基于Linux操作系統(tǒng)的智能交通實(shí)時(shí)信息發(fā)布系統(tǒng)設(shè)計(jì)

化雪薈，馮欣悅，陳文鳳

（佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東佛山 528000）

0 引言

現(xiàn)代分布式智能交通系統(tǒng)是依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，利用現(xiàn)代信息服務(wù)手段，使城市智能交通系統(tǒng)和終端產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化；同時(shí)，通過城市交通路況實(shí)時(shí)信息發(fā)布系統(tǒng)，利用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城市交通的智能指揮和智能誘導(dǎo)，提高交通運(yùn)輸效率，緩解交通阻塞，提高路網(wǎng)通過能力，減少交通事故，降低能源消耗，減輕環(huán)境污染。同時(shí)，面向社會(huì)和市民拓展便民服務(wù)空間，開展創(chuàng)新服務(wù)形式，為各界提供便利、實(shí)用的各類服務(wù)產(chǎn)品，提高社區(qū)居民的生活、工作、休閑品質(zhì)[1]。

交通路況實(shí)時(shí)信息發(fā)布系統(tǒng)是通過在城市快速路、主干道上容易發(fā)生擁堵的點(diǎn)位，設(shè)置了大型室外可變情報(bào)信息板（VMS），每2分鐘刷新一次，每天顯示成千上萬條實(shí)時(shí)路況信息。這些信息板根據(jù)交通自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)發(fā)布道路流量，幫助司機(jī)選擇暢通路段。

1 VMS顯示控制系統(tǒng)主板

VMS顯示控制系統(tǒng)采用通訊技術(shù)、傳輸技術(shù)、電子電路技術(shù)等研究方法，實(shí)現(xiàn)VMS連入云服務(wù)器；云服務(wù)器實(shí)現(xiàn)VMS的狀態(tài)管理，信息統(tǒng)一發(fā)布，并提供友好的WEB操作界面給最終使用者，提供APP管理平臺(tái)給系統(tǒng)管理者和維護(hù)者，有效結(jié)合了最先進(jìn)的技術(shù)和理念，解決VMS管理難題。

1.1 VMS微處理器的選型

VMS基于ARM處理器設(shè)計(jì)開發(fā)，ARM Cortex-A8 800MHz擁有可實(shí)現(xiàn)高效系統(tǒng)管理的全功能系統(tǒng)控制器，其中包含了一個(gè)復(fù)位控制器、關(guān)機(jī)控制器、時(shí)鐘管理、高級(jí)中斷控制器（AIC）、調(diào)試單元（DBGU）、周期間隔定時(shí)器、看門狗定時(shí)器以及實(shí)時(shí)定時(shí)器。采用符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)的217球LFBGA封裝。該產(chǎn)品包含了32 kB指令以及32 kB數(shù)據(jù)緩存、兩個(gè)16 kB SRAM存儲(chǔ)塊以及64 kB ROM，在最高處理器或總線速度下可實(shí)現(xiàn)單周期訪問而且具備一個(gè)包含了許多控制器的外部總線接口，可控制SDRAM以及包括NAND Flash和CompactFlash在內(nèi)的靜態(tài)存儲(chǔ)器[2]。

1.2 無線MODEM選型

H8921s3G/LTE路由器是基于3G/LTE技術(shù)的無線路由器產(chǎn)品，它采用高性能32位處理器，嵌入式操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，完美支持USB高速模式。H8921s 3G/LTE路由器以其高速的移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸能力滿足不同的應(yīng)用需求。其高可靠、高性能的設(shè)計(jì)及有線無線切換、WiFi支持使之更專注于應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外金融、車載WiFi、企業(yè)應(yīng)用等行業(yè)。

1.3 VMS嵌入式軟件平臺(tái)

VMS軟件設(shè)計(jì)是基于linux系統(tǒng)下設(shè)計(jì)開發(fā)的，在ARM Cortex-A8 800MHz處理器上移植了U-BOOT引導(dǎo)、Linux內(nèi)核和UBIFS文件系統(tǒng)，VMS程序運(yùn)行在linux操作系統(tǒng)下，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性[3-5]。VMS控制系統(tǒng)是基于Linux平臺(tái)下開發(fā)，以Eclipse為開發(fā)環(huán)境。具有良好的用戶界面且方便用戶調(diào)試。

2 VMS電路設(shè)計(jì)技術(shù)路線

本系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)與PCB制作是基于Altium De?signer Summer 09平臺(tái)上開發(fā)設(shè)計(jì)的，軟件通過把原理圖設(shè)計(jì)、電路仿真、PCB繪制編輯、拓?fù)溥壿嬜詣?dòng)布線、信號(hào)完整性分析和設(shè)計(jì)輸出等技術(shù)的完美融合，為設(shè)計(jì)者提供了全新的設(shè)計(jì)解決方案，使設(shè)計(jì)者可以輕松進(jìn)行設(shè)計(jì)，熟練使用這一軟件必將使電路設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率大大提高。

2.1 主控板電路設(shè)計(jì)

