基于PXA的PDA交通标准管理系统在Linux环境下的实现.doc

基于PXA255PDA交通管理系统在Linux环境下实现作者：宁志刚汪仁煌文章起源：单片机及嵌入式系统应用摘要：介绍一个PDA交通管理系统。该系统含有数据传输速度快、建造轻易和造价低特征。PDA采取PXA255处理器，含有节能、运行速度快和体积小优点。PDA采取嵌入式Linux操作系统，能依据需要修改内核。 关键词：PDA 嵌入式Linux 内核伴随城镇经济建设发展，城市交通也得到很大发展但快速增加机动车辆和发展相对滞后城市道路之间不配套矛盾日益突出。利用计算机控制和处理电子警察系统，经过对违章车辆自动监督，能够极大改善交通路口混乱情况，降低交通违章造成人为塞车和事故，提升交通执法正确性和效率。不过，这种系统在实用中尚存在部分问题：(1)电子警察系统和交通管理系统需要专用光纤联结，造价高，施工难度大。(2)图像数据大，在网络中传输速度慢。基于以上缺点，本文提出一个PDA无线交通管理系统。在电子警察系统中，摄像机拍摄违章车辆图像，车辆图像数字化后送给PDA处理。含有高速处理器芯片PXA255PDA对车牌字符进行识别，对车辆颜色进行提取和识别，对车辆类型进行识别。然后，PDA把违章车辆车牌号码、颜色和车型、违章车辆速度和闯红灯时间等数据经过GPRS通信，送给无线接人装置。无线接入装置把这些数据传给Internet，Internet再把这些数据传给交通管理系统数据中心。多年来，个人数字助理PDA(Personal Digital Assistant)是继笔记本式计算机、小型掌上计算机以后电脑微型化又一重大突破。PDA含有轻巧、便于携带、操作方便、液晶屏幕显示效果很好、能够无线通信等很多优点。在发达国家，PDA早已成为便利移动信息产品。最新PDA手机集移动电话、PDA、电子辞典和网络等功效于一身，尤其是含有传真、收发电子邮件、上网浏览等功效。PDA含有超大高画质显示器、体积小、重量轻等优点，能够以无线方法接人局域网或Internet，轻松地访问网络数据库，也能够以有线方法直接上网。所以，PDA必将在交通管理系统中得到广泛应用。Linux含有高效性、开放性、安全性。选择Linux作为操作系统。 在PDA交通管理系统中，能够把违反交通规则车辆号码、颜色等资料经过PDA处理后，以数字数据形式上传给交通数据管理中心。PDA上传数字数据，和原电子警察系统上传图像数据相比，含有传输速度快优点。交通管理系统能够立即得到违章车辆信息，从而愈加好地对交通系统进行管理，愈加好地确保交通管理系统正常运作。在该系统中，采取PDA和无线接人装置，把违章车辆数据直接送给Internet。这么能够充足利用现在无处不在Internet，降低建造系统施工难度，降低建造经费。1 电子警察和PDA系统电子警察和PDA系统图1所表示。在该系统中，当车辆闯红灯时，地感线圈感应到车辆信号，检测器被触发，并经过IO接口板向控制主机发出1个开关信号，由信号灯控制器发出红灯信号也经过IO接口板向计算机发出1个开关信号，二者同时含有时，控制主机给摄像机发出1个控制信号。摄像机动作，拍摄违章车辆图像。车辆经过检测线圈时，控制主机检测车速，同时统计闯红灯时间。因为PXA255处理器运行速度高，它能满足高速处理图像数据要求。含有PXA255处理芯片PDA能够依据数字化后车辆灰度图像，对车辆颜色进行提取和识别，对车牌类型进行分类，对车辆字符进行识别。车辆字符识别系统包含图像二值转换，图像差分、滤波和平滑，车牌定位和旋转，字符切割，字符识别，车牌颜色提取和识别和车牌分类等功效模块。违章车辆速度和颜色、闯红灯时间、违章车辆类型和经过识别车牌字符等信息， 由PDA以数据信号形式发送给无线接入装置。2 PDA交通管理网络系统该系统结构图2所表示。无线接入装置接入PDA信息，经过Internet网送给交通数据管理中心。该体系结构关键功效是：(1)支持PDA接入，把PDA数据以无线通信方法接收到无线接入装置中；(2)确保数据经过公共GPRS网络和Internet时安全，依据无线终端设备特点(如屏幕大小、所使用浏览器等)进行数据格式自动转换，以得到最优化数据显示；(3)和后台交通管理数据库应用集成。