（电子科学与技术专业论文）基于linux的智能公交无线传输平台设计与开发.pdf

硕十学位论文 t h e d e s i g na n dd e v e l o p m e n t o fw i r e l e s si n t e l l i g e n tb u sp l a t f o r m b a s e do nl i n u x z h o u p i n g b e ( h u n a nu n i v e r s i t y ) 2 0 0 8 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro f e n g i n e e r i n g e l e c t r o n i cs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y i n t h e g r a d u a t es c h o o l o f h u n a nu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rl i uh o n g l i a p r i l ，2 0 11 吣2 2叭5m 60 呲9mi 眦y 硕十学位论文 湖南大学 ： 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：l 氢耳日期：2 洲年5 - , q 加日 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、使用学位论文的规定，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。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部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 论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密囤。 ( 请在以上相应方框内打“、”) 作者签名： 导师签名： 日期：2 删年芗月7 4 7 日 日期：2 州年f 月矽日 基于l i n u x 的智能公交无线传输甲台的设计e j 开发 摘要 智能公交系统是城市交通系统未来发展的重要方向，是解决城市交通问题的 关键举措。为了优化城市交通运营、缓解拥塞等问题，就需要大力发展公共交通。 智能公交系统可以有效提高公交公司的服务水平和管理水平，明显改善公交系统 的运营效率。 本文在研读大量参考文献、参考有关设计的基础上，运用g p r s 、g p s 、a r m 以及嵌入式l i n u x 技术，提出了基于l i n u x 的智能公交无线传输平台的设计，并实 现其功能。 基于l i n u x 的智能公交无线传输终端是智能公交系统的重要组成部分，负责 整个系统的数据采集、数据处理，外围设备的控制和数据双向无线传输等功能的 实现。本文详细阐述了基于l i n u x 的智能公交无线传输终端的设计及其实现，包 括系统设计中用到的几种技术基础、无线传输平台总体方案设计、软硬件设计以 及系统调试过程的演示，最后还构建了一个智能公交系统网络并对其进行了仿真 验证与分析。文章在技术基础中介绍了智能公交系统中使用的三种技术：g p r s 、 a r m 、l i n u x ；在本论文的总体设计中提出了终端的功能需求，并针对此需求提出 了相应的解决方案；在系统硬件设计中，本文给出了各个模块具体的硬件设计电 路图，并就硬件详细设计的关键问题进行相应的分析；在软件设计中，介绍了l i n u x 内核的移植与根文件系统的制作，然后给出了系统终端应用软件设计的程序流程 图，并对系统功能进行了测试；最后根据长沙公交系统的实际情况，构建了一个 智能公交系统，并对其性能进行仿真分析与验证。 整个传输终端模块设计完成后，在实际测试过程中对系统运行中存在的缺陷 进行了修改和优化。该无线传输系统已经实现了公交车载p o s 机i c 卡数据的采 集、g p s 数据的上传、语音文件的下载等多项功能，并在长沙市龙骧公司投入试 运行，实测效果良好。 