AT91SAM9G20擁有可實(shí)現(xiàn)高效系統(tǒng)管理的全功能系統(tǒng)控制器，其中包含了一個(gè)復(fù)位控制器、關(guān)機(jī)控制器、時(shí)鐘管理、高級(jí)中斷控制器（AIC）、調(diào)試單元（DBGU）、周期間隔定時(shí)器、看門狗定時(shí)器以及實(shí)時(shí)定時(shí)器。采用符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)的217球LFBGA封裝。

其廣泛的外圍設(shè)備集包括USB全速主機(jī)和設(shè)備接口、一個(gè)10/100 Base T以太網(wǎng)MAC、圖像傳感器接口、多媒體卡接口（MCI）、同步串行控制器（SSC）、USART、主/從串行外圍設(shè)備接口（SPI）、兩個(gè)三通道16位定時(shí)計(jì)數(shù)器（TC）、一個(gè)雙線接口（TWI）以及四通道10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。三個(gè)32位并行輸入/輸出控制器讓針腳與這些外圍設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，從而減少了設(shè)備的針腳數(shù)量以及外圍設(shè)備DMA通道，將接口與片上、片外存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)吞吐量提升到了最高水平。

2.2 NAND Flash電路設(shè)計(jì)

ARM Cortex-A8 800MHz內(nèi)置的NANDFlash控制器支持8bit數(shù)據(jù)寬度，I/O速度最高達(dá)50MB/s，有獨(dú)立的片選信號(hào)。為使用戶程序、數(shù)據(jù)能掉電保存，核心板NAND Flash電路采用型號(hào)是Samsung的K9F2G08U0C芯片，容量256MB。

2.3 數(shù)據(jù)通訊技術(shù)路線

VMS控制系統(tǒng)與服務(wù)器使用自主研發(fā)的JetFileII協(xié)議+國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)NTCIP協(xié)議，具有靈活多變、通訊穩(wěn)定可變長(zhǎng)的數(shù)據(jù)包等特點(diǎn)。

2.4 數(shù)據(jù)安全技術(shù)路線

數(shù)據(jù)安全方面，在VMS登錄和服務(wù)器通信數(shù)據(jù)進(jìn)行AES加密，保證數(shù)據(jù)的安全性。AES的數(shù)據(jù)加密算法具有強(qiáng)安全性、高性能、高效率、易用和靈活等優(yōu)點(diǎn)。AES設(shè)計(jì)有三個(gè)密鑰長(zhǎng)度:128，192，256位，相對(duì)而言，AES的128密鑰比DES的56密鑰強(qiáng)1021倍。

2.5 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)路線

服務(wù)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)使用SQL Server。VMS數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用Sqlite3小型數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)處理，把VMS的日志信息，狀態(tài)信息記錄在SQLite數(shù)據(jù)庫中。SQLite是一個(gè)開源的嵌入式關(guān)系數(shù)據(jù)庫，它在2000年由D.Richard Hipp發(fā)布，它可減少應(yīng)用程序管理數(shù)據(jù)的開銷，SQLite可移植性好，很容易使用，很小，高效而且可靠。SQLite嵌入到使用它的應(yīng)用程序中，它們共用相同的進(jìn)程空間，而不是單獨(dú)的一個(gè)進(jìn)程。從外部看，它并不像一個(gè)RDBMS，但在進(jìn)程內(nèi)部，它卻是完整的，自包含的數(shù)據(jù)庫引擎[6-7]。

3 VMS控制主板

VMS（可變情報(bào)板）顯示終端的關(guān)鍵部件是主板。它的CPU采用的是ARMCortex-A8 800MHz芯片，ROM采用DDR3 256MB，自帶內(nèi)存容的4GB，可擴(kuò)展的容量達(dá)到64G，兼容SD卡、U盤，為用戶存儲(chǔ)大容量數(shù)據(jù)提供便利。協(xié)處理器為FPGA，支持DVI和HDMI信號(hào)輸入，主板設(shè)計(jì)有12個(gè)全彩驅(qū)動(dòng)板接口、數(shù)字量輸入2路，數(shù)字量輸出2路，通訊方式支持S232，RS485，10M/100M、1000M，以太網(wǎng)，USB；支持同步播放和異步播放的顯示方式，支持RSS功能和多窗口播放功能，帶亮度和溫濕度傳感器，亮度控制等級(jí)可達(dá)到256級(jí)，支持手動(dòng)、自動(dòng)、定時(shí)控制方式。支持逐點(diǎn)校正和逐點(diǎn)檢測(cè)功能。是一款功能強(qiáng)大齊全的VMS控制板。

CZ9246主板的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 CZ9246主板

4 結(jié)論

交通路況實(shí)時(shí)信息發(fā)布系統(tǒng)可以根據(jù)接收的交通實(shí)時(shí)采集檢測(cè)系統(tǒng)、交通路口信號(hào)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的信息及時(shí)顯示到VMS顯示終端，當(dāng)發(fā)生事故等突發(fā)情況或出現(xiàn)惡劣天氣時(shí)，信息板可以自動(dòng)實(shí)時(shí)發(fā)布路況信息和管制信息，引導(dǎo)車輛避開擁堵和意外事件點(diǎn)段，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的全程引導(dǎo)。另外，可以通過手機(jī)APP實(shí)時(shí)登錄和查詢城市出行信息，手機(jī)用戶還可以通過短信、微信、GPS定位、GIS地圖了解實(shí)時(shí)路況，查詢到達(dá)目的地的最佳路線。