（计算机科学与技术专业论文）基于嵌入式linux的智能公交车载终端系统的研究与设计.pdf

太et叮 r e s e a r c ha n d d e s i g ns y s t e mo fb u s t e r m i n a ib a s eo ne mb e d d e dl i nu x s p e c i a l i t y =c o m t s c i e n c la n d t e c h n o l o f f v c o m p u t e r s c i e n c ea n de c h n o l o k , - v m a s t e rd e g r e ec a n d i d a t e = j i s u p e r v l s o r ： s c h o o lo fi n f o r m a t i o ns c i e n c e e n g i n e e r i n g c e n t r a ls o u t hu n i v e r s i t y c h a n g s h ah u n a np r c 硕士学位论文 摘要 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：型鱼 日期：兰! 竺年月日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 6 摘要 随着社会的发展，公交车成为大众出行的首选交通工具，特别是我国2 0 0 8 年北京奥运会、2 0 1 0 年上海世博会和广州亚运会等大型国际活动，公交系统便 成为重要的研究问题。嵌入式智能公交车载终端是我国某一著名交通科技公司智 能交通系统( i n t e l l i g e nt r a n s p o r ts y s t e m ，i t s ) 中的主要组成部分，也是i t s 系统 中数量最多的设备，它主要结合g p s 、嵌入式等技术，实现播报站点、显示服务 信息等功能，为乘客提供更人性化的出行服务。 本文作者主要从以下方面做出了努力： 1 针对嵌入式智能公交车载终端，设计了专门的r o u t e 通信协议，并以中间 件的形式实现。解决了不同硬件接口和软件模块问的统一通信问题。 2 建立了进出站识别模型、路堵识别模型、超速报警模型和路标识别模型， 使得可以简化繁琐的公交线路识别问题。 3 提出了嵌入式智能公交车载终端l i n u x 六层模型。通过移植和裁剪u - b o o t 、 裁剪定制专门用于公交车的嵌入式l i n u x 内核、制作i n i t r d 文件系统和根 文件系统、定制的系统服务，专门为智能公交车载终端量身定做了嵌入 式l i n u x 操作系统。解决了通用操作系统体积庞大而现有嵌入式操作系统 昂贵和不能完全满足终端需要的问题。通过分层模型的建立，使得各个 模块可以单独升级而互不干扰。 4 采用异常掉电机制和超时重发机制，解决了终端系统在异常掉电后不能 准确报站和日志无法正确恢复的问题。提高了系统的可靠性和稳定性。 关键词嵌入式公交车载终端，i p t t d - - l i n u x ，r o u t e 通信协议，公交线 路识别 a bs t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs o c i e t y , p e o p l eo f t e ng ob u s i n e s sb yp u b l i cb u s ，e s p e c i a l l yt h e2 0 0 8b e i j i n go l y m p i c s ，t h e2 010s h a n gh a i w o r l de x p oa n dg u a n g z h o ua s i a ng a m e si nc h i n aa n do t h e rl a r g e i n t e m a t i o n a le v e n t s ，p u b l i ct r a n s p o r t a t i o nh a sb e c o m ea ni m p o r t a n tr e s e a r c hq u e s t i o n e m b e d d e di n t e l l i g e n tp u b l i ct r a n s p o r tv e h i c l et e r m i n a li st h em a i nc o m p o n e n to ft h ei t s ( i n t e l l i g e nt r a n s p o r ts y s t e