（信号与信息处理专业论文）嵌入式专用短程通信系统的研究和实现.pdf

摘要 摘要 随着社会经济和交通运输的发展，智能交通系统( i t s ) 己成为世界各国竞相 研究的热点。为了更好的发挥智能交通系统的功能，实现智能交通系统对车辆的 智能化管理，国际上提出了专用短程通信( d e d i c a t e d s h o r tr a n g e c o m m u n i c a t i o n ) 协议。d s r c 协议是专门应用 ：智能交通领域的+ 种短距离无线 通信协议。它是车辆与路边设备进行单向或双向交互式通信的标准，将车辆和道 路有机地连接起来。从而，交通控制t f 心可以通过与行驶车辆的数据通信实现对 车辆的智能管理，同时车辆还能够接入交通信息网，使用信息网中的资源。 本文研究了专用短程通信协议的三层协议体系结构；并存t e l e l o g ict a u 丌发平台上进行d s r c 协议的s d l 形式化描述和仿真：最后研究了d s r c 系统的软 硬件实现过程。 本论文的创新性主要体现在以下几个方血： 1 对比分析了各国专用短程通信济议的标准。以台湾i ) s r c 标准为基础，兼 顾日本和欧洲标准的优点以及我国道路交通实际情况，研究了我困d s r c 系统的 协议体系结构，定义了各层提供的数据结构和服务接口等。 2 使用t e le l o g i ct a u 丌发平台，进行d s r c 协议的s d l 形式化捕述j 仿真， 为d s r c 软硬件系统的实现做好前期的准备j ：作。 3 提出了d s r c 系统的硬件设计方案，为满足系统实时性要求，采用f p g a 实现射频端逻辑接l | 电路，采用a r m 处理器实现d s r c 协议的处理。 4 在a r m 处理器上移植嵌入式操作系统，在r t o s 下丌发d s r c 系统协波处 理软件，可靠性强，代码效率高，t 叮读性强，便于维护。 关键词：短程通信；协议仿真：控制单元；嵌入式系统 华南理i 人学颁十学位论文 a b s t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n t s o ft h es o c i a le c o n o m ya n d t h e t r a n s p o r t a t i o n ， i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ( i t s ) b e c o m e st h eh o tt o p i co fs t u d yi nt h ew o r l d - i no r d e rt o f u l l yr e a l i z e t h ef u n c t i o na n di n t e l l i g e n c em a n a g e m e n to fi t s ，t h e d e d i c a t e ds h o r tr a n g ec o m m u n i c a t i o n ( d s r c ) p r o t o c o l s ，h a db e e np u tf o r w a r db y l o t so fc o u n t r i e si nt h ew o r l d t h ed s r cp r o t o c o li s ak i n do fs h o r tr a n g ew i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o ls ，w h i c h i s a p p l i e de x c l u s i v e l y i n t h e i n t e l l i g e n c e t j a n s p o r t a t i o nf i e l d i ti s as t a n d a r do fi n t e r a c t i v ec o m m u n i c a t i o ni nt h es i n g l eo r d o u b l ed i r e c t i o n sb e t w e e nv e h i c l ea n dr o a d s i d ee q u i p m e n t s a n dw i t ht h eh e l po f t h i sp r o t o c o l ，t h er o a d s i d ea n dv e h i c l eu n i ta r ec o n n e c t e dt o g e t h e r t h e r e b yt h e t r a n s p o r t a t i o nc o n t r o lc e n t e rc a nm a n a g et h ev e h i c l ew i t ht h ec o m m u n i c a t i o nd a t ao f t h ed r i v i n gv e h i c l e a tt h es a m et