关键词：智能公交系统；无线传输终端；g p r s 1 i n u x i i 硕十学位论文 a b s t r a c t 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 ) i sav e r yd i r e c t i o n o ft h ed e v e l o p m e n to f u r b a nt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ，a n di sak e ys o l u t i o nt ot h eu r b a nt r a n s p o r t a t i o np r o b l e m t of a c i l i t a t et h eo p t i m i z a t i o no fu r b a nt r a f f i co p e r a t i o n s ，s c h e d u l i n gm a n a g e m e n t ； r e d u c ec o n g e s t i o n t h ep u b l i ct r a n s p o r tb u s i n e s sm u s tb ed e v e l o p e d t h ec o n s t r u c t i o n o fi 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 mc a ng r e a t l yi m p r o v et h el e v e lo fm a n a g e m e n ta n d s e r v i c eo ft h eb u sc o m p a n y ，r a i s i n ge f f i c i e n c yo fp u b l i ct r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ，a n di s a ni m p o r t a n ts t e po ft h ed e v e l o p m e n to f u r b a np u b l i ct r a n s p o r t a c c o r d i n gt oal o to fp a p e r sa n dd e s i g n s ，b a s e do ng p s ，a r m ，l i n u xa n d g p r s t e c h n o l o g y ，t h et h e s i sp r o p o s e dad e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fw i r e l e s st r a n s m i s s i o n p l a t f o r mf o ri n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o nb a s e do nl i n u x l i n u x b a s e dw i r e l e s si n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o nt e r m i n a li sa ni m p o r t a n tp a r to f t h ee n t i r es y s t e m ，w h i c hr e s p o n s i b l ef o rd a t aa c q u i s i t i o n ，d a t ap r o c e s s i n g ，c o n t r o l l i n g p e r i p h e r a l sa n dw i r e l e s sd a t ac o m m u n i c a t i o n si m p l e m e n t a t i o n t h i sp a p e rd e s c r i b e s t h ei n t e l l i g e n tb u ss y s t e mb a s e dl i n u xw i r e l e s st e r m i n a ld e s i g na n di m p l e m e n t a t i o n ， i n c l u d i n gk e yt e c h n o l o g yu s e di nt h es y s t e md e s i g n ，t h eo v e r a l ld e s i g no f t h ew i r e l e s s t r a n s m i s s i o nt e r m i n a l ，t h eh a r d w a r ec i r c u i td e s i g n ，s o f t w a r ep r o c e s sd e s i g n ，s y s t e m d e b u g g i n ga n