基于ARM的ETC系統(tǒng)研究

歐棟杰

【摘要】 針對我國交通壓力，研究基于ARM11的不停車收費(fèi)系統(tǒng)（ETC）的前臺系統(tǒng)，采用專用短程通信協(xié)議作為通信協(xié)議，利用基于Linux操作系統(tǒng)的收費(fèi)應(yīng)用軟件完成各種操作。

【關(guān)鍵詞】 ARM 不停車收費(fèi) DSRC

近年來，我國汽車工業(yè)快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化速度加快，我國機(jī)動車的保有量不斷增長。隨之而來的是我國交通壓力的不斷增加，城市的交通和高速通道交通流量快速增長，便是導(dǎo)致各種交通堵塞現(xiàn)象。此種現(xiàn)象即造成道路通行能力的下降和運(yùn)輸成本的增加，又使城市環(huán)境被長期低速、怠速行駛的汽車排放出的廢氣給嚴(yán)重污染。當(dāng)前，射頻識別技術(shù)得到飛速發(fā)展，而基于射頻技術(shù)的不停車收費(fèi)系統(tǒng)即ETC系統(tǒng)成為解決交通堵塞的重要工具。

一、概述

由于整個ETC系統(tǒng)構(gòu)成非常龐大和復(fù)雜，因此本文主要研究的是ETC系統(tǒng)中的前臺系統(tǒng)，其前臺系統(tǒng)硬件上主要是公路上的車道設(shè)備，其中包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、車道控制單元、路邊單元、抓拍線圈以及落桿線圈、抓拍攝象機(jī)、各種顯示設(shè)備及報警裝置、自動欄桿和電纜通信設(shè)備。軟件上主要包括各種操作系統(tǒng)、接口協(xié)議、底層硬件驅(qū)動程序和收費(fèi)應(yīng)用軟件等。本文以ARM11為核心控制單元，結(jié)合射頻接發(fā)器、車輛檢測器等單元構(gòu)成不停車收費(fèi)的前臺收費(fèi)系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)原理分析

在前臺系統(tǒng)中，當(dāng)車輛進(jìn)入ETC車道時，環(huán)路感應(yīng)器感知到車輛，啟動系統(tǒng)的路邊單元RSU，RSU發(fā)出讀寫信號，車載單元OBU做出響應(yīng)，并進(jìn)行雙向通信和數(shù)據(jù)交換；中心處理系統(tǒng)由此獲取車輛識別信息，如汽車牌照號、車主等信息和已存于數(shù)據(jù)庫中的相應(yīng)信息進(jìn)行對比，然后依據(jù)車輛不同信息情況來控制中心管理系統(tǒng)產(chǎn)生不同的操作，如根據(jù)黑名單處理相應(yīng)車輛；根據(jù)車輛信息在車主賬號中的預(yù)付款中扣除當(dāng)前應(yīng)交的過路費(fèi)用，或給其他相關(guān)設(shè)備發(fā)送相關(guān)指令輔助整個收費(fèi)的完成。其它輔助設(shè)施包括：自動控制欄桿、攝像系統(tǒng)或余額指示、交通顯示設(shè)備等。

（1）處理器。本文是以S3C6410為核心控制芯片的系統(tǒng)，該芯片是一款基于ARM1176JZF-S架構(gòu)的處理器，采用了64/32位內(nèi)部總線架構(gòu)。AXI、AHB和APB總線共同組成了內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)。它還包括許多強(qiáng)大的硬件加速功能，如視頻處理，音頻處理，二維圖形，顯示操作和縮放等都采用硬件來實(shí)現(xiàn)。（2）RSU。RSU采用上海博通集成電路開發(fā)出的 BK5822 芯片。BK5822是一款ETC收發(fā)器，其功能包括接收、發(fā)射和喚醒在內(nèi)的全部射頻功能。BK5822射頻收發(fā)器的基本特性如下：工作頻段為5.7GHz～5.85GHz；能夠同時接收5.83GHz和5.84GHz兩個信道的信號；數(shù)據(jù)上行速率為512kbps，下行速率為256kbps；輸出功率為2dBm（傳導(dǎo)）；接收鏈路能動態(tài)調(diào)整接收鏈路的增益；接收靈敏度達(dá)-60dBm；采用ASK調(diào)制方式，F(xiàn)M0編解碼；內(nèi)置喚醒電路，喚醒靈敏度為-42dBm；發(fā)射功耗為40mA；接收功耗為35mA；支持2.6V到3.6V的電源電壓；睡眠狀態(tài)的電流為13μA；最高8MHz的4線SPI接口。RSU可分為射頻部分和基帶部分，射頻部分包括射頻接收模塊、射頻發(fā)射模塊、收發(fā)微帶天線陣列；基帶部分包括MCU微處理器、安全認(rèn)證模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、網(wǎng)絡(luò)接口模塊等部分。（3）DSRC。RSU采用專用短程通信協(xié)議（DSRC）與OBU實(shí)現(xiàn)通信，此協(xié)議時基于5.8GHz的射頻頻率上的，5.8GHz頻率是開放的頻段，使用該頻段的較少，相對目前的2.4GHz具有更強(qiáng)的抗干擾能力。DSRC采用三層協(xié)議結(jié)構(gòu)，分別為應(yīng)用層，數(shù)據(jù)鏈接層和物理層。物理層主要是在通信中傳輸數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，是直接面向通信通道的。數(shù)據(jù)鏈路層是為數(shù)據(jù)提供可靠傳輸服務(wù)的，可以實(shí)現(xiàn)對物理層傳輸來的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢錯和糾錯。應(yīng)用層提供了一些應(yīng)用的基本服務(wù)。應(yīng)用層中的過程可以直接使用這些服務(wù)，如：硬件初始化、文件傳輸和管理功能等等，同時，應(yīng)用層還具有支持同時多請求的功能。（4）操作系統(tǒng)。系統(tǒng)的操作系統(tǒng)采用基于ARM上的Linux系統(tǒng)。Linux系統(tǒng)是免費(fèi)的，用戶可以任意修改其原代碼，并且目前使用用戶很廣，很多相關(guān)驅(qū)動程序及其他程序可以免費(fèi)獲得。使用其開發(fā)系統(tǒng)不僅節(jié)約開發(fā)成本，而且節(jié)約開發(fā)時間。移植到S3C6410中的主要過程為：首先燒寫B(tài)ootLoader 到S3C6410的flash中，移植定制的Linux核，掛載根文件系統(tǒng)，然后加載各種驅(qū)動程序，最后調(diào)試程序。

三、總結(jié)

采用基于ARM的Linux操作系統(tǒng)有效的節(jié)省的成本，并采用符合國家標(biāo)準(zhǔn)的5.8Ghz專用短途通信頻率可以有效讀取車載單元中標(biāo)簽數(shù)據(jù)。ETC系統(tǒng)的推廣可以縮小我國與其他的交通運(yùn)行技術(shù)，減輕我國交通壓力，推動射頻技術(shù)的快速發(fā)展。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 嚴(yán)光文，張其善. 射頻識別卡讀寫模塊的設(shè)計(jì)[J]. 北京航空航天大學(xué)學(xué)報，2003，29（2）：178～180

[2] 施協(xié)輝. 基于RTLinux的高速公路ETC車道系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 東南大學(xué)，2009

[3] 楊克勤. 不停車收費(fèi)系統(tǒng)中的車道控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 南京理工大學(xué)，2009endprint