i m e ，t h ev e h i c l ec a nc o n n e c ti n t ot h et r a n s p o r t a t i o n i n f o r m a t i o nn e t w o r ka n du s et h ei n f o r m a t i o nr e s o u r c e si nt h en e t w o r k i nt h i st h e s i st h et h r e e l a y e rp r o t o c o ls y s t e mc o n s t r u c t i o no fd s r ch a sb e e n r e s e a r c h e d ，a n dt h e nd s r cp r o t o c o li sd e s c r i b e da n dv e r i f i e db ys d lo n t h e d e v e l o p m e n tp l a t f o r mo ft e l e l o g i ct a u l a s t l y ，i th a sr e s e a r c h e dt h er e a l i z a t i o n p r o c e s so fd s r cs y s t e mb o t hi ns o f t w a r ea n dh a r d w a r e t h et h e s i sh a sb e e nw r i t t e no nb a s i so ft h ef o l l o w i n gi n n o v a t i o n a la c h i e v e m e n t 1 a n a l y z ea n dc o m p a r et h es t a n d a r do ft h ed s r cp r o t o c o li nm a n yc o u n t r i e s ， t h es y s t e mc o n s t r u c t i o no fd s r cp r o t o c o li nc h i n ai sd i s c u s s e d ，a n dt h ed a t a s t r u c t u r ea n dt h es e r v i c e si n t e r f a c ee a c hl a y e rp r o v i d e da r ed e f i n e d ，a n ds oo n t h i s p r o t o c o li so nt h eb a s i so ft a i w a nd s r cp r o t o c o l ，c o n s o l i d a t i n gt h ea d v a n t a g e so f j a p a n e s ea n de u r o p e a np r o t o c o la n do u ra c t u a ls i t u a t i o n 2 t or e a l i z et h es o f t w a r ea n dh a r d w a r eo fd s r cs y s t e m ，t h es i m u l a t i o na n d v e r i f i c a t i o no fd s r cp r o t o c o lb ys d lo nt h ed e v e l o p m e n tp l a t f o r mo ft e l e l o g i ct a u i sd o n e 3 。d s r cs y s t e mi sd e s i g n e do nt h eb a s i so fa r mp r o c e s s o ra n df p g a 。w h i c h c a nw o r ki n r e a l t i m e 4 w em i g r a t e dt h ee m b e d d e do p e r a t i o ns y s t e mt ot h ea r mp r o c e s s o r ，a n d d e v e l o p e dt h es o f t w a r eo ft h ed s r cp r o t o c o lp r o c e s si nt h er e a l t i m eo p e r a t i o n s y s t e m ，s oi th a ss t r o n gr e l i a b i l i t y ，h i g he f f i c i e n c y ，b e t t e rr e a d a b i l i t y ，a n dc o n v e n i e n t m a j n t e n a n c e 儿 a b s t r a c t k e y w o r d s ：s h o r tr a n g ec o m m u n i c a t i o n ；p r o t o c o ls i m