d r e s u l t s p r e s e n t a t i o n f i n a l l y ，t h i sp a p e r b u i l d e da n i n t e l l i g e n t t r a n s p o r t a t i o ns y s t e mn e t w o r k sa n dc a r r i e d o u tt h es i m u l a t i o na n da n a l y s i so ft h e n e t w o r k t h eb a s i ct e c h n o l o g i e si n w i r e l e s s i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o n t e r m i n a l i n c l u d e s ：g p r s ，l i n u x ，a r m ；t h eo v e r a l ld e s i g np r o p o s e d at e r m i n a lf u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t s ；t h e h a r d w a r ed e s i g ng i v ee a c hm o d u l es p e c i f i ch a r d w a r ed e s i g n s c h e m a t i c s ，a n dt h eh a r d w a r es e l e c t i o n ，s c h e m a t i cd e s i g no ft h ek e yp r o b l e m sa r e a n a l y z e d ；i ns o f t w a r ed e s i g n ，t h et r a n s p l a n to fl i n u xk e r n e la n d t h ep r o d u c t i o no fr o o t f i l e s y s t e mw e r ei n t r o d u c e df i r s t l y ，t h e na p p l i c a t i o ns o f t w a r ed e s i g n i s a n a l y z e d ， g i v e nt h es y s t e md e s i g n o ft h et e r m i n a ls o f t w a r ep r o g r a mf l o wm a p sa n dg i v ea s u m m a r yo fs o f t w a r ed e s i g n ；l a s t l y ，h a r d w a r ea n ds o f t w a r ec o 。d e b u g g i n gp r o c e s sa d e t a i l e dd e s c r i p t i o no ft h ed e b u g g i n gp r o c e s sr e s u l t sa n dg i v et h em a pd i s p l a y a tt h e e n d o ft h i st h e s i s ，a c c o r d i n gt ot h ea c t u a ls i t u a t i o no fc h a n g s h ab u ss y s t e m ，a 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 mn e t w o r kh a sb e e nb u i l d e d ，a n d i t sp e r f o r m a n c e s i m u l a t i o na n a l y s i sa n dv e r i f i c a t i o nw a sf i n i s h e d a f t e rc o m p l e t i n gt h ee n t i r es y s t e m ，a u t h o rm o d i f e da n do p t i m i z e dt h es y s t e mi n t h et e s t t h ew i r e l e s st r a n s m i s s i o ns y s t e mh a sa c h i e v e dav e h i c l ep o sm a c h i n ed a t a c