m ) ，w h i c hi sp r o d u c e db yo n eo fc h i n a sl e a d i n gt r a n s p o r t a t i o nt e c h n o l o g yc o m p a n y i ti sm a i n l yc o m b i n e dg p sa n de m b e e d e dt e c h n o l o g i e s i t a c h i e v e sb r o a d c a s t i n g ，d i s p l a ys e r v i c ei n f o r m a t i o na n do t h e rf u n c t i o n s , a n dp r o v i d e sm o r ep e r s o n a l i z e dt r a v e ls e r v i c e s t h i st h e s i sh a sm a d em a jo re f f o r t sf r o mt h ef o l l o w i n g ： 1 a c c o r d i n gt o t r a n s i tv e h i c l et e r m i n a l t h i st h e s i sd e s i g n e das p e c i a lr o u t ec o m m u n i c a t i o np r o t o c o l ，a n da c h i e v e db yt h ef o r m o fm i d d l e w a r e ，i no r d e rt os o l v et h ed i f f e r e n th a r d w a r ei n t e r f a c e sa n ds o f f w a r em o d u l e so fu n i f i e dc o m m u n i c a t i o n s 2 e s t a b l i s h i n ga c c e s sp o i n tm o d e l ，t r a f f i cj a mm o d e l ，s p e e da l a r m m o d e l sa n dr o a ds i g n sr e c o g n i t i o nm o d e l ，m a k e si t p o s s i b l et os i m p l i f yt h ec o m p l i c a t e db u sl i n e si d e n t i f y 3 p r o p o s e sp u b l i ct r a n s p o r tv e h i c l et e r m i n a l l i n u xe m b e d d e di n t e l l i g e n ts i xm o d e l s b yt r a n s p l a n t i n ga n dc u s t o m i z i n gu - b o o t ，c u t t i n ga n d c u s t o m i z i n gl i n u xk e m e l ，c r e a t i n gi n i t r df i l es y s t e ma n dr o o tf i l es y s t e m ，c u s t o m i z i n gs y s t e ms e r v i c e ，t h i st h e s i s c r e a t e ss p e c i f i c a le m b e d d e dl i n u xo p e r a t i n gs y s t e mf o rt h es m a r tv e h i c l et e r m i n a l ，w h i c hs o l v e st h eh u g es i z eo ft h ee x i s t i n gg e n e r a lp u r p o s eo p e r a t i n gs y s t e m ， a n de m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e mc a nn o tf u l l ym e e tt h eh i g hn e e d s t h r o u g ht h eh i e r a r c h i c a lm o d e l ，e a c hm o d u l ec a nb eu p g r a d e di n d i v