u l a t i o n ；c o n t r o lu n i t e m b e d d e ds y s t e m i l i 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进 行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容 外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作 品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论义的舰 定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将 本学位论文的全都或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位沦文。 保密口，在年解密后适h j 本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 导师签名： 日期： 口期： 年月同 年月日 第一章绪论 1 1 专用短程通信技术 第一章绪论 随着社会的进步、经济的发展、城市交通拥塞、交通事故频发、交通环境恶 化等问题己经丌始在世界各地出现和发生，单靠修建道路己无法有效解决日前面 临这一系列的问题。科学技术的飞速发展使得各国开始致力于采用各种先进的科 技来改善交通基础设施和车辆性能，提高交通运输控制与管理水平，从而增强交 通运输有效性和安全性。因此，智能交通系统( i t s ) 建设在全球范围内得到蓬勃 发展。 智能交通系统是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电 严控制技术以及计算机处理技术等进行有效的集成，它运用于整个地面交通管理 系统中，是一种在大范围内全方位发挥作用的实时、准确、高效的综合交通运输 管理系统。它植根于传统的交通工程理论与实践中，以提高交通系统的町靠件、 安全性、经济性及运行效率为目的，是运用最新的科学技术成果对传统的交通j _ ： 县、交通设施及规划、运行及管理方法进行改进和提高的一个新兴领域。 为了更好的发挥智能交通系统的功能，实现智能交通系统对车辆的智能化管 理。国际上提出了专用短程通信( d e d i c a t e ds h o t tr a n g ec o m m u n i e a t i o n ) 协议。 d s r c 协议是专门应用于智能交通领域的一种短距离无线通信协议，它为车辆与 路边设备提供单向或双向交互式通信的标准，将车辆和道路有机地连接起来，从 而交通控制中心可以通过与行驶车辆的数据通信实现对车辆的智能管理，车辆还 能够接入交通信息网，使用信息网中的资源。 d s r c 系统为i t s 提供路一车、车一车之间的通信平台，为车载设备提供与 外界环境进行信息交流的通道，也可以作为交通控制中心采集车辆运行信息的渠 道之一。d s r c 系统是实现智能交通系统的基础，是实现车载设备功能与交通控 制中心智能化管理的前提，因此，必须研究一种能够适应我固道路交通实际情况 使用的专用短程通信技术，以便充分发挥智能交通系统的功能，解决好我因交通 领域出现的各种问题m “”4 。 1 2d s r c 国内外研究现状 美国、欧洲、日本均建立了自己的d s r c 标准，但是国际标准化组织日6 u 尚 未制定出完整的d s r c 国际标准。早在8 0 年代中期，国际上开始提出“自动公路 通信系统”的概念，希望利用个无线通信系统柬完成一系列智能交通领域的应 华南理i 人学硕士学位论文 用i j 题。随后开始的对“车辆信息与通信系统”的研究、丌发和产品化义进一步 推动了d s r c 的研究。1 9 9 5 1 9 9 6 年，各国丌始了对e t c 的研究，并开发出砦 用 二交通智能化管理的产品，这对后来制定针对e t c 应用的d s r c 标准起了指导 性的作用。目的，困外的d s r c 标准主要有3 类：同奉的a r i bs t d t 7 5 ，欧洲的 e n v 1 2 8 3 4 、e n v l2 2 5 3 、e n v l 2 7 9 5 ，美国的基】二9 0 0 m h z 的d s r c 标准。其它各幽 的d s r c 标准都是参照这三类标准来制定的。我国参照国外d s r c 标准发展的趋势， 结合幽内e t c 的现状以及对i t s 应用的服务需求分析，积极地进行d s r c 标准化 的深入研究，希望在近几年内制定出满足我国道路交通实际情况需要的d s r c 标 准，并开发出相应的d s r c 设备”“。 ( 1 ) 欧洲d s r c 的研究现状” 1 9 9 4 年，c e n t c 2 7 8 工作组丌始了d s r c 标准的起草jl ：作，于9 5 年2 月完 成e n v l 2 2 5 3 “5 8 g h zd s r c 物理层”和e n v l 2 7 9 5 “d s r c 数据链路层”草案的 编制工作。最后，该草案于1 9 9 7 年7 月最终获得了各成员国通过。