1 引言

       目前我國的城市交通控制主要還是靠道路交通信號控制機（以下簡稱信號機）。國內的信號機主要分為兩類：一類采用8/16位單片機作為處理器，交通控制功能簡單、方案單一，以RS 232或RS485為通訊方式，難以與控制中心聯網以及實現區域交通協調控制等功能，不能適應現代化大路口交通控制的要求；另一類則是基于工控機或PC104，功能雖然強大，但由于工控機或PC104都是按通用計算機標準設計，并非專門針對信號機應用設計，該類信號機硬件結構復雜且很多功能并不需要，成本也高，國外的信號機（如西門子公司的2070和美國的EAGLE）開發起步早，水平高，已有各種自適應聯網型信號機產品，但一般不適用于中國混合交通的實際情況，且價格昂貴，操作不方便。

       信號機是一個典刑的嵌入式系統，嵌入式系統是以應用為中心來設計，對功能、性能、可靠性、成本、功耗、體積等有嚴格的要求，既要滿足智能交通系統對信號機智能化、多功能的要求，又要最大化信號機的性價比，因此本設計選擇基于ARM核的32位嵌入式RISC處理器——AT91RM9200來完成智能交通信號機控制板的硬件設計，以達到使信號機在交通系統中成為收集與處理交通流量數據、通信聯網以及區域協調控制平臺的設計目標。

        2 信號機系統硬件設計

       2.1 系統總體硬件結構

       智能交通系統要求信號機可以向控制中心實時提供多種道路信息和車流量數據信息，接收控制中心的控制命令，并能夠獨立執行一些復雜的算法，可以根據交通流量變化實時條件路口信號燈的綠燈時間，因此考慮現有信號機的不足，根據信號機功能發展的趨勢和要求，本文設計的信號機控制板具有控制參數輸入、控制狀態輸出、控制參數保存、燈態輸出控制、交通流信息（主要是車流量）實時檢測與歷史數據存儲、多種燈態控制方案與算法模型存儲、支持以太網及與手持終端設備通訊等基本功能。整個系統硬件結構如圖1所示。

       2.1.1 AT91RM9200微處理器介紹

       嵌入式微處理器是整個嵌入式系統的核心，AT91RM9200是Atmel公司推出的基于當前流行的ARM920T內核的一款32位RISC微控制器，工作在180MHz頻率下的運算速度可達200MIPS。專門針對系統控制、通訊領域的應用。AT91RM9200芯片的功能結構如圖2所示。{{分頁}}

       AT91RM9200集成了豐富的外圍功能模塊，滿足多種應用場合，豐富適合于實時控制，可以支持實時操作系統（RTOS），為需要多功能、低成本、低功耗的計算密集型應用提供了一個單芯片級的解決方案。AT91RM9200是一款性價比極高的微處理器，經過比較選擇AT91RM9200作為信號機控制板處理器。

       2.1.2 控制板外圍模塊

       控制板設計主要包括以下幾個部分：

       （1）電源/晶振模塊：

       控制主板使用12/5V兩套電源供電，AT91RM9200工作于3.3/1.8V兩種電壓，系統其他器件盡量選擇工作電壓為3.3V。

       AT91RM9200使用12MHz/32.768kHz兩種晶振，主晶振12MHz經過芯片內倍頻處理分別為ARM920T核與系統提供180MHz和60MHz的時鐘頻率。32.768kHz慢時鐘用于AT91RM9200的啟動。

       （2）存儲器模塊。

       （3）網絡模塊。

       （4）串口模塊和GPS接口：

       AT91RM9200提供4個USART，分別將他們分配給RS232和RS485。控制板上預留GPS接口位置，用于未來擴展信號機無線通訊功能，GPS使用RS232同AT91RM9200通信。

       （5）RTC模塊：

信號機在通訊、干線或者區域協調控制中需要使用統一的時間來同步，因此設計RTC（實時時鐘）用來對時。RTC可以提供可編程的實時時鐘：年（含閏年）、月、日、時、分、秒、星期及一個鬧鐘中斷，并可以在掉電后使用備用電源工作。

       （6）系統總線擴展模塊。

       2.2 主要硬件模塊電路設計

       下面詳細說明存儲單元、網絡和系統總線擴展模塊的硬件設計。

       2.2.1 存儲器模塊

       本文設計的信號機需要存放嵌入式操作系統及其文件系統、應用程序和其他在運行或系統掉電后需要保存的數據；另外當系統啟動后，操作系統和程序運行還需要更大的空間。AT91RM9200內部集成的ROM和RAM的容量不能夠滿足信號機的要求，因此設計了外存儲單元來擴展存儲空間，由16MB和FLASH和64MB的SDRAM組成信號機的外存儲系統。

       AT91RM9200的地址空間是4GB，他被劃分成16個256MB的區域；

       區域0為內部存儲器空間；

       區域1－8是給由EBI控制的外部設備（擴展的片外存儲器和外接的設備）使用的，片選信號為引腳NCS0－7；

       區域15是AT91RM9200集成的片內外圍功能（包括系統和用戶外圍）使用的地址空間，當系統上電或重啟時，根據引腳BMS的電平狀態，系統選擇是從內部ROM（BMS＝1）還是從存儲區域1即NCS0片選區域（BMS＝0）啟動。 {{分頁}}

       （1）本設計選用1片8M