i d u a l l yw i t h o u ta n yi n t e r f e r e n c e 4 e s t a b l i s h i n ga nu n u s u a lp o w e r - d o w nm e c h a n i s ma n dt h er e t r a n s m i s s io nt i m e o u tm e c h a n i s mi st or e s o l v et h ep r o b l e mt h a tt h et e r m i n a l s y s t e mc a nn o ta c c u r a t er e p o r tc o r r e c t l ya n dr e s t o r ep o i n t sa n d1 o ga f t e ra b n o r m a lp o w e r - d o w n ，w h i c hi m p r o v e e dt h er e l i a b i l i t ya n ds t a b i l i t yo fs y s t e m h e m b e d d e dt r a n s i tv e h i c l et e r m i n a l ，i p t t d 1 i n u x ，r o u t e p r o t o c o l ，b u sl i n e i d e n t i f i c a t i o n i 目录 商要i a b s l r a c t i i 目录1 i i 第一章绪论1 1 1 课题来源l 1 2 研究背景及研究意义l 1 2 1 国内外研究现状。l 1 2 2 研究内容和研究意义2 l - 3 嵌入式智能公交车载终端硬件设计3 1 4 内容组织与安排。4 第二章系统通信协议的研究与设计5 2 1 通信协议总体架构5 2 2 通信协议的功能定义6 2 2 1 通信协议报文格式6 2 2 2r o u t e r s1 办议6 2 3 通信协议类型和应答机制9 2 3 1 通信类型和应答机制。9 2 3 2 电子站牌时间同步报文1 0 2 4 系统状态信息报文1 1 2 4 1 嵌入式智能公交车载终端版本配置应答报文1 2 2 4 2 嵌入式智能公交车载终端硬件识别应答报文1 2 2 4 3 嵌入式智能公交车载终端运行状态应答报文1 2 2 4 4 嵌入式智能公交车载终端故障信息应答报文1 3 2 5 本章小结1 3 第三章嵌入式智能公交车载终端系统设计与实现1 5 3 1 系统需求分析。l5 3 2 系统设计l5 3 3 系统模块设计与实现1 7 3 3 1g p s 通信模块17 3 3 2g p r s 通信模块2 2 3 3 3 司机键盘模块2 5 3 3 4 站点播报模块。2 9 3 4 本章小结3 2 第四章嵌入式智能公交车载终端系统的研究3 3 4 1 嵌入式i p t t d _ li n u x 系统的体系结构3 3 4 1 1 嵌入式ip t t d _ i if l u x 系统的模型分析。3 3 4 1 2 嵌入式ip t t 沪i f l u x 系统的体系结构3 3 4 2 关键问题研究4 0 4 2 1 线路识别模型4 0 4 2 2 异常掉电模型和超时重发机制4 5 i i l 4 3 嵌入式ip t t d - iin u x 系统实现5l 4 4 嵌入式ip t t d - iin u x 系统配置。5 4 4 5 嵌入式ip t t d - iin u x 系统性能。5 5 4 6 本章小结5 6 五章工作总结及研究展望5 7 5 1 全文总结5 7 5 2 研究展望。5 8 考文献5 9 谢6 3 读硕士学位期间的主要研究成果“ i v 硕士学位论文第一章绪论 1 1 课题来源 第一章绪论 公共交通是人们生活的必需品。中国社会城市建设扩展越来越大，国民经济 发展带动了交通的需要的增加，特别是我国2 0 1 0 年上海世博会n 1 和广州亚运会嘲 等大型国际活动的举行，导致人们愈发依赖交通，如何控制公共交通已经成为全 球经济发展过程中重要的问题，我们必须慎重考虑。北京、上海和深圳等中国大 中城市的人们出行多以公交为主。而城市的主要交通调度中心缺乏有效的调度， 在公交运行期间，调度中心无法对运行车辆进行实时监控，进一步使得交通事故 频发口1 。根本谈不上给市民实时发送车辆的实时运行信息。城市发展的使得城市 人口越来越多，使得城市共同交通系统变得日益庞大，现有的交通管理方式无法 满足人们的需要h 1 ，人们期望新的公交系统能够有效的改善城市交通。 某某新区政府为了2 0 1 0 年世博会提高良好的公交管理与服务，提出建设综 合公交交通信息平台嫡1 ，重点打造嵌入式公交车载终端系统。通过建设嵌入式智 能公交车载终端系统等，重点建设综合公共交通信，建立基于g p s 和嵌入式l i n u x 等技术手段的公交交通信息化系统平台，可以在区域内外的共同实现交通信息共 享机嘲。逐步细化现有交通框架内的公共交通信息系统，与旧的公交、陆上运输 等信息化管理系统进行融合，达到政府部门直接监控和管理公共交通系统，而企 业负责公交车辆的调度和运营n 1 。 1 2 研究背景及研究意义 1 2 1 国内外研究现状 i t s 是多种技术的融合，它主要采用的技术有：智能控制技术、计算机网络 技术、通信技术和嵌入式技术等阻1 。通过多种技术的相互联系和通信，共同协作， 能够在地球表面建立三维的立体信号通信覆盖网络蜘，为综合的公交交通系统提 供实时可靠的数据信息，从而使共同交通有效的为人们的活动提供服务。 美国的i t s 重点n 们转向了交通信息的提供和信息安全的保障，在i t s 内部尤 其是车内增设了车载视频摄像等。并重点研究了众多交通系统的协同合作上，使 得智能交通系统能够相互协作，从而能够提供更好的处理紧急事务和健康急救等 相关的服务，制定一些列协议来达到在车辆运行过程中避免撞车，增强保护措施， 提高车辆调度的灵活性，采用多种通信渠道和多媒体等公交，发布交通信息，并 5 公交运营公司的无法实现电脑自动化控制调度嘲，更没法预测客流，从 而动态调节资源分配，造成一些地段公交车上座率低，而浪费资源，而 一些地段公交车乘客爆满，公交车资源匮乏。 1 2 2 研究内容和研究意义 课题的主要研究内容如下： 1 系统相关背景的介绍。通过对公交车载终端系统相关背景汹1 的介绍，为系 统的整体软硬件设计和实现提供了解决方案。 2 系统通信协议的设计。为了解决不同的硬件接口和软件模块间的通信，特 地针对公交车载终端系统设计了通信协议。详细设计了通信协议的整体框架和报 文格式，描述了协议数据发送和接收算法，并以电子站牌时间同步协议的实例加 2 硕士学位论文 第一章绪论 以分析说明。 3 提出了公交车载终端系统六层结构模型。通过对嵌入式l i n u x 操作系统的 研究和对车载终端的深入分析，利用分层思想，提出了专门用于公交车载终端的 六层结构模型。实现了各层分部运行更新的功能，使系统在极端恶劣的条件下也 能够最大限度的稳定运行。并重点研究了系统引导技术和系统的启动流程。 4 系统的主要功能模块的实现及其关键技术的研究。系统利用多线程和网络 技术，主要实现了g p s 、g p r s 、键盘和站点播报模块。着重研究了线路识别，在 研究过程中建立了相应的模型，并设计和实现了异常掉电模型和超时重发机制。 本课题的研究具有较强的应用价值和社会意义，基于嵌入式l i n u x 的智能公 交车载终端系统以其优越的性能和低廉的价格，为2 0 1 0 年上海世博会和广州亚 运会等大型国际活动提供服务1 ，具有重要的意义： 1 嵌入式公交车载终端系统的建设，能够为公交公司在每一台公交车载安装 体积小的公交车载终端，用来监视公交车辆的运营状态，并将公交车的相关状态 信息及时的传递给公交公司的调度控制中心啪1 。公交公司的调度控制中心，以公 交车载终端传回来的车辆信息为基础，实时掌握公司下属的公交车辆的运行信 息，并根据交通状况的需要实时监控调度公交车辆解决各种突发的交通事件。同 时在公交车载终端的帮助下，对司机们进行业绩考核和驾驶监督，有效的监控司 机无故停车、过站不停、违章驾车和伪造相关行车信息1 。公交车载终端系统的 采用能够大大节约公交公司的人力资源，方便公司对公交车辆的管理。 2 智能公交车载终端系统能够为乘客提供相关的信息服务包括：公交线路运 行的起点站名和终点站名、便于市民选择相应线路的公交车；提高公交车辆运行 开始运行的时间和中止运行的时间，方便乘客出行；采用语音和多媒体画面侧嘲 信息向乘客提醒即将进站、进站、下一站和出站的相关提示信息，让车内外乘客 提前做好相应的准备。及时提示道路拥挤、公交车超速行使等信息，并实时更新 公交车进出站的公交信息，大大缩短乘客在公交站点等候公交车的时间口，有效 节省广大市民出行时间。 3 智能公交车载终端系统为运营商提供可用来管理上万辆公交车辆的计算 机控制的自动化管理模式d 幻，提供了一种实时监控和掌握公交车辆运行状况 的技术手段；让运营商实时的派人处理公交事故等紧急状况变得经济可行；提供 能够与包括地图在内的多种交通公交信息共享的多套乘客换乘方式泓儿嘲。 1 3 嵌入式智能公交车载终端硬件设计 嵌入式智能公交车载终端硬件部分由g p s 模块、6 p r s 模块、l e d 站点显示模 块、司机键盘模块、刷卡器模块、视频监控模块、功放模块和w l a m 等模块组成。 