e n n l 2 8 3 4 “d s r c 应用层”标准也于1 9 9 7 年9 月完成。c e n t c 2 7 8d s r c 标准具有以下特点：采 用5 8g h z 被动式微波通信，上行通信速率为5 0 0 k b p s ，下行通信速率为2 5 0 k b p s ， 采用a s k 和b p s k 的调制方式。另外，欧洲的b o s c h 、c g e 和c o m b i t e c h 还联合制 定了“g 1 0 b a ls p e c i f i c a t i o nf o rd s r c ”和“g l o b a lt 0 1 l i n gs y s t e m ”的统一 标准为不同e t c 收费系统的通用性做好了技术的准备工作。 ( 2 ) 美国d s r c 的研究现状 1 9 9 2 年，a s t m 对北美地区的不同e t c 技术进行评价，休斯公司提出的d s r c 标准被a s t m 以a s t mv 6 草案提交各部门讨论，主要讨论的内容是频率为9 1 5 m h z 的t d m a 通信协议和主动应答器。然而不幸的是该方案遭到了t i ，m f s 等公司的 反对，他们建议采用c e n 标准作为允许使用9 1 5 m h z 系统的补充。因为c e n 1 c2 7 8 是欧洲国家多年努力的结果，已进行相当广泛的实验。关丁i 频率资源的问题，1 9 9 7 年5 月1 9 同，i t sa m e r ic a 向联邦通信委员会( f c c ) 提出将5 8 5 0 g h z 5 9 2 5 g h z 频带分配给智能运输服务领域并保留9 1 5 m h z 用于近期e t c 系统的申请。1 9 9 8 年 6 月1 1r ，在美国联邦通信委员会的公开会上，5 位委员一致投票建议将 5 8 5 0 g h z 5 9 2 5 g h z 频段分配给运输服务领域的短程通信”“”。 ( 3 ) 日本d s r c 的研究现状 日本制定d s r c 标准，是从该国实际情况出发。建设省和道路公团于1 9 9 4 年1 1 月邀请国内1 0 家公司和集团联合进行了e t c 收费系统的野外试验，历时5 个月，并同时进行了全国范围内的电磁场测试，为d s r c 频率的选定提供了依据， 予1 9 9 6 年8 月出版了“共同研究报告”。1 9 9 7 年1 月，日本t c 2 0 4 委员会完成 了d s r c 标准制定工作，己提交给邮政省和建设省待批。到目前为止虽没有审批 结果，但r 本i s o t c 2 0 4 第1 5 工作组负责人s a mo y a m a 称该标准不叮能有大的 2 第章绪论 修改，并且该标准已提交i s o ，希望能成为国际标准。 ( 4 ) 我国d s r c 的研究现状 1 9 9 6 年，交通部成立了中国交通e 程设施标委会。1 9 9 8 年，国家计委立项 委托交通部公路科学研究所开展“交通工程标准化体系研究”，主要内容是完成 公路交通1 二程设施综合标准化研究报告和标准化体系表，并在相应的试验基础j ： 编制国家首批急需的2 0 2 5 项标准，其中d s r c 主要应用存e t c 收费系统上- ”。 鉴于目前国际d s r c 标准发展趋势和应用现状，1 9 9 8 年5 月，交通部i t s 中 心向交通部无线电管理委员会提出将5 8 g h z 频段分配给智能运输系统技术领域 的短程通信，专用短程通信系统速率要求上、下行速率均在1 m b p s 以上，通信距 离应达到1 0 3 0 米”。 具体技术参数如表卜1 所示： 表1 一ld s r c 系统技术参数 t a b l el lt e c h n i c a lp a r a m e t e r so fd s r cs y s t e m 项目参数 频率用户交通专用短程通信系统 频段 5 7 9 5 g h z - 5 8 1 5g h z 调制方式 a s k ，b p s k 输出功率3 0 0m w 通信距离 1 0 - 3 0 m 1 3 嵌入式系统发展现状 嵌入式系统被定义为：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁 翦、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专斟计算机系 统。嵌入式系统的最大特点足其所具有的目的性或针对性，即每一套嵌入式系统 的开发设计都有其特殊的应用场合与特定功能，这也是嵌入式系统与通用的计算 机系统最主要的区别。另外，嵌入式技术与实时性有着天然的联系：山于嵌入式 系统是为特定的目的而设计的，且常常受到空间、成本、存储、带宽等条件的限 制，因此，它必须最大限度地在硬件上和软件上“量身定做”以提高效率，这样 的结果最终导致了实时性的增强。 随着信息化、智能化、网络化的发展，嵌入式系统技术也将获得广阔的发腱 空问。进入2 0 世纪9 0 年代，嵌入式技术全面展开，目前已成为通信和消费类产 品的共同发展方向。在通信领域，数字技术正在全面取代模拟技术。