2 系統硬件設計

　　2．1 硬件總體設計

　　信號機作為一個典型的嵌入式系統，其設計應以應用為中心，做到軟硬件可裁剪。本文選用LM3S8962作為主控芯片，根據信號機的功能要求，并結合LM3S8962的芯片特性，設計的信號機系統硬件框圖如圖2所示。

　　2．2 微處理器、存儲器模塊

　　嵌入式微處理器是整個嵌入式系統的核心。LM3S8962是Luminary Micro公司的基于ARM Cortex-M3內核具有32位RISC性能的微處理器，提供豐富的片上資源，包括256 KB FLASH，64 KB SRAM，4個32位通用定時器、同步串行接口（SSI）、10／100以太網控制器、6組共42個GPIO端口等，支持嵌入式實時操作系統μC／OS-Ⅱ，適合于關注成本的片上系統級應用。

　　LM3S8962具有256 KB FLASH空間，FLASH是一種不揮發性內存，由一組可獨立擦除的1 KB區塊構成。本系統軟件占用空間小，使用LM3S8 962自帶的FLASH存儲空間完全能夠滿足系統要求。因此，本文將μC／OS-Ⅱ系統內核、控制軟件存放于第0～253區塊，控制參數存放于第254 255區塊。這樣能夠降低系統復雜度，提高數據訪問速度。

　　2．3 信號燈、倒計時模塊

　　本文為信號機設計了6個相位機動車及人行道共6×2×3+2×2×2=44路信號的控制。由LM3S8962的PB3-PB5，PB0-PB2，PC4-PC6，PD0-PD2，PE0-PE2，PF0／PF1／PG0這6組GPIO端口分別輸出1～6相位LED信號燈的控制信號。

　　本文采用8段LED數碼管作為信號機的倒計時顯示組件。6個相位及人行道均采用兩位數碼管，共6×2+4×2=20個兩位數碼管。利用LM3S89 62自帶的同步串行接口（SSI，對應于PA2～PA5 GPIO端口），配置SSI為主模式，使用Freeseale SPI幀格式，通過SSI每次向外發送16位數據（包括8位段碼和8位位碼），再利用兩片級聯的74HC595芯片將16位串行數據轉換為16位并行數據輸出，達到將段碼、位碼同時輸出的目的。

　　2．4 實時時鐘、以太網接口模塊

　　信號機執行多時段控制模式時，需要根據實時時間執行對應時段的控制方案，并且為方便用戶校對，需要在液晶界面上顯示實時時間。本文選用DALLAS公司的時鐘芯片DS1302，該芯片能夠對年、月、日、周、時、分、秒計時，具有閏年補償功能。使用LM3S8962的3個GPIO端口PA0，PA1，PA6分別控制DS1302的RST復位線、I／O數據線、SCLK串行時鐘線，將命令或數據按每次1個字節或31個字節的觸發模式傳入時鐘寄存器或移出RAM寄存器，實現LM3S8962與DS1302之間的同步通信，從而為信號機提供實時時鐘。

　　傳統的RS 232／RS 485串口，存在通信距離短、傳輸速率低等缺陷，不能滿足未來交通控制系統聯網的要求，因此本文為信號機設計了10／100Mb／s以太網接口。LM3S8962自帶有10／100以太網控制器，包括完全集成的媒體訪問控制器（MAC）和網絡物理（PHY）接口器件。為了實現信號電平耦合與阻抗匹配，避免信號機系統與以太網之間相互干擾，本文在PHY和RJ 45接口之間連接網絡變壓器HR601680，將發送和接收信號線分別與PHY，RJ 45對應連接。以太網接口如圖3所示。

　　2．5 綠沖突檢測模塊

　　綠沖突檢測是系統自檢的重要部分，檢測同一時刻6個相位是否有2個或2個以上沖突相位的綠燈信號同時被點亮的情況。本文利用8位數據并入串出芯片74HC165為信號機設計了綠沖突檢測電路，使用LM3S8962的3個GPIO端口PB7，PA4，PG1分別控制74HC165的并行數據加載、時鐘脈沖輸入和串行數據的讀取，74HC165的8個輸入端分別接至6個相位及2路人行道的綠燈信號。LM3S8962根據讀取的綠燈信號狀態及綠沖突判斷規則判定是否發生綠沖突。