAM級聯(lián)使用，價(jià)格昂貴，且存儲容量擴展困難。若使用動(dòng)態(tài)RAM作為存儲單元，缺點(diǎn)在于控制困難，需要動(dòng)態(tài)RAM控制器輔助操作。Flash作為存儲器使用簡(jiǎn)單，容量大，盡管使用壽命有限，考慮到系統每1分鐘存儲1026B，就16MB容量而言，11天左右寫(xiě)滿(mǎn)一次，那么一個(gè)月擦寫(xiě)約3次，以此計算，一年擦寫(xiě)約36次，而Flash壽命一般為擦寫(xiě)10萬(wàn)余次，所以本系統完全可以采用Flash作為電子硬盤(pán)用在車(chē)輛檢測系統中。另外，Flash還具有掉電非易失特性，更適合應用于本系統。

為了便于存儲容量的升級擴展，本系統選用K9F2808作為存儲器。K9F2808為48腳表面封裝器件，芯片內部有(16M+512K)×8 bit的存儲空間，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字節為一頁(yè)的讀、寫(xiě)和32頁(yè)為一塊的擦除操作。此外，K9F2808的特點(diǎn)還在于其命令、地址和數據信息均通過(guò)8條I/O總線(xiàn)傳輸，接口標準統一，易于存儲容量升級。

LPC2114和Flash電子硬盤(pán)之間的連線(xiàn)如示意圖，由于LPC2114沒(méi)有外部總線(xiàn)，所以對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3個(gè)周期發(fā)送需要操作單元的地址，順序為：A0~A7，A9~A16，A17~A23，其中A8由命令字確定。

下面以頁(yè)編程操作為例，給出K9F2808的ARM驅動(dòng)程序(基于A(yíng)DS1.2開(kāi)發(fā)環(huán)境)，而頁(yè)讀以及塊擦除等方法與頁(yè)編程類(lèi)似，只是讀是由#RE信號來(lái)鎖存數據，而擦除時(shí)只須送兩個(gè)周期的地址。

row_add為頁(yè)號，需要左移9位得到行地址。erase_flash( )DD擦除Flash函數

write_command( )DD寫(xiě)命令函數

write_address( )DD寫(xiě)地址函數

write_data( )DD寫(xiě)數據函數

read_data( )DD讀數據函數

void flash_store(uint32 row_add, uint8 *buffer )

{ uint16 i;

uint32 statue,address;

//變量定義

IO0DIR |= 0x00ff0000;

//設定IO方向

if((row_add== 0)|| ((row_add%32)==0))

{address = row_add9;

address = 0x00fffe00;

erase_flash(address);}

//擦除Flash

write_command(0x80);

//寫(xiě)命令80H

address = row_add9;

address = 0x00fffe00;

write_address(address);

//寫(xiě)地址

statue = IO0PIN;

//獲取狀態(tài)

while((statuefr_b)==0)

{statue = IO0PIN;}

//忙，等待

for(i=0;i528;i++)

//寫(xiě)528字節

{write_data(*(buffer+i));}

//寫(xiě)入數據

write_command(0x10);

//寫(xiě)命令10H

statue = IO0PIN;

//獲取狀態(tài)

while((statuefr_b)==0)

{statue = IO0PIN;}

//忙，等待

write_command(0x70);

//寫(xiě)命令70H

statue = read_data();

//獲取狀態(tài)