3 硕士学位论文 第一章绪论 具体的硬件结构示意图如图1 - 1 所示。 g p s 模块k 制c 伽口卜 叫网口降酬。渊 叫v g a 陪矧髦努 g p r 。s 模k 勰矧c 。m 口卜 i n t e l 叫声卡睁刮功势 块一” l 黼怿刮c 伽口卜 a t o m 模块r n 2 7 0 叫u s b 陪叫瓣 鬻h酬c 伽口卜模块阡 昱篓篓h蚓c 伽口卜 叫u s b 陪叫孔铲 盘模块r 酽一 图1 - 1 公交车载终端硬件结构示意图 为了满足智能公交车载终端需要提供强调的系统功能、实时性、节能降耗、 防水和防震等性能要求，选用a t m e l 公司的a t 9 2 6 0 作为核心处理器。a t 9 2 6 0 是采用工业级a t m e la t 9 1 s a m 9 2 6 0 处理器【3 7 】，具备2 0 0 m h z 的主频，同时拥 有6 层高精密工业p c b ，3 3 v 供电提供电源，能够达到超低功耗【3 引。 1 4 内容组织与安排 本文共分为六章。第一章为绪论，主要介绍了本课题的研究背景及意义，并 介绍了智能公交车载终端系统的硬件设计。第二章，详细叙述了车载终端的通信 协议的设计和实现。第三章介绍嵌入式智能公交车载终端系统的设计与实现，重 点介绍了主要模块的设计。第四章通过对嵌入式l i n u x 操作系统的研究，设计出 适合智能公交车载终端的嵌入式l i n u x 操作系统，并重点考虑了车载终端的稳定 性和安全性。最后，第五章概括全文，对课题组的研究工作进行了总结，并指出 了今后研究工作的方向。 4 议显得尤为重要。 2 1 通信协议总体架构 整个嵌入式公交车载终端系统的通信系统可以划分为应用层、r o u t e 通信 协议层和硬件协议层。其分层示意如图2 - 1 所示。 1f 一i 厂1 应用层 ig p s 模块il 司机键盘il d v b t 模块i i 一。j i ：。j l。一囤匿 m u t e 协议层 网圆 臣匠习臣画司 销圉圈圆圆 图2 - 1r o u t e 通信协议分层示意图 应用层主要是应用软件，包括嵌入式公交车载系统的主要软件模块，女i g p s 模块、司机键盘模块、g p r s 模块等。 r o u t e 通信协议通过封装底层不同类型的硬件接口为应用层软件模块之间 的通信提供统一的数据报文封装接口定义和应答机制，其功能的实现方式是通 过调用底层硬件通信协议的接口来完成应用指令和数据的发送和接收。 当r o u t e 通信开始时，发送设备将公交监控系统各应用程序的指令或数据 进行r o u t e 协议报文包装后，由底层通信协议传送给接收设备。相对应的，接 收设备将底层通信协议接收的r o u t e 协议报文进行解包后，提交给上层的应用 程序。 为了满足串口通信的需要，r o u t e 协议报文数据需要经过r o u t e - r s 协议封 装之后才能在r s 2 3 2 串行接口和r s 4 8 5 串行接口h 们上进行传输。 硬件层协议主要是各个模块采用的标准协议接口，如r s 2 3 2 串行接口、 r s 4 8 5 串行接口、u s b l 0 $ n u s b 2 0 协议标准、用于g p r s 等的t c p i p 、u d p i p 协 议。 5 硕士学位论文第二章系统通信协议的研究与设计 2 2 通信协议的功能定义 2 2 1 通信协议报文格式 通信协议的报文格式由发送设备的i d 编号、接收设备的i d 编号、流水号、 数据长度、c r c 校验和、报文类型和报文数据组成，每个组成部分都有特定的 数据长度。表2 1 便是公交车载终端采用的r o u t e 通信协议的协议报文格式。 表2 - 1r o u t e 协议报文格式 名称发送设备i d接收设备i d流水号数据长度 报文类型数据校验和 符号 s e n dr e c vs nl e nc 如d a t ac r c 长度 4 44l1n l 其中， 1 设备i d 是发送设备i d 编码和接收设备i d 编码，它们分别为r o u t e 协议报文 发送设备和接收设备的设备i d 编码构成的压缩b c d 码。 2 流水号采用高字节在前低字节在后，流水号的最高位为应答标志，当标志 位置l 时，要求协议报文的接收设备给予通信应答；否则不要求协议报文 的接收设备通信应答。每次成功地发送一报文数据之后，流水号自动加一 “l 】 o 3 数据长度表示整个协议报文的长度，包括从发送设备i d 编码到校验和域的 所有字节。 4 报文类型用来表示数据报文的类型编号。 5 数据保存报文数据结构的内容，不同的报文类型具有不同的报文数据结 构。 6 校验和就是整个协议报文的c r c 校验，包括从发送设备i d 编码到报文数据 的所有字节，计算校验时，c r c 校验域先清零h 羽。 