该体系结构基于数据库和无线通信，配合相关服务器和第三方产品(如路由器和防火墙等)，组成一个端到端安全处理方案。 3 PXA255及其应用Intel PXA255处理器符合工业产品应用标准，符合工业上提倡MIPSmV性能设计要求。这个处理器将一个复杂集成电路合成在一块芯片上，采取Intel XscaleTM微结构体系框架，含有很多外围接口，功效强大。PXA255含有嵌入式处理器优点，可广泛应用于便携式装置、网络设备中。其信号步骤图图3所表示。图3中RTC为实时控制，OS Timer为振荡器定时器，PWM为脉宽调整器。I2C(Inter-Integrated-Circuit)总线单元提供一个两脚串行通信口，其中SDA数据脚提供给数据线和地址线，SCL时钟脚控制时钟。I2S(Inter-Integrated-Circuit Sound Controller)为立体声频串行接口控制器，AC97(AC97Controller Unit)为声频控制单元。I2S和AC97不能同时应用。UART(Universal asynchronous ReceiverTransmitter Serial Ports)异步接收发送端口支持三种异步接收发送UART模式。NSSP(Network Synchronous Serial Protocol)为网络同时串行端口，SSP为同时串行端口。SlowIrDA(Slow Infrared Data Association)为慢速红外线通信端口，FastIrDA为快速红外线通信端口。USB Client(Universal Serial Bus Client)为通用串行总线单元。MMC(Multimemedia Card Controller)为多媒体控制器。PXA255具体特征为：(1)PXA255是一个32位处理器；(2)Intel XscaleTM内核采取ARM*Version 5TE型指令结构，其中T指Thumb指令集，E(DSP-Enhance)指加强DSP指令集，能进行整数和浮点数处理。(3)PXA255工作电压是13V，而PXA250工作电压是15V，PXA255功耗更小，节省了电能。采取018m制造工艺，是一块面积为17mml7mm、256脚芯片。PXA255是一个高性能、低价格、低能耗RISC处理器。采取该芯片PDA，体积更小，电池用得更久，上网速度愈加快。4 嵌入式Linux应用41 嵌入式Linux高端嵌入式系统要求很多高级功效，图形用户界面和网络支持。很多高端RTOS供给商已经提供了这些功效，但其价格较高。微软Windows CE有这类功效，但不含有大多数嵌入式系统要求实时性能，而且难以移植。以DOS为基础用单独第三方工具拼凑成一个操作系统，一样不能满足嵌入式系统要求。嵌入式Linux操作系统以价格低廉、功效强大又易于移植而被广泛采取，成为新兴操作系统。Linux嵌入式操作系统是一个实时、支持嵌入式系统应用操作系统软件，是嵌入式系统极为关键组成部分，通常包含和硬件相关底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等。嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件相关依靠性、软件固态化及应用专用性等方面含有较为突出特点。Linux是和Unix相同、以关键为基础、完全内存保护、多任务多进程操作系统，为嵌入操作系统提供了一个极有吸引力选择。PDA选择嵌入式Linux作为操作系统，关键原因以下：(1)系统处理实时性好，性能稳定。(2)文件管理系统更适合于大量图像数据。(3)内核小巧和高效，作为专用系统，含有系统小令精简、处理速度快等特点。(4)系统数据置于ROMFLASH MEMORY，调用速度快，不会被改变，稳定性好。(5)本身内置网络支持。42 PAD中嵌入式Linux内核实现方法Linux系统分为三个层次：用户、关键和硬件。Linux内核可直接从Internet下载，也可从一发行版本如Red Hat Linux、Turbo Linux得到。