o l l e c t i o n ，w i r e l e s st r a n s m i s s i o n ，d o w n l o a d i n g t h ev o i c ef i l e sa n dm a n yo t h e r i i i f u n c t i o n s ，a n dp u ti n t ot r i a lo p e r a t i o ni nc h a n g s h ac i t y b u sl i n e s ，t h ec o m m u n i t y r e s p o n d e dw e l l k e yw o r d s ：i t s ；w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e r m i n a l ；g p r s ；l i n u x i v 硕l ：学位论文 目录 学位论文原创性声明，i 学位论文版权使用授权书i 摘要i i a b s t r a c t i i i 目录v 第l 章绪论1 1 1 智能公交系统概述1 1 2 无线传输平台概述一2 1 3 国内外研究动态2 1 3 1 国外研究动态一2 1 3 2 国内研究动态3 1 4 本课题研究背景及意义4 1 5 本论文的主要内容5 第2 章智能公交无线传输平台技术基础6 2 1a r m 技术6 2 2 嵌入式操作系统7 2 2 1w i n c e 操作系统7 2 2 2 嵌入式l i n u x 操作系统7 2 2 3 两种操作系统的比较8 2 3 无线传输平台中的无线通讯方式8 2 3 1g p r s 通讯方式8 2 3 23 g 通讯方式一9 2 3 3 两种通讯方式的比较一9 2 4g p r s 技术在智能公交中的应用9 2 4 1g p r s 技术概述9 2 4 2g p r s 技术应用于智能公交网络系统的优点1 0 2 4 3g p r s 网络的t c p u d p 协议l o 2 5 本章小结1l 第3 章车载无线传输终端的总体设计1 2 3 1 系统功能需求1 2 3 2 智能公交总体设计1 3 v 基于l i n u x 的智能公交无线传输甲台的设计与开发 3 3 车载无线传输终端总体设计1 4 3 3 1 主要模块基本功能介绍1 5 3 3 2 主要芯片及模块选型：1 6 3 - 3 3 本章小结一1 7 第4 章车载无线传输终端硬件设计。1 8 4 1 电源模块设计1 8 4 2a r m 控制器模块一2 0 4 3s d r a m 模块2l 4 4f l a s h 模块2 2 4 5g p s 模块2 4 4 6u s b 与u a r t 串口模块2 4 4 7g p r s 模块设计2 6 4 8 看门狗与时钟电路模块设计2 7 4 9 本章小结2 9 第5 章车载无线传输终端软件设计3 0 5 1 系统开发平台的构建3 0 5 2 内核的编译与移植- 3l 5 3 根文件系统的制作与移植3 2 5 4 系统应用程序总体架构3 4 5 5 数据上传进程程序设计3 5 5 5 1p o s 机数据的采集与上传3 5 5 5 2g p s 数据的传输3 6 5 6 数据下载进程程序设计3 7 5 6 1p o s 机黑名单下载3 7 5 6 2 语音文件数据下载3 8 5 7 设备管理进程程序设计3 9 5 7 1 系统对外设终端的控制与通信3 9 5 7 2 系统对g p r s 通信链路的维护4 l 5 8 数据帧格式一4 3 5 9 系统测试结果及其分析4 5 5 9 1p o s 机模块调试4 5 5 9 2g p s 模块调试4 6 5 9 3 g p r s 模块调试4 7 5 9 4 数据传输调试4 8 5 1 0 本章小结5 0 v l 硕+ 学位论文 第6 章智能公交无线传输平台的构建及其仿真5 l 6 1 系统性能需求5 l 6 2 系统仿真平台介绍5 2 6 3 服务器集群的负载均衡算法5 2 6 4 系统仿真模型的建立o o “5 3 6 5 系统仿真及其结果分析5 5 6 6 本章小结5 8 总结与展望5 9 1 课题研究主要成果5 9 2 课题研究的局限5 9 3 课题展望6 0 参考文献6 l 致 射6 4 附录a ( 攻读学位期间所发表的学术论文) 6 5 附录b ( 攻读学位期间所参与的科研项目) 6 6 v i l 硕十学位论文 1 1 智能公交系统概述 第1 章绪论 随着我国经济增长、城市化进程脚步的加快，城市公共交通普遍存在着拥挤、 低效、污染、油价不断上涨等问题，制约着城市的可持续发展，影响到“和谐社 会”的构建。