2 2 2r o u t e - r s 协议 1 、协议的流水号 r o u t e 协议报文的流水号由发送设备维护，每次成功地发送一报文数据之 后，将流水号自动加一，直到流水号的最大值，然后重新回绕到零h 羽。 2 、协议字节顺序 默认的情况下，本协议中定义的数据或变量的字节顺序均遵循高字节在前 低字节在后的原则。 3 、协议的定义 6 图2 - 2 特殊字符定义 发送设备发送数据包的具体算法描述如图2 - 3 所示。 胜机发送数据包算法，p 指向要发送的数据，艚示要发送的虢瞻长度”。一一y 秽 夏曼舄蔓竞。妄晨。爱是硌薅。，砣劈爱砖赛笔i c h & r p ，；j ；5 攘毛暑骢 j 发送结束符，提示准备发送数据j ， 聂窝3 3 襄是。募曩。勇冕聚唤。三2 z 蔓景er s e n d ；j 鞠l a ；3 悬 去曼秘一一 j ： 判断发送牟符类型j j s w i t c hf 士p j ip c a s er se n d ：一 ：、_一 一 i 发送转戈符一 ： 夏曼酷蔓景。夏爱。置冕貉岛，是z 戋岛r s e s c ，；一 。转义为7 眄e j曩9 骁襄曼。点最。詈冕孢蠡。验z 襄宝i e s c e n d lj j i b r e a k ；4 ：瓣r s e s c ：p 乡 发送转义符j 爹 r o u t er ss e n dbt e r s e s cl ；j i i i 转- 义为7 d i dp ；夏殳骁襄曼。夏荨。舅是豫嚷。致z 竞暑f e s c e s c ；一 ；，b r e a k ；一 d e f a u l t ：j ?、_pp_vv- ；正常发送穿符一 r o u t er ss e n dbt e p ；， ；7 。 f ? 精钛瘩移p 靶+ + ；p j 发送鳍束符，提示发送鲐束j ； 夏9 舄蔓晏。妄受。意舅结旁是x 复赛ir s e n di ；j ! l ，、，。t j j ：、。一。一。一：一j 7 绣嘭芝。吁*辱qt、t。；：要一。憎q麓孝，彬穆0，巧：o；。_墨互哆盘；，*荡壤墨鸳荔妻摹磊缓g茗k孽r、，瑾鹱荔硝秀露， 硕士学位论文 第二章系统通信协议的研究与设计 图2 - 3r o u t e 协议发送数据算法 发送设备在发送数据包时，首先发送一个结束符，紧接着发送数据包的各 个字节，如果数据包的字节与结束符7 e 相同，则转义为7 d 5 e 再发送；如果数据 包的字节与转义符7 d 相同，则转义为7 d 5 d 再发送；当数据包的最后一个字节发 送之后，再发送一个结束符7 e 3 。 接收设备接收数据包具体算法描述如下图2 4 所示。 羚p 指向存储接收到6 勺数据，上e n 表示接收到的数据长度j 掀r o u t e r s r e c v _ p a c k e t lc h a r p ，i n tf e ni 一 蠢 循环接忱数据一 心”鼍2 ”呵“警。嚣。：搿j 。糍叠穆 二 j j 喾 僦r e c e i v e d2o ；i j 接收一个字符一 v a t = r o u t e r s _ r e c vb y t e ；一 判读字符关型一 s w i t c hev a r ) 一 t7 ，铸束祷p 舅藤r s e n d ：一 联 r e c e i v e d r e t u r nr e c e i v e d ；一 、e 1 s ，e 。b re a k ；4 ! i 毒- 义符一 。c a s er s e s c ：j v a r 2r o u t e r s r e c v _ b y t e i ；一 一s w i t c h fv a t ) j 转义后6 字符7 d 5 e 还原为结束符7 e j 涨e s c e n d ：一 黑黥2r s _ e n d ； 投蓖暑凳j s ；p 转义后d 锅：符7 d 5 d 还原为转义符7 跏 。c a s e ! s c e s c ：一 。v a r 2r s _ e s c ；j b r e a k ；j 一 、d 、e 、f 、a 、u 、1 t 。：一 普通字符，直毖薛储j 馘( r e c e i v e d f e n p 【r e c e i v e d + + 2v a r ；4 ；j j 每；，。，“舢j 、! j 一：o ，_ ，： 铒函：蕊繇：j 二缸 一。| 薯，j 栅曲、，v t r“：， 。，岳磊 图2 - 4r o u t e 协议接收数据算法 相对应的，接收设备在接收数据包时，接收到第一个结束符表示开始接收 新的数据包，紧接着接收的各个字节为数据包的内容；如果连续收到两个字节 8 f鏊嚣扩，o寥。缸龟。