高速公路無線通信的LED信息發(fā)布顯示器系統(tǒng)設(shè)計

陳言思（福建省交通建設(shè)工程試驗檢測中心，福州 350011）

0 引言

隨著信息技術(shù)及智能交通系統(tǒng)的飛速發(fā)展，交通作為為社會公眾服務(wù)的行業(yè)及領(lǐng)域，公眾對其服務(wù)范圍及水平也提出了新的要求。其中交通信息的發(fā)布成為重要的服務(wù)內(nèi)容之一，在機場、火車站、碼頭、公交車站、高速公路、城市道路、停車場等場合出現(xiàn)了各類用于向公眾發(fā)布信息的顯示設(shè)備，其中，LED顯示屏以其高亮度、高可靠性等特點在高速公路信息發(fā)布中得到廣泛應(yīng)用。

LED顯示系統(tǒng)整體方案從結(jié)構(gòu)上劃分為兩部分:監(jiān)控與管理層和分布式控制層。從功能上監(jiān)控與管理層負(fù)責(zé)整個LED顯示信息的處理、信息管理決策以及信息的發(fā)布;分布式控制層具有實現(xiàn)層數(shù)據(jù)、命令的傳輸通信，現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析、解碼，并接收來自監(jiān)控層的命令和數(shù)據(jù)，用來調(diào)整和改變控制狀態(tài)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)設(shè)計中，LED顯示屏的基本結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)是系統(tǒng)采用 MC39I+AT91RM9200+CPLD（ATF1508AS）+雙 口 SDRAM（IDT7005）的方案來實現(xiàn)，整個控制系統(tǒng)可分為:信號接收及處理模塊和CPLD（ATF1508AS）掃描控制模塊和LED點陣驅(qū)動模塊，如圖2所示。本系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是使用MC39I、AT91RM9200、CPLD（ATF1508）、雙口SDRAM（IDT7005）兩兩之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互，解決LED顯示屏中無線通信，高速數(shù)據(jù)傳輸和快速掃描控制的難題，大大提高了動態(tài)顯示的刷新率。信號接收與處理模塊的功能由基于ARM9207核的高性能、低功耗16/32位RISC微處理器AT91RM9200通過無線通信模塊MC39I接收PC送來的點陣信息，同時對點陣信息做各種不同的處理。利用雙口SDRAM（IDT7005）在AT91RM9200和CPLD（ATF1508AS）之間以共享的方式建立高速的數(shù)據(jù)交換通道。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

圖3 無線模塊通信圖

1.1 無線MC39I模塊的功能

數(shù)據(jù)服務(wù)監(jiān)控中心的監(jiān)控與管理層把要顯示的數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸給 GPRS模塊，如圖3所示，GPRS模塊在控制器AT91RM9200、CPLD、雙口SDRAM的控制下通過LED顯示屏顯示出來，同時GPRS模塊也可以將現(xiàn)場的數(shù)據(jù)參數(shù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)回傳給數(shù)據(jù)服務(wù)監(jiān)控中心，以便數(shù)據(jù)服務(wù)監(jiān)控中心處理和檢測LED顯示屏現(xiàn)場。MC39I是西門子推出的無線通信模塊，設(shè)計緊湊，大大縮小了用戶產(chǎn)品的體積。MC39I與 GSM 2/2+兼容，具有雙頻（GSM900/GSMl800）、RS232數(shù)據(jù)口、符合 ETSI標(biāo)準(zhǔn) GSM0707和GSM0705，且易于升級為GPRS模塊。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應(yīng)用開發(fā)及設(shè)計。