_ 在广播电视 领域，美国己经开始由模拟电视向数字电视的转变，欧洲d v b ( 数字电视广播) 技 术已在全球大多数国家推广。数字音频广播( d a b ) 也已进入商品化试播阶段。而 华南理i ：人学硕卜学位论文 软件、集成电路和新型元器件在产业发展中的作用h 益重要。所有上述产品中， 都离小丌嵌入式系统技术。在个人领域嵌入式产品将主要是作为个人移动的数据 处理和通信软件。由于嵌入式设备具有自然的人机交互界面，g u i 屏幕为巾心的 多媒体界而给人很大的亲和力。手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件以 及彩色图形、图像已取得衲步成效。 目前一些先进的p d a 在硅示屏幕卜已实现汉字写入、短消息语音发布，应用 范围也就f i 益广阔。对于企业专用解决方案，如物流管理、条码扫描、移动信息 采集等，这种小型手持嵌入式系统将发挥巨大的作用。自动控制领域，不仪可以 用i ：a t m 机、自动售货机、工业控制等专用设备，和移动通信设备、g p s 、娱乐 等相结合，嵌入式系统同样可以发挥巨大的作用。长虹推出的a d s l 产品，就是 把网络、控制、信息结合起来，这种智能化、网络化将是家电发展的新趋势。 嵌入式技术的迅速发展不仅使之成为当前微电子技术与计算机技术中的一 个重要分支，同时也使计算机的分类从以前的巨型机、大型机、小型机、微机之 分变为通用计算机与嵌入式系统之分。嵌入式的应用更是遍及金融、航天、电信、 网络、信息家电、医疗、工业控制、军事等各个领域，以至有些学者断言，嵌入 式技术将成为后p c 时代的主宰 3 7 。 1 4 论文内容与结构 课题研究了专用短程通信系统的协议体系结构，在t e l e l o g i ct a u 平台上进 行d s r c 协议的s d l 描述与验证，提出了d s r c 系统的硬件设计方案，并且研究r 在嵌入式操作系统上设计d s r c 系统协议软件的开发过程。 本论文的证文主要包括以下几部分： 第一章介绍了专用短程通信技术和嵌入式系统的概况以及国内外现状和发 展前景。 第二章研究了d s r c 系统通信协议的体系结构，以台湾d s r c 标准为基础，兼 顾 _ | 本和欧洲标准的优点以及我国实际情况，建立了d s r c 的三层协议结构，定 义了各层提供的数据帧格式以及服务接口。 第三章研究了在t e l e l o g i ct a u 丌发平台上进行d s r c 协议的s d l 描述与仿 真的过程。 第四章提出了d s r c 系统的硬件设计方案，并对各个模块的实现过程作了详 细的说明。 第五章研究了嵌入式d s r c 系统的软件开发过程，在硬件系统l 进行d s r c 系统各层协议的软件设计和调试等工作。 4 第一章绪论 1 5 本章小结 本章介绍了专用短程通信技术和嵌入式系统的概况，并且对比研究了国内外 d s r c 技术发展现状与趋势。在本章最后，列出了论文的主要研究内容。 华南理j ：人i 学硕十学位论文 第二章专用短程通信协议的研究 山于世界各国d s r c 协议标准各有差别，根据各国d s r c 标准发展的趋势结 合旧内e t c 的现状以及对i t s 应用的服务需求分析，本章研究了d s r c 系统通信 协议的三层协议体系结构，定义了各层提供的数据帧格式以及通信服务接l j 。 2 1d s r c 协议的体系结构 参照0 s 1 协议栈结构模型，d s r c 系统的通信协议采用三层结构：物理层、 数据链路层和应用层。其中数据链路层根据其主要功能特点又分为两个相对独立 的了层：媒体访问子层( m a c ) 和逻辑链路子层( l l c ) 构成。这种简化的协议结构适 用于实时系统，它减少了协议内部数据处理的开销，满足时问约束条件 具体d s r c 协议体系结构如图2 1 所示： 路边设备车载设备 图2 - 1d s r c 协议体系结构 f i g u r e2 1s y s t e i bs t r u c t u r eo fd s r cp r o t o c o l 上图缩写部分说明： a d u a p p l i c a t i o nd a t au n i t ，应用数据单元 a p d u a p p l i c a t i o np r o t o c o ld a t au n i t ，应用协议资料单元 a s d u a p p l i c a t i o ns e r v i c ed a t au n i t ，应用服务数据单元 6 第一章专用短程通信协议的研究 i p d ul l cp r o t o c o ld a t au n i t ，逻辑链路控制协议数据单儿 i , s d ul l cs e r v i c ed a t au n i t ，逻辑链路控制服务数据单元 p h y s d u p h y s i c a ll a y e rs e r v i c ed a t au n i t ，物理层服务数据单元 p h yp d u p h y s i c a ll a y e rp r o t o c o ld a t au n i t ，物理层协议资料单元 其中，路边单元和车载单元之1 8 j 的数据通信是通过各层之间的数据传输来实 现的，而各层之间的数据传输是通过服务原语渊用来实现信息通信的，各层为其 卜 层提供的原语就是上层访问下层的接口。