基于射頻識別技術(shù)的車(chē)輛路口通行系統設計

3. 軟件設計

為了實(shí)現TCP/IP通信，同時(shí)使系統盡可能地輕量和簡(jiǎn)潔，本系統通過(guò)在uC/OS-II操作系統上移植LwIP協(xié)議棧加以實(shí)現。lwIP是瑞士計算機科學(xué)院的一個(gè)開(kāi)源的TCP/IP協(xié)議棧實(shí)現，它是一套專(zhuān)門(mén)為嵌入式系統設計的源碼開(kāi)放的輕型協(xié)議棧。LwIP在保持TCP/IP協(xié)議基本要求的前提下，通過(guò)層與層之間共享內存，避免了許多繁瑣的復制處理，這樣做大幅度地節省了代碼和數據存儲空間，因此非常適合嵌入式應用。與其他輕型協(xié)議棧不同的是，LwIP不僅支持一般的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，比如UDP協(xié)議、DHCP協(xié)議、PPP協(xié)議等，而且還支持多網(wǎng)絡(luò )接口、IPv6和標準API。

3.1 LwIP在uC/OS-II上的移植

針對uC/OS-II[6]和ARM的ADS編譯器，LwIP的移植只需要編寫(xiě)arch文件夾下的3個(gè)文件——cc.h、sys_arch.h和sys_arch.c。其中cc.h中有與CPU和編譯器有關(guān)的定義，包括數據結構和大小端存儲方式等。為了增強移植性，LwIP專(zhuān)門(mén)把和操作系統有關(guān)的數據結構和函數放在一起組成操作系統封裝層，為諸如定時(shí)、進(jìn)程同步和消息傳遞等操作系統服務(wù)提供統一的接口，移植時(shí)需針對不同的操作系統來(lái)實(shí)現特定的操作系統封裝層，這些是由sys_arch.h和sys_arch.c實(shí)現的。其中sys_arch.h主要定義與操作系統相關(guān)的數據結構——信號量、郵箱和進(jìn)程號，這些在uC/OS-II中都有對應的實(shí)體，LwIP中的郵箱對應于uC/OS-II中的消息隊列。sys_arch.c中要實(shí)現和操作系統有關(guān)函數的定義，包括系統的初始化以及信號和郵箱的操作——創(chuàng )建、刪除、投遞和等待，這些功能需要用uC/OS-II中相應的函數進(jìn)行重新封裝。另外，TCP/IP協(xié)議棧中需要許多定時(shí)器的功能，在LwIP中是用sys_timeout結構體隊列和相應的函數實(shí)現的。每個(gè)sys_timeout結構體包括本線(xiàn)程的timeout時(shí)間長(cháng)度，以及超時(shí)后的回調處理函數sys_arch.c中sys_arch_timeouts()函數的功能就是返回當前進(jìn)程所對應的sys_timeout結構體隊列的頭指針。本系統用的方法是在系統初始化的時(shí)候根據最大的LwIP進(jìn)程數創(chuàng )建一個(gè)sys_timeout結構體指針的數組，以后每創(chuàng )建一個(gè)LwIP進(jìn)程其優(yōu)先級都從一個(gè)連續的已知區間進(jìn)行分配，sys_arch_timeouts()函數通過(guò)調用OSTaskQuery()函數獲得進(jìn)程的優(yōu)先級進(jìn)而獲得對應的sys_timeout結構體隊列的頭指針。

3.2 RTL8019驅動(dòng)程序的編寫(xiě)

RTL8019驅動(dòng)程序做的工作主要是8019的初始化、發(fā)送和接收以太網(wǎng)數據包。初始化函數rtl8019_init()是在添加以太網(wǎng)絡(luò )接口時(shí)由netif_add()函數調用，調用過(guò)程中首先初始化此接口對應的全局網(wǎng)絡(luò )接口結構體，然后設置8019的各功能寄存器。初始化完8019之后調用arp_init()函數啟動(dòng)ARP功能，然后用sys_timeout()函數啟動(dòng)ARP緩沖列表生命周期的定時(shí)器。數據包的發(fā)送首先從ARP緩沖隊列中查找目的MAC地址，然后構造以太網(wǎng)數據幀的頭部，最后調用底層的發(fā)送函數low_level_output()將數據幀發(fā)送出去。如果找不到對應的IP/MAC項，發(fā)送ARP請求數據幀。數據包的接收由中斷[7]處理函數rtl8019_ISR()調用，它的執行過(guò)程是先調用最底層的接收函數low_level_input()從8019中接收數據幀，如果接收的是IP數據包，則更新ARP緩沖隊列并把數據包傳給網(wǎng)絡(luò )接口結構指定的函數進(jìn)行處理。如果接收的是ARP數據包，則調用etharp_arp_input()函數處理。最底層的接收發(fā)送函數采用的都是8019的遠程DMA工作方式以提高性能[8]。

3.3 軟件框圖

圖4 讀卡器系統軟件框圖

信號機的響應級由監控中心的上位機設定，信號機可以在事先獲得授權的情況下自主改變燈色，如果事先未獲授權，或是同時(shí)收到多個(gè)不同標簽的請求，則信息必須送到監控中心處理，由監控中心的上位機判定優(yōu)先級后發(fā)指令控制信號機的動(dòng)作。監控中心還可以隨時(shí)獲得特定車(chē)輛的位置以及所在區域的路況等信息，通過(guò)合理改變區域內信號機的綠信比，達到區域協(xié)調控制的目的。