r 硕士学位论文第二章系统通信协议的研究与设计 7 d5 e ，则转义为字节7 e 之后作为字节；如果连续收到两个字节7 d 5 d ，则转义 为字节7 d 之后作为数据包的字节；当收到第二个结束符时表示数据包的结束。 2 3 通信协议类型和应答机制 2 3 1 通信类型和应答机制 在整个嵌入式公交车载终端系统中，各个应用软件模块根据r o u t e 通信协 议进行数据交互，按照通信双方的不同，可以划分为以下几种通信类型： 1 嵌入式公交车载终端系统与g p r s 通信服务器之间的通信，其中又分为 嵌入式公交车载终端系统到g p r s 通信服务器、g p r s 通信服务器到嵌 入式公交车载终端系统。 2 嵌入式公交车载终端系统与司机键盘之间的通信，其中又分为嵌入式 公交车载终端系统到司机键盘、司机键盘到嵌入式公交车载终端系统。 3 g p r s 通信服务器与电子站牌之间的通信，其中又分为g p r s 通信服务 器到电子站牌、电子站牌到g p r s 通信服务器。 r o u t e 协议包含通信应答和业务应答两种应答机制。 通信应答：通信过程中，消息的接收设备自动地向发送设备传送应答，适用 于嵌入式公交车载终端系统内各子模块之间。 表2 - 2 通信应答报文结构 名称长度值备注 发送设备d 4 起始设备的i d 号 接收设备i d 4 目的设备的i d 号 m s b0通信应答报文不要求通信应答 流水号 3 7当前设备的消息流水号 报文数据长度20 01 5 校验和 2 报文类型 18 e 通信应答报文类型号 报文所应答的消 数据息流水号 4 待应答消息的消息流水号 接收设备收到一报文消息时，首先判断该消息的应答标志位，如果为0 ，则不 需要通信应答：否则如果为l ，则按照协议报文格式发出通信应答。通信应答报文 结构如表2 - 2 所示。 业务应答：调度员与公交司机通过嵌入式公交车载终端系统进行业务会话时， 会话的接收设备按要求向发送设备应答。 对于要求通信应答的所有协议子报文，子报文接收设备需要自动地将通信 应答反馈给发送设备。如果发送设备在一定时间内没有收到通信应答，则说明 9 硕士学位论文第二章系统通信协议的研究与设 此次该子报文发送失败。发送设备需要对子报文进行重发。如果重发机制仍 不能保证子报文发送成功，则通信系统返回通信发送失败。 2 3 2 电子站牌时间同步报文 为了更好的说明协议报文的详细信息，下面详细讨论电子站牌时间同步 文。 l 、报文格式 电子站牌以g p r s 通信服务器的时间为基准，定期与g p r s 通信服务器进行立 牌时间的同步。电子站牌与g p r s 通信服务器之间时间同步的协议报文格式采户 r o u t e 协议的报文格式。其报文结构定义表2 3 所示。 表2 - 3电子站牌时间同步报文结构 名称长度值 备注 发送设备i d 4 发送设备i d 号 接收设备i d 4 接收设备i d 号 m s bo 不要求通信应答，所以最高位清零 流水号 3 7 当前电子站牌的g p r s 消息流水号 报文数据长度 2o o 2 1 报文的长度 c r c 校验 l 报文类型 14 5 报文类型号 站牌发起时间戳 4t 1 报文 后台收到时间戳 4t 2 数据 后台发送时间戳 4t 3 站牌收到时间戳 4t 4 2 、电子站牌时间同步的实现 电子站牌时间同步请求由站牌自身发起。发起请求时，电子站牌创建一卅 电子站牌时间同步协议报文的结构，记录当前的消息流水号，并将当前的站j ! 时间填写到站牌发起时间戳t 1 ；g p r s 通信服务器收到该时间同步报文时，将型 前的服务器时间填写到服务器收到时间戳t 2 ；g p r s 通信服务器应答该报文时， 只是要求再将当前的服务器时间填写到服务器发送时间戳t 3 ，不要改动消息流 水号；最后，当电子站牌收至i j g p r s 通信服务器应答回来的同步报文时，首先比 对应答报文的消息流水号是否与发出的请求一致，如果一致，则将当前的站牌 时间填写到站牌收到时间戳t 4 。 电子站牌根据收回的时间同步协议报文，提取出四个时间戳，r p t l 、t 2 、 t 3 和t 4 。如果t 2 或者t 3 为o ，则说明该协议报文数据无效。 l o 硕士学位论文第二章系统通信协议的研究与设计 获得四个时间戳后，按照下面的计算公式可以计算出电子站牌相对g p r s 通信服务器的时间偏差( 秒为单位) ： t = ( ( t 2 一t1 ) + ( t3 一t4 ) ) 2 ( 2 1 ) 如果需要计算g p r s 网络的往返传输时间延迟( 秒为单位) ，可以通过下面的 公式进行计算：。 d = ( t 4 一t1 ) 一( t2 一t3 ) ( 2 2 ) 如果一定时间内，电子站牌没有收至u g p r s 通信服务器的应答报文，则说明 此次时间同步通信失败。 