1.2 控制器設(shè)計

主控芯片AT91RM9200的晶振頻率約為100～200MHz。本設(shè)計選晶振頻率為12MHz，通過設(shè)置內(nèi)部的VPB分頻器可以提高CPU時鐘頻率到180 MHz。內(nèi)部64M字節(jié)的高速Flash存儲器用于代碼和數(shù)據(jù)的存儲。電路中采用隔離型DC/DC模塊向收發(fā)器電路供電。DC/DC模塊采用定電壓輸入隔離非穩(wěn)壓單輸出型DC/DC模塊，隔離電壓≥DC1000 V。這樣可以很好地實現(xiàn)總線上各接點的電氣隔離，提高了接點的穩(wěn)定性和安全性。系統(tǒng)配有LED顯示和鍵盤，用于顯示和控制節(jié)點工作狀態(tài)、參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)傳輸。信息的傳輸采用無線通信模塊以及以太網(wǎng)口。雙口SDRAM用來連接AT91RM9200信號處理模塊和CPLD掃描模塊，因為CPLD（ATF1508AS）掃描模塊可以達(dá)到很高的掃描速率，而AT91RM9200的運行速度相對較低，還要對外部FLASH進(jìn)行讀寫操作且兩個模塊間有大量的數(shù)據(jù)交換，這里使用的CPLD（ATF1508AS），速度等級是35ns，完全可以達(dá)到兩個模塊的通信要求。雙口SDRA（MIDT7005）是常見的共享式雙端口存儲器，其最大的特點是存儲數(shù)據(jù)共享，一個存儲器配備兩套獨立的地址、數(shù)據(jù)和控制線，允許兩個獨立的CPU或控制器同時異步地訪問存儲單元。其內(nèi)部仲裁邏輯控制提供以下功能:對同一地址單元訪問的時序控制;存儲單元數(shù)據(jù)塊的訪問權(quán)限分配;信令交換邏輯（例如中斷信號）等。一般RAM（如6116）只有一套地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，在同一時間只能執(zhí)行同一總線操作，而雙口SDRAM有左側(cè)和右側(cè)兩套地址、數(shù)據(jù)和控制總線，可供兩套總線對其進(jìn)行訪問。設(shè)計中，雙口SDRAM是共享的，是兩個數(shù)據(jù)模塊間的數(shù)據(jù)通道。獨立掃描模塊的功能是通過此雙口SDRAM為中介，將單片機送來的數(shù)據(jù)在LED點陣顯示屏上顯示。采用雙口SDRAM（IDT7005）是本設(shè)計的一個主要特色。本系統(tǒng)中，AT91RM9200通過共享的雙口SDRAM與CPLD通信，AT91RM9200將數(shù)據(jù)寫入雙口SDRAM中，而CPLD則從雙口SDRAM中讀取數(shù)據(jù)并通過掃描邏輯電路輸出。AT91RM9200信號處理模塊和CPLD掃描模塊通過雙口SDRAM實現(xiàn)相互連接。掃描控制部分的原理電路如圖4所示，ATF1508AS是核心部分。

2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1AT91RM9200模塊軟件設(shè)計

圖4CPLDATF1508AS與雙口AT91RM9200數(shù)據(jù)交換

圖5 前臺處理程序

圖6 后臺處理程序

AT91RM9200的軟件流程分為前臺和后臺兩個線程，其中前臺線程為主進(jìn)程，處理速度慢，沒有時間安排只有進(jìn)度要求，后臺進(jìn)程的處理時間20ms完成任務(wù)，有時間限制，前臺程序和后臺程序通過隊列FIFO交換，保證數(shù)據(jù)的可靠性。前臺程序主要完成無線模塊或者以太網(wǎng)通信數(shù)據(jù)的存儲、讀寫FLASH的處理、以及無線通信應(yīng)答，如圖5所示。后臺處理程序主要完成與AT91RM9200的操作以及把FLASH中的字庫代碼送入雙口SDRAM中并與CPLD配合好時序，如圖6所示。

2.2CPLDATF1508AS模塊軟件設(shè)計

CPLDATF1508AS主控電路的功能是讀取雙口SDRAMIDT7005中的數(shù)據(jù)，并通過譯碼邏輯電路將數(shù)據(jù)顯示在LED點陣顯示屏的特定位置上。在本模塊中，實際上是使用CPLDATF1508AS芯片將AT91RM9200中的總線讀控制器及其外圍譯碼邏輯電路集成在一起，只用到CPLDATF1508AS的這一部分功能和外圍接口電路，如若采用傳統(tǒng)方案，就必須采用多片芯片，而使用CPLDATF1508AS后只用1片芯片就可以實現(xiàn)所需要的功能。雙口SDRAMIDT7005的讀寫與普通RAM基本相同，只需通過CPLDATF1508AS對雙口SDRAMIDT7005的讀寫操作就可控制讀出數(shù)據(jù)并譯碼輸出。

讀寫操作用VerilogHDL描述語言，可用帶有always語句的case語句建模，狀態(tài)信息存儲在寄存器中，case語句的多個分支包含每個狀態(tài)的行為。在這里將讀時序分為S0、S1、S2、S3共4個狀態(tài)，其工作方式如下:

S0:在RAM的片選CE之前輸出地址;

S1:選中RAM，輸出讀信號;

S2:行計數(shù)器輸出，讀出RAM的數(shù)據(jù)并反相輸出;

S3:片選禁止，讀禁止，地址計數(shù)器加1。

3 結(jié)論

從硬件原理圖的設(shè)計、邏輯結(jié)構(gòu)、組成框圖等幾方面介紹了LED顯示屏的設(shè)計思路，通過對現(xiàn)場接口模塊的設(shè)計，使得該LED顯示屏可適應(yīng)不同環(huán)境的要求，具有良好的擴展性和通用性。經(jīng)過多次測試，該LED顯示屏系統(tǒng)試用效果良好。充分滿足公路上對LED屏的顯示要求。

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