交通量的持续增长是造成这种状况的最根本原因，而传统的解决途 径主要有两个：一是控制车辆的增加；二是大力加强基础设施的建设，也是就大 规模建设公路，以满足不断增长的城市车辆保有量。但这两者均有其很大的敝端。 首先交通是保障人们生活水平不断提高的基本条件之一，随着我国经济的迅猛发 展必然会带来出行量的大幅度提高，目前我国汽车工业正是发展迅猛时期，而且 汽车产业尤其是小轿车的生产已成为我国的经济支柱之一，因此限制车辆的增加 不是解决交通问题的长远之道。而采取大规模修路方法，在土地资源日益稀缺的 今天，将会承受日益突出的资源与财力的矛盾i l 】。因此只能在这二者之外寻求新 的解决之道。智能交通系统正是现代社会解决这一日益突出矛盾的有效途径。 城市公共交通是方面人们日常出行的重要基础设施。大力发展城市公共交通 是提高交通资源利用效率，缓解交通拥堵的重要手段。而公交枢纽站的建设关乎 城市公交的运营、公交的调度、管理，对整个城市公交运营的状况影响很大。智 能公交管理系统利用高新技术，改造传统的公交管理系统，以信息化为基础，促 进乘客、车辆、场地设施以及交通环境等要素之间的良性互动，其灵活、高效的 管理模式成为近年来许多大中城市公交调度管理的主要发展方向。 智能交通系统( 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 ) 是在现有的比较完善的道 路基础上，将先进的现代i t 技术和系统工程技术集成后，综合运用于城市交通管 理所建立的一种实时、准确、高效的交通运输管理系统1 3 】1 4 j 。智能交通系统( i t s ) 与传统的交通管理系统一个最显著的区别是，将服务对象的重点由以往的管理者 转向道路使用者，即用先进的科技手段向道路用户提供必要的信息和便捷的服务， 以减少交通堵塞，从而达到提高道路通行能力的目的【2 j 。 在现代智能公交系统中，网络传输平台的构建是其中的一个非常重要的环节。 该网络将各车辆的嵌入式车载终端与后台数据管理中心连接在一起，实现后台与 车辆的2 4 d x 时通信，从而最大限度地获取道路交通信息与出行者的需求信息，并 根据所获得的实时信息不断地优化公交系统的控制和调度方法和调整各类交通参 与者的行为，合理利用和调度各种公交资源，达到公交系统的优化运行的目的。 幕于l i n u x 的智能公交无线传输1 台的设计j 开发 1 2 无线传输平台概述 无线传输平台是智能交通系统中核心的组成部分。它通过对数据的采集、处 理、传输使监控中心、司机和乘客可以方便有效的获取路况交通信息，从而保证 道路网的优化运行。所谓智能系统的实质就是指系统内能实现信息的双向流动， 以实现通信与控制的功能。 基于公交系统的车辆通信如下特点： ( 1 ) 车辆处于移动状态中。 ( 2 ) 公交数据现场采集点的范围分散，数据中心与公交车辆之间的距离不确 定。 基于公交系统的这些特点，在智能公交系统中只能采用了无线网络进行数据 传输。因此，智能公交系统的构建主要是无线传输平台的构建，无线传输平台是 整个智能公交系统信息传输的枢纽。基于成本，网络维护代价等方面的考虑，目 前无线传输平台均不采用自组网的方式，而是采用运营商的现有网络来组网。目 前常见的组网技术有g p r s 技术，和3 g ( 包括c d m a 2 0 0 0 ，w c d m a t d s c d m a 三个标准) 技术。其中g p r s 技术是应用比较成熟的技术，其特点是网络覆盖范 围广，信号稳定，且资费低廉。3 g 技术是现在正在兴起，且应用前景广阔的一种 新一代移动通信技术，相比于g p r s 技术方案，它的特点是，速率快，信道容量 大，能够实现视频流的实时传送，它是智能公交未来通信技术的主流。由于目前 3 g 网络覆盖不是很完善，对于目前数据量不大的智能公交系统而言，廉价的g p r s 技术仍然是热门选择。 1 3 国内外研究动态 由于经济比较发达，智能公交在西方发达国家发展很快。从二十世纪8 0 年代 以来，西方国家为了解决所面临不断加剧的交通拥堵与道路交通的低效率问题， 力主发展智能交通系统，开始投入大量资金和人力进行道路功能的拓展以及车辆 智能化的研究，希望在未来交通领域的相关市场占据有利的位置。随着研究的不 断深入，西方国家的主要研究着力点是将交通系统功能逐渐扩展到道路交通的全 过程和与之配套的服务机构，并逐渐发展成为带动整个公路交通运输现代化的智 能公交系统。 1 3 1 国外研究动态 美国有关部门在美国智能公交发展十年规划中明确提出，a t s 的发展要求各 级政府部门和各类相关企业的专业职能必须从大规模建设基础设施与维护转型为 给道路交通设施的使用者( 也就是乘客与司机) 提供跟更优质的服务。a t s 将促 硕十学位论文 使公交管理部门从道路设施的建设与维护到改善基础设施的使用性能这么一个职 责上的转换。