如果电子站牌因为意外导致时钟“跑飞”，则由于本地时间的大幅度跳变 必然将自动引起时间同步报文的发送，这样正常情况下，后台系统反馈的同步 应答报文将能够马上校正电子站牌的本地时钟。从而实现在最快的时间内修正 “跑飞的时钟。 2 4 系统状态信息报文 嵌入式智能公交车载终端收到查询请求报文后，如果查询的是预定数据， 则把相应的预定数据生成嵌入式智能公交车载终端查询应答报文，并发送给相 关模块。查询应答报文要求后台g p r s 通信服务器进行通信应答。查询应答报 文报文结构如表2 - 4 所示： 表2 - 4 后台查询应答报文结构 名称跃度值备注 发送设备i d4发送设备i d 号 接收设备i d44 00 0服务器的设备i d m s b1 要求通信应答，所以最高位置1 流水号 嵌入式智能公交车载终端的g p r s 3 7 消息流水号 报文数据长度 2 c r c 校验 1 报文类型12 4 查询请求号 4 报文 数据 查询号 2 后台请求的查询类型号 数据 n 根据需要设置 下面分别定义不同的数据查询应答报文的结构。 硕士学位论文第二章系统通信协议的研究与设计 2 4 1 嵌入式智能公交车载终端版本配置应答报文 嵌入式智能公交车载终端收到后台系统发送的0 x 4 4 查询请求报文后，会生 成嵌入式智能公交车载终端版本配置应答报文，并反馈给后台系统。后台系统 收到嵌入式智能公交车载终端版本配置应答后，要求进行通信应答。 嵌入式智能公交车载终端版本配置应答包含以下内容：嵌入式智能公交车 载终端内核版本、根文件系统版本和应用程序版本。 表2 5 嵌入式智能公交车载终端版本配置应答数据结构 子项名称长度备注 嵌入式智能公交车载 1 2 标识系统内核版本 终端内核版本 嵌入式智能公交车载 1 2 标识根文件系统版本 终端根文件系统版本 嵌入式智能公交车载 1 2 标识应用程序版本 终端应用程序版本 2 4 2 嵌入式智能公交车载终端硬件识别应答报文 嵌入式智能公交车载终端收到后台系统发送的0 x 4 5 查询请求报文后，会生 成嵌入式智能公交车载终端硬件识别应答报文，并反馈给后台系统。系统收到 嵌入式智能公交车载终端硬件识别应答后，要求进行通信应答。每次嵌入式智 能公交车载终端上电启动后，自动生成并发送嵌入式智能公交车载终端硬件识 别应答给后台系统。嵌入式智能公交车载终端硬件识别应答如表2 - 6 所示。 表2 6 嵌入式公交车载终端硬件识别应答数据结构 子项名称长度备注 主板号1 6主板l a n 端口的m a c 地址 内存容量 1 0 1 6 m ，卜3 2 m ，2 - 6 4 m g p r s 卡号1 6g p r s 卡编号 s i m 卡号1 2 s i m 卡编号 c f 卡序列号1 6 c f 卡序列号 2 4 3 嵌入式智能公交车载终端运行状态应答报文 嵌入式智能公交车载终端收到后台系统发送的0 x 4 6 查询请求报文后，会生 成嵌入式智能公交车载终端运行状态应答报文，并反馈给后台系统。 后台系统收到嵌入式智能公交车载终端运行状态应答后，要求进行通信应 答。每次嵌入式智能公交车载终端上电启动后，自动生成并发送嵌入式智能公交 1 2 硕士学位论文 第二章系统通信协议的研究与设计 车载终端运行状态应答给后台系统。嵌入式智能公交车载终端运行状态应答包含 以下内容： c p u 占用率，用0 0 一9 9 表示c p u 资源占用的百分数。内存占用率，用卜9 9 表示内存资源占用的百分数。c p u 温度：0 0 9 9 表示c p u 的温度，单位为摄氏度，0 0 表示温度无效。1 2 v 电压值，单位为伏特。3 3 v 电压值，单位为伏特。2 5 v 电 压值，单位为伏特。详细见表2 - 7 。 表2 7 嵌入式智能公交车载终端运行状态应答数据结构 子项名称 长度备注 c p u 占用率4 0 0 9 9 表示百分比 内存占用率4 同上 c p u 温度 4 同上 1 2 v3 表示1 2 v 电压数值 3 3 v3 表示3 3 v 电压数值 2 5 v3 表示2 5 v 电压数值 2 4 4 嵌入式智能公交车载终端故障信息应答报文 当嵌入式智能公交车载终端在下列情况时会向后台发送嵌入式智能公交车 载终端故障信息，后台发送查询嵌入式智能公交车载终端设备故障信息时，嵌入 式智能公交车载终端检测到其模块发生故障时会用到故障信息应答报文。嵌入式 智能公交车载终端故障信息应答报文应答数据结构如表2 8 所示： 表2 8 嵌入式智能公交车载终端设备故障信息应答报文应答数据结构 子项名称长度备注 查询项 n 故障状态标识，标识定义见表2 - 9 如果嵌入式智能公交车载终端内部某个模