基于ARM7和CPLD的数字公交站亭系统设计

摘要：提出了一种基于ARM7 和CPLD 架构的数字公交站亭系统。系统通过GPRS 模块与公交控制中心实时通信，使用CA 认证保证通信的安全性，采用两块SRAM 组成具有“乒乓逻辑”的高速缓存确保显示数据的连续性，可实现同一站亭多条线路信息动态显示、实时车辆到站预报、公众信息发布、线路信息及时更新以及系统在线升级等功能，具有实时性好、安全性高，可扩展性强等特点。

　　针对现有印刷公交站亭提供信息少、无法提供车辆到站预报、增加线路或者修改线路信息麻烦等不足，本文提出了一种新数字公交站亭系统。该系统基于ARM7 和CPLD 架构，通过GPRS 与公交控制中心通信，采用CA 认证保证通信的安全性，能实现实时车辆到站预报、公众信息(如天气预报、重要新闻、交通路况、紧急状态信息)发布、线路信息及时更新以及系统在线升级等功能，具有实时性好、安全性高，可扩展性强等特点，有助于全面提升城市公交站的信息服务水平。

　　1 数字公交站亭系统总体结构及工作原理

　　该系统分为控制中心、站亭终端通信模块、站亭终端控制模块、站亭终端显示模块四个部分，总体结构框图如图1，各个部分组成和工作原理介绍如下：

　　(1) 控制中心：负责全市或者某区域公交车运行情况的监控，包括：信息采集、信息处理、公交实时调度、站台显示控制等功能。控制中心通过GPRS 与每个站亭终端建立无线通信，实现对站亭终端的相关控制。此外，控制中心还根据安装在公交车辆上的GPS 定位车辆位置，结合车辆速度和路况信息，实时更新车辆到站时间预报。

　　(2) 站亭终端控制模块：由核心芯片 ARM 和其外围器件组成，通过GPRS 模块接收控制中心下发的信息帧，执行由控制中心发出的控制命令，并根据控制中心发出的显示信息，完成字库查找，写入由两块SRAM 组成的高速数据缓存，两块SRAM 采用“乒乓逻辑”，即某一时刻ARM 芯片向一片SRAM 写入显示数据，另一片此时被CPLD 读取，二者轮流切换，保证数据的高速性和显示的连续性。为保证系统的安全性，每个站亭终端都有一个密钥，此密钥在设备初始化的时候写入，外部接口不能访问到此密钥信息，ARM 根据此密钥完成对接收信息帧的解密，如果遇到无法完成验证的信息帧，系统认为该信息帧被篡改，予以丢弃。此外，由于每个站亭终端需长时间连续工作，为了防止温度过高使系统工作不正常甚至导致火灾，每个站亭终端装有散热装置，包括温度传感器和散热风扇， ARM 通过温度传感器获取站亭终端内部的温度，一旦发现温度超过设定值，立即启动散热风扇，保证系统能长期工作。

　　(3) 站亭终端显示模块：由 CPLD、LED 扫描驱动电路、LED 点阵显示屏组成，CPLD读取由两块SRAM 组成的高速缓存中的数据，完成对LED 显示屏的扫描驱动过程，其内部固化的数字逻辑产生屏幕显示控制信号，包括串行数据移位信号、数据锁存信号、行扫描信号等，LED 显示屏行扫描电路和列数据电路根据这些信号驱动LED显示屏。

图 1 系统总体结构框图