基于ARM7和CPLD的數(shù)字公交站亭系統(tǒng)設(shè)計

摘要：提出了一種基于ARM7 和CPLD 架構(gòu)的數(shù)字公交站亭系統(tǒng)。系統(tǒng)通過GPRS 模塊與公交控制中心實時通信，使用CA 認證保證通信的安全性，采用兩塊SRAM 組成具有“乒乓邏輯”的高速緩存確保顯示數(shù)據(jù)的連續(xù)性，可實現(xiàn)同一站亭多條線路信息動態(tài)顯示、實時車輛到站預報、公眾信息發(fā)布、線路信息及時更新以及系統(tǒng)在線升級等功能，具有實時性好、安全性高，可擴展性強等特點。

　　針對現(xiàn)有印刷公交站亭提供信息少、無法提供車輛到站預報、增加線路或者修改線路信息麻煩等不足，本文提出了一種新數(shù)字公交站亭系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于ARM7 和CPLD 架構(gòu)，通過GPRS 與公交控制中心通信，采用CA 認證保證通信的安全性，能實現(xiàn)實時車輛到站預報、公眾信息(如天氣預報、重要新聞、交通路況、緊急狀態(tài)信息)發(fā)布、線路信息及時更新以及系統(tǒng)在線升級等功能，具有實時性好、安全性高，可擴展性強等特點，有助于全面提升城市公交站的信息服務(wù)水平。

　　1 數(shù)字公交站亭系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及工作原理

　　該系統(tǒng)分為控制中心、站亭終端通信模塊、站亭終端控制模塊、站亭終端顯示模塊四個部分，總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1，各個部分組成和工作原理介紹如下：

　　(1) 控制中心：負責全市或者某區(qū)域公交車運行情況的監(jiān)控，包括：信息采集、信息處理、公交實時調(diào)度、站臺顯示控制等功能?？刂浦行耐ㄟ^GPRS 與每個站亭終端建立無線通信，實現(xiàn)對站亭終端的相關(guān)控制。此外，控制中心還根據(jù)安裝在公交車輛上的GPS 定位車輛位置，結(jié)合車輛速度和路況信息，實時更新車輛到站時間預報。

　　(2) 站亭終端控制模塊：由核心芯片 ARM 和其外圍器件組成，通過GPRS 模塊接收控制中心下發(fā)的信息幀，執(zhí)行由控制中心發(fā)出的控制命令，并根據(jù)控制中心發(fā)出的顯示信息，完成字庫查找，寫入由兩塊SRAM 組成的高速數(shù)據(jù)緩存，兩塊SRAM 采用“乒乓邏輯”，即某一時刻ARM 芯片向一片SRAM 寫入顯示數(shù)據(jù)，另一片此時被CPLD 讀取，二者輪流切換，保證數(shù)據(jù)的高速性和顯示的連續(xù)性。為保證系統(tǒng)的安全性，每個站亭終端都有一個密鑰，此密鑰在設(shè)備初始化的時候?qū)懭?，外部接口不能訪問到此密鑰信息，ARM 根據(jù)此密鑰完成對接收信息幀的解密，如果遇到無法完成驗證的信息幀，系統(tǒng)認為該信息幀被篡改，予以丟棄。此外，由于每個站亭終端需長時間連續(xù)工作，為了防止溫度過高使系統(tǒng)工作不正常甚至導致火災(zāi)，每個站亭終端裝有散熱裝置，包括溫度傳感器和散熱風扇， ARM 通過溫度傳感器獲取站亭終端內(nèi)部的溫度，一旦發(fā)現(xiàn)溫度超過設(shè)定值，立即啟動散熱風扇，保證系統(tǒng)能長期工作。

　　(3) 站亭終端顯示模塊：由 CPLD、LED 掃描驅(qū)動電路、LED 點陣顯示屏組成，CPLD讀取由兩塊SRAM 組成的高速緩存中的數(shù)據(jù)，完成對LED 顯示屏的掃描驅(qū)動過程，其內(nèi)部固化的數(shù)字邏輯產(chǎn)生屏幕顯示控制信號，包括串行數(shù)據(jù)移位信號、數(shù)據(jù)鎖存信號、行掃描信號等，LED 顯示屏行掃描電路和列數(shù)據(jù)電路根據(jù)這些信號驅(qū)動LED顯示屏。

圖 1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