Linux关键源代码实施GPL版权协议，任何人全部可在遵照GPL版权协议条件下对Linux关键进行修改和补充，并可依据本身应用系统需求，进行淘汰定制，形成针对应用嵌入式Linux内核。本方案采取Red hat Linux 60，内核版本225，在保留TCPIP网络支持、STAR902以太网卡驱动情况下，定制后内核大小为360KB，足以满足本系统中嵌入式硬件及软件需求。Linux关键源程序通常全部安装在usrsrclinux下，关键源程序文件按树形结构进行组织。在这里，对Linux内核进行分析：(1)系统引导和初始化：Linux系统引导有Lilo、Loadin引导和Linux自举引导三种。而Linux自举引导所对应源程序为archi386bootbootsectS，它为实模式汇编程序。不管哪种引导方法，最终全部要跳转到archi386KernelsetupS。setupS关键进行实模式下初始化，为系统进入保护模式做准备。以后，系统实施archi386kernelheadS。headS中定义一段汇编程序setup_idt，负责建立一张256项idt表，此表保留着全部自陷和中止入口地址，其中包含系统调用总控程序system_call人口地址。除此之外，headS违要做部分其它初始化工作。(2)系统初始化后，运行第一个内核程序asmlinkage void_init start_kernel(void)，它定义在usrsrclinuxinitmainc中。它经过调用usrsrclinuxarchi386kemeltrapsc中函数void-init trap init(void)，把各个自陷和中止服务程序入口地址设置到idt表中。其中系统调用总控程序system_call就是中止服务程序之一。void_init trap_init(void)函数则经过调用一个宏set_system_gate，把系统调用总控程序入口挂在中止0x80上。其中SYSCALL_VECTOR是定义在usrsrclinuxarchi386kernelirqh中一个常量0x80， 而systern_call为中止总控程序入口地址。中止总控程序是用汇编语言在usrsrclinuxarchi386kernelentryS中定义。 (3)中止总控程序关键负责保留处理机实施系统调用前状态，检验目前调用是否正当，并依据系统调用向量，使处理机跳转到保留在sys_call_table表中对应系统服务例程入口。从系统服务例程返回后退回用户程序状态，而系统调用向量则在usrsrclinuxincludeasm-386unistdh中定义，sys_call_table表是在usrsrclinuxarchi386kernelentryS中定义，系统调用用户编程接口在usrsrclinuxincludeasm-386unistdh中定义。(4)由此可见，Linux系统调用也象DOS系统int21h中止服务，把0x80中止作为总入口，然后转到保留在sys_call_table表中多种中止服务例程入口地址，形成多种不一样中止服务。由以上源代码分析可知，要增加一个系统调用就必需在sys_call_table表中增加一项，并在其中保留好系统服务例程入口地址，然后重新编译内核。当然，系统服务例程是必不可少。5 GPRS通信该系统采取GPRS通信方法。GPRS(通用分组无线业务)是GSM标准化组织制订一套标准，以实现移动分组数据业务。GPRS网是一个传输承载平台，提供端到端分组传输模式下数据发送和接收。GPRS含有五大特点：传输速率快；可灵活支持多个数据应用；网络接入速度快；可长时间在线连接；计费愈加合理。所以，采取GPRS通信可实现远距离、传输速度高通信。PDA中应用PXA255处理器，运行速度快，系统性能得到极大提升。嵌入式Linux作为PDA操作系统，可依据需要定制内核大小，简单方便。Linux源代码公开，可充足利用已经有资源，节省开发人职员作量。Linux不存在黑箱，操作系统安全性得到了保障。采取该系统，提升了交通管理质量。该系统提升了数据传输速度，降低了系统建造费用，降低了施工难度。