这种职责转换将导致交通管理机构的重新组合和机构运行方式的改 变，因此人们需要重新认识机构与机构之间、机构与出行者之间相互关系。到目 前为止，美国已经有一些开发有关公交车队管理系统的公司，已经采用g p s 系统 和计算机辅助发车系统等，进行实时管理公共汽车的运营，并开发了一些先进的 系统，取得了良好的使用效果”l 。 欧洲也很早开始了对智能公交系统的研究，与美国不同的是欧洲智能公交系 统的研发是官方与民间科研机构合作进行的。欧洲固家的国土面积一般比较小， 所以的欧洲的智能公交系统的出发点也是从国际的角度进行的。在上个世纪八十 年代，有以英法德等国为代表的1 0 多个国家投资5 0 多亿美元，联合执行“d r i v e ” 计划，目的是大力完善道路设施的使用，努力提高交通服务部门的管理水平。该 计划主要涉及用于车辆安全的专用道路设施，主要研究内容有1 6 1 ：公众的需求管 理、交通和旅行信息的采集与发布系统、城市交通综合管理、辅助驾驶等，该计 划已于上世纪9 0 年代完成。从研究成果来看，研究领域和系统功能与美国、日本 基本一致。稍后开展t e l e m a t i c 的应用开发工作，该研究项目计划在全欧洲范围内 建立专门的交通无线数据通信网，智能公交的主要功能如交通管理、驾驶导航和 电子收费等都围绕t e l e m a t i c 和全欧洲的无线数据通信网来实现。由于欧洲国家有 着不同的文化背景和法律背景，因此智能公交的发展，有许多在美国等西方国家 不曾遇到的问题。 除此以外，新兴国家和比较先进的发展中国家也开始投入到智能交通系统的 全面开发和研究。比如韩国和新加坡分别制定了智能交通发展计划和电子动态收 费系统，取得了良好应用效果和社会反响。 1 3 2 国内研究动态 我国在改革开放以前由于经济相当落后，在交通方面的发展也比较落后。直 到上世纪七十年代末期才开始智能公交方面的研究。从八十年代开始，我国陆续 引进一些项目，由此开始了我国的一些智能交通或类智能交通方面的研究与应用。 最早是进行城市交通信号控制实验研究，后来又在一些大城市引进和消化城市交 通信号控制系统，比如上海市引进了澳大利亚的交通控制系统，北京引进了英国 的一些智能交通系统；后来陆续实现了一些公路监控系统、高速公路电子收费系 统和路边信息服务系统，如首都机场高速公路电子收费系统。九十年代中期以来， 我国开始研究智能公交发展战略，重视交通信息网络的建设，如交通部的公路智 能运输系统发展战略研究、铁道部t m i s 、d m i s 等信息系统开发等。 目前我国的经济发展相比于西方发达国家比较落后，在城市规划以及城市基 础设施建设方面还很不完善，导致目前在经济还不是很发达的基础上交通出现了 基于l i n u x 的智能公交无线传输甲台的设计i 开发 拥塞，效率低下的问题。近几年年来，随着各级政府部门对公共交通的曰益重视， 在公共交通领域的投入也不断加大。一些沿海经济发达的城市开始大力发展智能 交通系统，比如深圳市目前就建立相对完善的智能公交系统，已经初步实现了智 能调度，地理信息系统，道路信息采集系统等。但是，智能交通系统是一个非常 庞大的系统；需要整个产业链的全力合作，但是目前国内智能公交标准繁多，各 个厂商都是采用自己的一套独特的体系，严重影响智能公交系统大范围推广【7 1 。 i t s 大范围应用的前提是统一标准，相应地，标准化工作又将大大促进i t s 的广 泛运用。当前国际上正深入开展智能交通系统的标准化研究工作，如这一进程进 展顺利，也必将推动我国智能公交的标准化进程。 1 4 本课题研究背景及意义 随着我国经济的迅猛发展，城市的机动车保有量每年均创出历史新高，大量 车辆的涌现给城市交通造成了极大地负担，大城市的堵车日益严重，给人们的出 行带来极大地不便。而另一方面社会公众对公共交通的服务质量与服务水平提出 了更高的要求，因此只能公交的发展势在必行。目前，随着g p s 全球定位技术、 g p r s 、嵌入式系统技术的不断发展以及网络通信技术的成熟应用，基于此的智能 公交系统为城市公交系统提供了可行的解决方案。 长沙市公交系统有大约3 0 0 0 多台公交车，目前全市的公交车均安装了g p s 报站器，不但能实现自动报站，还能实现站点到站时间存储，超速信息存储，当 车辆到达终点站时，报站器通过r f 天线将这些存储的站点信息，速度信息等发送 到终点站的r f 接收设施，然后传送到数据后台，实现半自动正点考核，智能调度 功能。公交车还有装有p o s 刷卡机，目前刷卡机的信息的采集，黑名单的更新完 全由人工实现，这种方式效率低，出错率高，且人工成本很高。