底层通过服务访问接入点| 向上一层提 供数据服务。 2 2 物理层协议 2 2 1 物理层的功能 定义了0 b u 和r s u 的物理媒介的电气和帆械特性，如工作频率、功率、比特 率等。主要是无线通信系统的物理部分的内容，包括数据帧结构，时隙结构和时 隙分配，不同的信道类型，频道结构和信号结构等”。”1 。 物理层作为整个协议的最低层，面向媒体介质访问了层( m a c ) 负责，具有以 下的功能： 1 ) 帧传输控制服务。利用帧传输控制字段( f c m c ) 、消息数据字段( m d c ) 、同 步功能和分时功能保i e 数据的传输。 2 ) 信道的激活失效服务。根据应用请求提供信道激活失效的功能，以保 证实现信号的准确传输。 3 ) 保障无线通信链路服务。物理层提供相关功能和进程来保障无线通信链 路通信。 4 ) 物理层状态指示服务。为物理层管理实体和系统管理单元提供物理层的 状态信息。 2 2 2 物理层数据帧格式 奉设备采用a s k 的调制方式，其中路边部分采用全双工的通信模式，车载部 分采用半双工通信模式。具体数据帧格式如图2 - 2 所示。其中，n l r ( x ) = x3 + x 2 十l 第四章d s r c 系统的硬什实现 码字1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 一 t ( x ) = x 1 木k ( x ) 十r ( x ) = x 1 。+ x 8 + x 1 + x3 + x 2 + 1 山信息位产生冗余位的编码过程，就是已知k ( x ) 求r ( x ) 的过程，在c r c 码 巾可以通过找到个特定的r 次多项式g ( x ) ( 最高项x 的系数为1 ) 来实现。用 ( ，( x ) 去除x 。半k ( x ) 得到的余式就是r ( x ) 。 在d s r c 系统中数据帧所采用的生成多项式是g ( x ) = + x ”十x 5 + 1 ，对应的代码 为1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 ，要注意的足这里的运算都是模2 运算，就是不带进位和 借位的：进制运算，其加减都等价于异或运算。为了提高c r c 校验的速度，考虑 采用8 位并行c r c 算法，即以字节为单位进行计算。 8 位并行c r c l 6 校验模块的v e r i l o g 硬件描述语言为”1 ： m o d u l ec r c l 6 ( r e s e t ，n e w c r o ，d ，w e ) ： i n p u tr e s e t ： i n p u tw e ： i n p u t 7 ：0 d ： o u t p u t 1 5 ：0 n e w c r c ： r e g 1 5 ：0 n e w c t c ： r e g 1 5 ：0 c ： a l w a y s ( n e g e d g er e s e to rp o s e d g ew e ) b e g i n i f ( ! r e s e t ) c = 1 6 h f f f f ： e 1s e e = n e w c r c ： e n d a l w a y s ( n e g e d g ew e ) b e g i n n e w c r c 0 = d 0 “d 4 “c 0 “e 4 “c 8 ： f l e w c r c 1 = d 1 “d 5 “c 1 c 5 4c 9 ： n e w c r c 2 = d 2 6 d 6 c 2 “c 6 “c 1 0 ： n e w c r c 3 = d 3 “d 7 4 d 0 “c 3 c 7 6 c 0 c 1 1 ： n e w c f c 4 = d 1 “c 1 6 c 1 2 ： n e w c r c 5 = d 2 “c 2 “c 1 3 ： n e w e r c 6 = d 3 c 3 “c 1 4 ： newercc 7 = d 0 “d 4 “c 0 “c 4 c 15 ： n e w c t c 8 = d 1 “d 5 6 d 0 “c 1 “c 5 6 e 0 ： n e w c r c 9 _ d 2 4 d 6 “d 1 “c 2 c 6 6 c 1 ： 图4 4c r c l 6 模块仿真波形 f i g u r e4 - 4s i f i l u l a t i o l qr e s u l to fc r c l 6m o d u l e 4 5d s r c 系统核心处理单元的设计 s a m s u n gs 3 c 4 4 b o x 微处理器采用0 2 5 u mc m o s 工艺制造，特别适合于成本 不高和功耗要求小的场合。s 3 c 4 4 b o x 采用新的a r m 处理器，c p u 嵌入式控制器总 线结构。