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)的收費應用軟件完成各種操作。

【關鍵詞】 ARM 不停車收費 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重污染。當前，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備，其中包括工業(yè)控制計算機、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、各種顯示設備及報警裝置、自動欄桿和電纜通信設備。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)動程序和收費應用軟件等。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)成不停車收費的前臺收費系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)原理分析

在前臺系統(tǒng)中，當車輛進入ETC車道時，環(huán)路感應器感知到車輛，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，并進行雙向通信和數(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)庫中的相應信息進行對比，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)黑名單處理相應車輛；根據(jù)車輛信息在車主賬號中的預付款中扣除當前應交的過路費用，或給其他相關設備發(fā)送相關指令輔助整個收費的完成。其它輔助設施包括：自動控制欄桿、攝像系統(tǒng)或余額指示、交通顯示設備等。

（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）；接收鏈路能動態(tài)調(diào)整接收鏈路的增益；接收靈敏度達-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、安全認證模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、網(wǎng)絡接口模塊等部分。（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具有更強的抗干擾能力。DSRC采用三層協(xié)議結(jié)構(gòu)，分別為應用層，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，是直接面向通信通道的。數(shù)據(jù)鏈路層是為數(shù)據(jù)提供可靠傳輸服務的，可以實現(xiàn)對物理層傳輸來的數(shù)據(jù)進行檢錯和糾錯。應用層提供了一些應用的基本服務。應用層中的過程可以直接使用這些服務，如：硬件初始化、文件傳輸和管理功能等等，同時，應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，很多相關驅(qū)動程序及其他程序可以免費獲得。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，并采用符合國家標準的5.8Ghz專用短途通信頻率可以有效讀取車載單元中標簽數(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

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[2] 施協(xié)輝. 基于RTLinux的高速公路ETC車道系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D]. 東南大學，2009

[3] 楊克勤. 不停車收費系統(tǒng)中的車道控制器設計與實現(xiàn)[D]. 南京理工大學，2009endprint