现有的管理模式 和工作模式已经越来越不适用长沙市公交系统的发展要求，为了实现整个长沙市 公交系统实现统一管理，实时智能调度，并将所有的车载电子设备纳入整个智能 公网络，以实现真正意义上的智能公交网络，本文提出设计一个智能车载无线传 输模块，该模块具有良好的可靠性与稳定性，通过该模块能有效地将已有公交报 站器与p o s 机纳入到整个长沙市智能公交网络，有效提高对车载电子设备的管理 与维护，该模块作为长沙市智能公交的核心车载电子设备，是智能公交网络中起 到一个信息枢纽的作用。 本课题以湖南省长沙市公交公司为应用背景，最终目的是在长沙市构建一个 智能公交系统网络，最后实现对全长沙市公交车辆高效的管理和智能调度以及各 种道路交通信息的采集与发布，公交广告的智能发布等功能。该课题的开展和建 设，有着较大的实用价值，并对长沙市智能公交的发展和建设具有一定科研价值 与理论指导意义。 硕十学位论文 1 5 本论文的主要内容 本论文提出了基于1i n u x 的智能公交无线车载传输平台的总体设计方案，重 点介绍了车载终端的软硬件设计及数据上传，文件的下载，以及终端与其它车载 电子设备的通信等功能的实现。完成的主要工作包括：智能无线传输终端的总体 设计、智能无线传输终端硬件电路设计调试、软件调试及系统总体调试分析，以 及以该终端的特性与通信协议为基础搭建一个网络平台进行仿真分析。 本论文主要内容包括： 第1 章：绪论。综述智能公交系统和无线传输平台的基本概念、国内外发展 现状。着重描述了智能无线传输传输平台概念及主要功能，然后提出了本文的主 要工作内容及课题研究的实际意义。 第2 章：无线传输平台及其技术基础。介绍了无线传输平台基本结构，并对 a r m 技术，嵌入式1i n u x 技术，g p r s 技术等系统相关的技术基础进行了介绍。 第3 章：车载无线传输平台的总体设计。根据长沙市公交公司的实际需求， 提出了车载无线传输平台的总体设计方案，重点对车载无线传输终端的总体设计 进行了介绍，给出了车载无线传输终端设计中重要芯片的选型。 第4 章：车载无线传输模块硬件设计。详细介绍了智能公交车载终端硬件设 计的方案和原理，给出了整个终端系统的硬件设计电路，并对硬件设计的原理进 行了详细地探讨。 第5 章：车载无线传输模块软件设计。详细介绍了基于1 i n u x 系统的开发流 程，开发平台的组建，以及lin u x 系统内核的移植，根文件系统的制作，还重点 介绍了应用程序的开发，给出了系统流程图。 第6 章：智能公交网络的系统仿真。搭建了以智能无线传输车载终端为网络 终端的智能公交网络系统，并以终端软件实现的网络协议为基础，对系统进行仿 真，着重对系统的负载均衡以及网络延时进行分析，最后构建了一个智能公交网 络。 总结和展望中，对本设计取得的成果以及局限性进行了分析和总结，对下一 步的工作和项目未来的发展进行了展望。 基于l i n u x 的智能公交无线传输甲台的设计与开发 第2 章智能公交无线传输平台技术基础 智能公交无线传输平台主要由3 个部分组成；。即无线通信链路部分、后台数 据服务器部分和车载终端部分。无线通信链路主要是指数据传输的方式，服务器 数据中心包括后台g i s 系统，广告发布系统，报站语音更新系统，智能调度系统 等；车载终端包括无线传输模块，g p s 报站器，p o s 机，l e d 显示屏等。智能无线 传输车载终端是车载设备的核心模块，它通过串口及u s b 口与其他车载电子设备 相连，任何车载设备与后台数据中心的数据通信均需经过智能无线传输车载终端 的相应处理然后转发到目的设备。g p s 报站器会不断地产生g p s 数据，报站器会 将g p s 数据通过串口转发到无线传输车载模块，该模块会对g p s 数据进行相应的 封装成一帧数据，然后通过g p r s 网络传送到后台g i s 系统，g i s 系统对g p s 数据 进行解析后就能在后台机房的大型电子显示屏上显示车辆的位置信息，从而实现 对车辆的实时监控。当后台数据中心有数据需要发送到车载电子设备时，也是通 过g p r s 网络将数据下载到无线传输模块，然后模块就会将收到的数据发送到相应 的设备。 2 1a r m 技术 a r m 是a d v a n c e dr i s cm a c h i n e s 的缩写，是微处理器行业的一家知名企业， 该企业设计了大量廉价、高性能、低功耗的r i s c 处理器、相关技术及软件。a r m 公司于二十世纪9 0 年代成立于英国剑桥大学，在十多年的发展历程中，a r m 公司 已经成长为i p 核设计领域的一面旗帜【8 】。 a r m 处理器具有性能高、成本低和能耗小的特点，适用于多种领域。