基于ARM的ETC系统研究
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作者: 欧栋杰
【摘要】 针对我国交通压力，研究基于ARM11的不停车收费系统（ETC）的前台系统，采用专用短程通信协议作为通信协议，利用基于Linux操作系统的收费应用软件完成各种操作。
【关键词】 ARM 不停车收费 DSRC
近年来，我国汽车工业快速发展，城镇化速度加快，我国机动车的保有量不断增长。随之而来的是我国交通压力的不断增加，城市的交通和高速通道交通流量快速增长，便是导致各种交通堵塞现象。此种现象即造成道路通行能力的下降和运输成本的增加，又使城市环境被长期低速、怠速行驶的汽车排放出的废气给严重污染。当前，射频识别技术得到飞速发展，而基于射频技术的不停车收费系统即ETC系统成为解决交通堵塞的重要工具。
一、概述
由于整个ETC系统构成非常庞大和复杂，因此本文主要研究的是ETC系统中的前台系统，其前台系统硬件上主要是公路上的车道设备，其中包括工业控制计算机、车道控制单元、路边单元、抓拍线圈以及落杆线圈、抓拍摄象机、各种显示设备及报警装置、自动栏杆和电缆通信设备。软件上主要包括各种操作系统、接口协议、底层硬件驱动程序和收费应用软件等。本文以ARM11为核心控制单元，结合射频接发器、车辆检测器等单元构成不停车收费的前台收费系统。
二、系统原理分析
在前台系统中，当车辆进入ETC车道时，环路感应器感知到车辆，启动系统的路边单元RSU，RSU发出读写信号，车载单元OBU做出响应，并进行双向通信和数据交换；中心处理系统由此获取车辆识别信息，如汽车牌照号、车主等信息和已存于数据库中的相应信息进行对比，然后依据车辆不同信息情况来控制中心管理系统产生不同的操作，如根据黑名单处理相应车辆；根据车辆信息在车主账号中的预付款中扣除当前应交的过路费用，或给其他相关设备发送相关指令辅助整个收费的完成。其它辅助设施包括：自动控制栏杆、摄像系统或余额指示、交通显示设备等。
（1）处理器。本文是以S3C6410为核心控制芯片的系统，该芯片是一款基于ARM1176JZF-S架构的处理器，采用了64/32位内部总线架构。AXI、AHB和APB总线共同组成了内部总线结构。它还包括许多强大的硬件加速功能，如视频处理，音频处理，二维图形，显示操作和缩放等都采用硬件来实现。（2）RSU。RSU采用上海博通集成电路开发出的 BK5822 芯片。BK5822是一款ETC收发器，其功能包括接收、发射和唤醒在内的全部射频功能。BK5822射频收发器的基本特性如下：工作频段为5.7GHz～5.85GHz；能够同时接收5.83GHz和5.84GHz两个信道的信号；数据上行速率为512kbps，下行速率为256kbps；输出功率为2dBm（传导）；接收链路能动态调整接收链路的增益；接收灵敏度达-60dBm；采用ASK调制方式，FM0编解码；内置唤醒电路，唤醒灵敏度为-42dBm；发射功耗为40mA；接收功耗为35mA；支持2.6V到3.6V的电源电压；睡眠状态的电流为13μA；最高8MHz的4线SPI接口。RSU可分为射频部分和基带部分，射频部分包括射频接收模块、射频发射模块、收发微带天线阵列；基带部分包括MCU微处理器、安全认证模块、数据存储模块、网络接口模块等部分。（3）DSRC。RSU采用专用短程通信协议（DSRC）与OBU实现通信，此协议时基于5.8GHz的射频频率上的，5.8GHz频率是开放的频段，使用该频段的较少，相对目前的2.4GHz具有更强的抗干扰能力。DSRC采用三层协议结构，分别为应用层，数据链接层和物理层。物理层主要是在通信中传输数据的基础，是直接面向通信通道的。数据链路层是为数据提供可靠传输服务的，可以实现对物理层传输来的数据进行检错和纠错。应用层提供了一些应用的基本服务。应用层中的过程可以直接使用这些服务，如：硬件初始化、文件传输和管理功能等等，同时，应用层还具有支持同时多请求的功能。（4）操作系统。系统的操作系统采用基于ARM上的Linux系统。Linux系统是免费的，用户可以任意修改其原代码，并且目前使用用户很广，很多相关驱动程序及其他程序可以免费获得。使用其开发系统不仅节约开发成本，而且节约开发时间。移植到S3C6410中的主要过程为：首先烧写BootLoader 到S3C6410的flash中，移植定制的Linux核，挂载根文件系统，然后加载各种驱动程序，最后调试程序。
三、总结
采用基于ARM的Linux操作系统有效的节省的成本，并采用符合国家标准的5.8Ghz专用短途通信频率可以有效读取车载单元中标签数据。ETC系统的推广可以缩小我国与其他的交通运行技术，减轻我国交通压力，推动射频技术的快速发展。
参 考 文 献
[1] 严光文，张其善. 射频识别卡读写模块的设计[J]. 北京航空航天大学学报，2003，29（2）：178～180
[2] 施协辉. 基于RTLinux的高速公路ETC车道系统设计与实现[D]. 东南大学，2009
[3] 杨克勤. 不停车收费系统中的车道控制器设计与实现[D]. 南京理工大学，2009
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