s 3 c 4 4 b o x 最突出的特点是它的c p u 核采用a r m 处理器公司的1 6 3 2 化 a r m 处理器7 t d m ir i s c 结构( 主频6 6 m h z ) ，a r m 处理器7 t d m i 系统扩充包括t h u m b 协处理器、片上i c e 中断调试支持和3 2 位硬件乘法器”8 “”“。 s 3 c 4 4 b o x 通过在a r m 处理器7 t d m i 内容基础上扩展一系列完整的通用外i 罚 器件，使系统费用降至最低，消除了增加附加配置的需要。其内部模块示意图如 图所示，具体集成的功能描述如下： ( 1 ) 带8 k b 缓存的2 5 v 静态a r m 处理器7 t d m i c p u 核 一jd 4 1 2 3 0 l 2 3 一 开 _、_l 一 删删删删删删 舡舯妒 _ 苎 一 = l | = = | i 二h川川“o n u h h h h 卜卜 块引黜 凹 一 0 1 2 3 4 5 e兵h ，一 一 ， n湾砂赫孰陀 _；l#、 一 l耄l蛐北邶州娜 批蜞觚嘲池时 _ r r r r r r 0 l 必秸 w 描 t c c c c c c m 卡_ c w w w w w w d d 毂口，陵 a 一 一一一一州雌黼湖凇 一 n n n n n n e e x 如性r抟 第四章d s r c 系统的硬什实现 ( 2 ) 扩展内存控制器( f p f d o s d r a m 控制，片选逻辑) ( 3 ) 带有1 个专用d m a 通道的l c d 控制器 ( 4 ) 2 个通用d b f a 通道，1 个带外部请求管脚的d m a 通道 ( 5 ) 1 个多主机i i c 总线挖制器 ( 6 ) 5 个p w m 定时器及多个内部定时器 ( 7 ) 看门狗定时器 ( 8 ) 7 1 个通用串口，8 个外部中断资源 ( 9 ) 能量控制模式：正常、低、休眠和停止 ( 1 0 ) 8 个1 0 位a d c ( 1 1 ) 带p l l 的片上时钟发生器 因此，这款处理器内部集成的l c d 控制器、s d r a m 控制器、串行接口控制器、 p w m 控制器、1 2 c 控制器等丰富的外围控制模块，而在d s r c 系统中，由丁协议的 数量处理量比较大，而且对系统的实现性要求比较高，另外，我们还要为用户提 供多种数据通信接口和丰富的人机界面等，因此，我们采用s a m s u n g $ 3 c 4 4 b o x 作为d s r c 的核心处理器，来实现对d s r c 协议的数据处理以及用户按键、l c d 显 示、触摸屏和以太网等外围接口。 整个d s r c 系统核心处理单元的系统结构如卜- 所示： 网网网i 模块 lj模块ii ”“i 串行通信 接口 d s r c 系统核心处理器 a r ms 3 c 4 4 b o x 电源驱动 模块 s d r a m f l a s h 疆 串行 e e p r o m 图4 5d s r c 协议处理单兀整体框图 f i g u r e4 - 5i n t e g r a t e df r a m eo f d s r cp r o t o c o l 下面分别来介绍1 卜，各个组成部分的实现过程： 1 、电源驱动模块： 给整个系统各个组成部分供电。 电源部分原理图如下，由a s l l l 7 - 3 3 产生3 3 v 电源， a s l l l 7 - 2 5 或者 华南理j 大学f 学硕十学位论文 极管降压产生2 5 v 电源。s 1 为电源丌关，j 1 4 选择供电方式 图4 - 6 电源部分原理图 f i g u r e4 - 6p r i r c i p lec h a r to fp o w e rc ir c u i t 2 、系统f l a s h 部分： 本系统采用的f l a s h 为s s t 3 9 v f 3 2 0 ，4 m 字节，1 6 位数据宽度。f 1 a s h 接在 c p u 的片选引脚n g c s o 上面，对应的地址空间为o x 0 0 0 0 0 0 0 0 o x 0 0 1 f f f f f 。 c p u 复何后，从f l a s h 中读取指令、执行程序。 3 、系统s d r a m 部分： 本系统采用的s d r a m 为i s 4 2 l s l 6 8 0 0 ，1 6 m 字节，1 6 位数据宽度。s d r a m 接在c p u 的片选引脚n s c s 6 卜，对应的地址范围是0 x o c 0 0 0 0 0 0 0 x o c t f f f f f 。 4 、n a n df i a s h 部分 我们采用k 9 f 2 8 0 8 ，接在c p u 的片选引脚n s c s l 上，对应的地址范田是 0 x 0 2 0 0 0 0 0 0 o x 0 3 f f f f f f 。因为s 3 c 4 4 b o x 没有n a n df 1 a s h 控制器，所以只能 用地址线、数据线、1 0 口等模拟n a n df l a s h 的指令时序进行读写，速度4 i 快。 读写擦制的时序可以从n a n df l a s h 的数据手册中得到。 