a r m 公 司是世界上非常有名的芯片设计公司，与其他公司不同的是，a r m 公司本身并不 直接生产芯片，而是向世界各大半导体生产企业出售i p 核的方式，给各大半导体 企业授权生产符合各自需求的a r m 芯片。当前全球大部分半导体巨头如高通公 司，三星公司，t i 公司，苹果公司等均购买了a r m 公司的i p 核，生产消费类电子 芯片，取得了杰出的市场表现。例如高通公司生产的基于a r mc o r t e x a 9 核心的 手机芯片几乎占据了目前3 g 手机所有的高端芯片市场。a r m 微处理器具有如下特 点：超低功耗，微体积，高性能，基于精简指令集的优秀c p u 架构，所有这些特点 都造就了a r m 公司在消费类电子市场尤其是移动终端消费产品市场几乎占据垄 断优势，市场份额高达9 5 以上。 a r m 芯片架构大量使用寄存器，绝大部分数据在寄存器中完成，因此芯片的 指令执行速度更快，采用灵活的寻址方式，执行效率非常高；指令长度固定1 8 】【9 】。 硕 ：学位论文 a r m 芯片分为很多系列，早期的有a r m 7 ，a r m 9 系列芯片，后来又陆续推 出了a r m l0 ，a r m l1 系列，目前a r m 公司推出的最新系列是c o r t e x 系列，目 前正在设计的c o r t e x a 1 5 芯片已经可以与x 8 6 架构的桌面c p u 相抗衡，当然每一 个系列的a r m 微处理器由于其性能与价格的差异，因而都有各自的特点和应用 领域。 ： 2 2 嵌入式操作系统 几乎所有的车载终端都是一个嵌入式系统，对于性能要求比较高的嵌入式系 统都会考虑运行操作系统以实现多任务的并行操作以极大提高系统性能。 2 2 1w i n c e 操作系统 w i n c e 是w i n d w o sc e 的简称，为m i c r o s o f t 公司针对嵌入式市场开发的一 款嵌入式操作系统。智能手机操作系统w i n d o w sp h o n e 也是基于w i n c e 的内核， 他们之间的关系类似于l i n u x 和a n d r o i d 的关系。和其他嵌入式操作系统相比， w i n c e 自身具有很多优势：拥有出色的图形用户界面，不需要另外移植；能提供 丰富的应用软件支持，包括对通信、网络以及多媒体的支持，如w i n d o w sm e d i a p l a y e r 、i e 等，可以方便的进行各种视频图像处理；具有良好的可裁剪性和可移 植性，能根据不同的应用需要增删内核镜像的大小；与w i n 3 2a p i 具有良好的兼 容能力，开发相对较容易，开发周期短，有高效的开发工具；还包括对多语言、 d i r e c t x 等的支持性。 w i n d o w sc e 的主要特点是： ( 1 ) 占用资源少 ( 2 ) 易于移植 ( 3 ) 模块化结构，w i n 3 2 兼容 但是w i n c e 的主要缺点是它是一个付费操作系统，任何使用它的厂家均需按 数量给微软公司付费，操作系统的费用将在整个系统成本中占重要一块。 2 2 2 嵌入式l i n u x 操作系统 l i n u x 是一个比较宽泛的概念，既可以指l i n u x 内核，又可以指基于l i n u x 内核的操作系统。由于l i n u x 内核具有性能稳定优秀，源代码开放，费用低廉等 特点，因此基于l i n u x 内核的系统被广泛应用在移动电话、p d a 、消费性电子产 品如多媒体播放器以及航空航天等领域中。在各种嵌入式应用中，存在众多基于 l i n u x 内核二次开发的嵌入式系统，如a n d r o i d 、w e b o s 、r t l i n u x 、m e e g o 等， 相比其他操作系统，嵌入式l i n u x 具有自己非常独特的优势f l o l ： ( 1 ) l i n u x 系统是内核内核完全开放的系统，是开源系统的代表。 摹于l i n u x 的智能公交无线传输平台的设计o j 开发 ( 2 ) 强大的网络支持功能。 ( 3 ) l i n u x 具有广泛的硬件支持性。 ( 4 ) l i n u x 低硬件要求。 ( 5 ) l i n u x 本身自带一套完整的开发工具，方面用户的开发。 2 2 3 两种操作系统的比较 l i n u x 系统相对于w i n c e 系统有如下优点【1 1 1 ： ( 1 ) 支持多种硬件平台。嵌入式l i n u x 系统是开源系统，在l i n u x 开源社区 有很多软件爱好者，包括公司和个人将l i n u x 系统已经移植到几乎所有的嵌入式 芯片平台上，而且每天都在完善。而在这方面，w i n c e 存在明显不足。 ( 2 ) 占有较少的硬件资源。由于多数嵌入式系统具有