5 、串行通信接口 d s r c 系统提供两个r s 2 3 2 串行接口其中一个为用户终端提供串行通信接 ，另一个用于协议核心处理器底层软件版本的升级。 6 、以太网控制模块 摹于产品的性能和成本考虑，车载端d s r c 核心处理单元的通信接口，我们 采用r s 2 3 2 的通信方式，而路边端，我们采用以太网控制的通信方式，其硬件设 计示意图如图4 7 所示。 第四章d s r c 系统的硬仆实现 儿型坚坚二l 。l 旦? 墨v o lj r st 3 l c8 4 e i i n t 3 一。型! ! 一 0 4l b业g i q a 一9 0 a x s “s e 电路警+ 幽s t d r y 图4 7 以太网控制模块的框图 f i g u r e4 - 7b l o c kd i a g r a mo fe t h e f n e tc o n t r o lm o d u l e 以太网控制模块采用一块l o m b p s 的以太网控制器芯片r t l s o l 9 a s ，片选信 号接接在c p u 的片选引脚n g c s 3 上面，接2 0 m h z 的晶振，一个1 2 8 字节的e e p r o m 求保存以太网控制器芯片的相关参数，然后通过r j 4 5 的接口连到以人网拓扑结 构的局域网上，其中r t l s 0 1 9 a s 和r j 4 a 接口自已加一块l a x 7 2 3 6 作为隔离滤波 器，防止输出信号对控制器芯片的干扰。 7 、人机界面接口 d s r c 系统的人机界面接口，我们采用了l c o 液晶显示屏来实现，其硬件接 口设计示意图如图4 - 8 所示。 v d 7 0 _ l c s h a r p d l c d s 控 v h 1 6 l m 057 q 3 制 一v f r a m e y d 一 c lt 0 l c 器 4 4 b 0 x 一1 卜l 触摸屏防 卜 四线 、犷一卅控制器卜厂电阻式 触摸屏 图4 - 8 液晶显示屏和触摸屏的框图 f i g u r e4 - 8b 1 0 c kd i a g r a mo fl c d a n dt o u c hp a n e l s 3 c 4 4 h o x 芯片内部有个l c d 驱动控制器，能产生l c 3 驱动控制所需的控 制信号，因此，s 3 c 4 4 b o x 可以与s t n 型彩色l c d 屏直接接 j ，而不需要另外加 华南理 犬学r 学硕十学位论文 【c d 的控制器。在这种接口的方式下，l c d 显示缓冲区映射在系统的存储器空间 匕，h j 厂1 程序将像素点数据写入存储器对应地址就可以实现对应l c d 屏 ：像素点 颜色的显示。本系统液晶采用的是s h a r p 公司的l m 0 5 7 q c l t 0 1 型s t n 彩色液晶碌 示屏，该l c d 屏显示格式为3 2 0 * ( r g b ) * 2 4 0 。即显示屏每行具有3 2 0 个像素点， 兆2 4 0 行：第个像素点山r g b ( 红，绿，蓝) 二种颜色组成。 4 6d s r g 系统电路的设计 存明确了d s r c 系统各部分硬件设计的要求后f 面将在p r o t e l 9 9 s e 卜进行 原理图设计和电路板罔的布局，布线等工作，并制作出硬件电路板，最后存制作 的硬件系统上进行d s r c 协议软件的丌发与调试。 图4 - 9 是d s r c 系统协议处理单元的原理图，其中包括电源驱动电路、 s 3 c 4 4 b o x 处理器最小系统( 包括复位电路、f l a s h s d r a m n a n d f l a s h 等接口电 路) 、串行通信接口电路、以太网控制电路以及l c d 控制电路、触摸屏控制电路 等外围接口电路等。 图4 - 9d s r c 系统电路原理图 f i g u r e4 - 9c i r c u i td i a g r a mo fd s r cs y s t e l l l 考虑到整个硬件系统的稳定性，在电路板句线时，我们采用四层板没汁，包 括t o p ，b o t t o m ，v c c ，g n d 共四层。 第四章d s r c 系统的硬件实现 4 7 本章小结 本章研究了d s r c 系统的硬件设计，提出了系统的总体设计方案，洋细讲述 r 射频端逻辑接口电路、d s r c 协议处理单元的设计，最后介绍了d s r c 系统电路 板的设计过程。 华南理j 人学1 学硕十学位论文 第五章嵌入式d s r c 系统的软件开发 5 1 u c o s - i | 实时嵌入式操作系统 u c o s i i 是一种基于优先级的可抢先的硬实时内核。在嵌人式应用系统中 使用r t o s 不仅可以增加系统的町靠性，缩短产品的j r 发时问，而且应用程序的 维护也会方便许多。 在d s r c 通信系统中把u c o s i i 作为移植对象，u c o s i i 是一个小的实时 内核源码免费公开，它与u c l i n u x 嵌人式系统的运行机制不同。u c l i r u x 驻留 在系统中，应用程序不必考虑u c l i n l i x