Trang 11 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Hiện nay, việc thiết kế được một hệ thống giao thông hiện đại mà trong đó nhiều chiến lược điều khiển, chiến lược ưu tiên được áp dụng, phù hợ
NGUYỄN ĐÌNH QUÂN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 2006-2008 Hà Nội 2008 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU GIAO THÔNG THÔNG MINH ỨNG DỤNG HỆ THỐNG NHÚNG VÀ HỆ ĐIỀU HÀNH WINDOW CE NGUYỄN ĐÌNH QUÂN HÀ NỘI - 2008 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057204960851000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU GIAO THƠNG THƠNG MINH ỨNG DỤNG HỆ THỐNG NHÚNG VÀ HỆ ĐIỀU HÀNH WINDOW CE NGUYỄN ĐÌNH QUÂN Người hướng dẫn khoa học : TS NGUYỄN HỮU TRUNG HÀ NỘI - 2008 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan Luận văn nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố luận văn khác Các số liệu mô thích, trích dẫn tham khảo từ báo, tài liệu gốc cụ thể Học viên thực Nguyễn Đình Quân MỤC LỤC Lời cam đoan ……………………………………………….…………………………………… Mục lục …………………………………………….……………………………………………… Danh mục kí hiệu, chữ viết tắt ……………………………………………….……… Danh mục bảng ……………………………………………….…………………………… Danh mục hình vẽ, đồ thị …………………………………………….………………… Mở đầu …………………………………………….……………………………………………… Chương 1: Giới thiệu 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Khái niệm hệ nhúng 1.2.1 Cơ sở lý thuyết 1.2.2 Đặc điểm phần mềm nhúng 1.2.3 Phương hướng phát triển Kỹ thuật phần mềm nhúng 1.3.1 Tập lệnh a Cấu trúc tập lệnh CISC RISC b Định dạng lệnh 10 c Nguyên lý thực pineline 11 Ngôn ngữ môi trường phát triển 13 Hệ điều hành nhúng 20 1.4.1 Hệ điều hành 20 1.4.2 Bộ nạp khởi tạo 21 1.4.3 Các yêu cầu chung 24 1.4.4 Hệ điều hành thời gian thực Kỹ thuật lập trình nhúng 26 30 1.5.1 30 1.3 1.3.2 1.4 1.5 Lập lịch 1.5.2 1.5.3 1.5.1.1 Các khái niệm 30 1.5.1.2 Phương pháp lập lịch phổ biến 31 Truyền thông đồng 34 1.5.2.1 Semaphore 34 1.5.2.2 Monitor 37 Xử lý ngắt 38 Chương 2: Hệ thống điều khiển tín hiệu giao thơng 42 2.1 Khái niệm 42 2.2 Phương pháp điều khiển tín hiệu giao thông 46 2.2.1 Phân loại điều khiển 46 a.Điều khiển thời gian cố định 46 b Điều khiển kích thích 46 c.Điều khiển thích nghi 49 Phương pháp điều khiển 49 a Điều khiển nút giao thông 49 b Điều khiển nhiều nút giao thông trục đường 50 c Điều khiển theo mạng lưới ma trận 52 Quyền ưu tiên qua đường 53 2.3.1 Các chiến lược ưu tiên 53 2.3.1.1 Chiến lược ưu tiên bị động 54 2.3.1.2 Chiến lược ưu tiên chủ động 56 Thực quyền ưu tiên 62 2.3.2.1 Pribuss 62 2.3.2.2 Các hành động ưu tiên 65 a Mở rộng tín hiệu xanh b Làm ngắn pha 65 67 c Chèn thêm pha 69 2.2.2 2.3 2.3.2 d Khởi động lại tín hiệu xanh 70 Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển tín hiệu giao thơng thơng minh 73 3.1 Đề xuất phương án thiết kế hệ thống điều khiển 73 3.2 Máy tính nhúng xử lý trung tâm 75 3.3 Thiết kế điều khiển 78 3.3.1 Cấu trúc điều khiển 78 3.3.2 Logic 79 a Điều kiện thường 81 b Điều kiện thay đổi 81 c Điều kiện giữ 82 d Điều kiện nhảy 82 Điều kiện 83 a Điều kiện thường 83 b Điều kiện thay đổi 83 c Điều kiện giữ 84 d Điều kiện nhảy 85 Những khả điều khiển logic 86 3.4.1 Điều khiển thời gian cố định 86 3.4.2 Điều khiển kích thích 88 3.4.3 Điều khiển thích nghi 91 Hệ điều hành nhúng Windows CE 91 3.5.1 Các đặc điểm bật Windows CE 91 3.5.2 Kiến trúc hệ điều hành Windows CE 93 3.3.3 3.4 3.5 Chương 4: Kết đạt hướng nghiên cứu phát triển 105 4.1 4.2 105 111 Kết đạt Hướng nghiên cứu phát triển Kết luận 112 DANH MỤC CÁC BẢNG Chương B Bảng 1-1: So sánh đặc điểm CISC RISC……………………………… B B Chương B Bảng 3-1: Chỉ rõ logic định thời - độc lập (bởi nhóm tín hiệu)…………… B Bảng 3-2: Chỉ rõ logic định thời - độc lập (bởi pha)……………………… B Bảng 3-3: Chỉ rõ logic định thời- kết hợp……………………………………… B 87 B 87 B 88 B Bảng 3-4: Chỉ rõ logic định thời - kết hợp (Luân phiên)……………………… 88 B B 01 Bảng 3-5: Chỉ rõ logic kích thích - độc lập……………………………………… 89 B 31 B 21 Bảng 3-6: Chỉ rõ logic kích thích - độc lập (cấp cao)………………………… B 41 Bảng 3-7: Chỉ rõ logic kích thích - kết hợp…………………………………… B 61 89 B 51 90 B 71 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Chương Hình 1-1: Phân bố quan hệ hệ nhúng thời gian thực…………… Hình 1-2: Định dạng lệnh MIPS………………………………………………… 10 Hình 1-3: Phân loại phép thực thi lệnh…………………………………… 10 Hình 1-4: Nguyên lý thực pipeline………………………………………… 11 Hình 1-5: Quá trình thực lệnh theo nguyên lý pineline………………… 12 Hình 1-6: Quá trình phát triển biên dịch phần mềm nhúng……………… 15 Hình 1-7: Kiến trúc hệ điều hành……………………………………………… 20 Hình 1-8:Nguyên lý thực nạp khởi tạo Boot-loader……………… 22 Hình 1-9:Cấu trúc nạp khởi tạo Boot-loader………………………… 24 Hình 1-10: So sánh kiến trúc RTOS OS chuẩn…………………………… 26 Hình 1-11: Cấu trúc hệ điều hành thời gian thực……………………………… Hình 1-12: Mơ hình trạng thái trình………………………………… 27 29 Hình 1-13: Giản đồ thực tác vụ Ti……………………………… 31 Hình 1-14:Phân loại phương pháp lập lịch………………………………… 31 Hình 1-15: Giản đồ thời gian thực lịch tác vụ……………………… 34 Hình 1-16: Q trình truyền thơng…………………………………………… 34 Hình 1-17: Chu trình thực ngắt…………………………………………… 39 Hình 1-18:Ví dụ cấu trúc phần cứng xử lý ngắt…………………………… 39 Hình 1-19: Cơ chế thực thủ tục ngắt……………………………………… 40 Hình 1-20: Ví dụ nguồn ngắt (DSP TMS320C2812)……………………… 41 Chương Hình 2-1: Ví dụ điểm giao …………………………………………… 43 Hình 2-2: Ví dụ sơ đồ pha tín hiệu 44 Hình 2-3: Ví dụ sơ đồ nhóm tín hiệu………………………………………… 45 Hình 2-4: Mối quan hệ đặc điểm pha đặc điểm nhóm tín hiệu… 46 Hình 2-5: Việc mở rộng khoảng thời gian đèn xanh pha kích thích… 47 Hình 2-6: Ví dụ chức giảm khoảng thời gian thừa……………… 48 Hình 2-7: Luồng giao thông di chuyển điều kiện tín hiệu……… 51 Hình 2-8: Luồng di chuyển hướng điều kiện tín hiệu…………… 51 Hình 2-9 Quỹ đạo phương tiện khơng có ưu tiên tín hiệu………………… 54 Hình 2-10: Quỹ đạo phương tiện có mở rộng pha di chuyển………… 57 Hình 2-11: Quỹ đạo phương tiện với bắt đầu sớm pha di chuyển…… 58 Hình 2-12 Quỹ đạo phương tiện có lồng vào pha di chuyển mở rộng… 58 Hình 2-13: Cửa sổ thời gian cho gọi ưu tiên………………………… 64 Hình 2-14: Mở rộng khoảng thời gian đèn xanh……………………………… 66 Hình 2-15: Làm ngắn pha tại……………………………………………… 68 Hình 2-16: Chèn thêm pha mở rộng…………………………………………… 69 Hình 2-17: Khởi động lại khoảng tín hiệu xanh……………………………… Chương 71 Hình 3-1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển giao thơng………………………… 73 Hình 3-2: Sơ đồ khối nguồn…………………………………………………… 75 Hình 3-3: Máy tính nhúng PCM – 3341……………………………………… 76 Hình 3-4: Sơ đồ khối máy tính nhúng PCM – 3341…………………………… 77 Hình 3-5: Logic tổng thể điều khiển tổng quát………………………… 79 Hình 3-6: Biểu đồ đánh giá điều kiện cho nhóm tín hiệu………………… 81 Hình 3-7: Kiến trúc hệ điều hành Windows CE……………………………… 93 Hình 3-8: Kiến trúc mạng truyền thơng Windows CE…………………… 99 Hình 3-9: Cấu trúc tổng quan Kernel…………………………………… 100 Hình 3-10: Quá trình phát triển Run-Time Image……………………… 102 Chương Hình 4-1: Hệ điều hành Window CE sau tạo 105 Hình 4-2: Máy tính nhúng……………………………………………………… 106 Hình 4-3: Q trình gửi liệu thiết bị phần cứng bên ngồi…………… 106 Hình 4-4: Sau chuyển liệu hồn thành………………………………… 107 Hình 4-5: Màn hình hiển thị LCD……………………………………………… 107 Hình 4-6: Khối giao tiếp với CPU……………………………………………… 108 Hình 4-7: Card nhận dạng tủ…………………………………………………… 108 Hình 4-8: Card giao tiếp bus…………………………………………………… 109 Hình 4-9: Card điều khiển tải…………………………………………………… 109 Hình 4-10: Hệ thống sau lắp đặt……………………………………… 110 MỞ ĐẦU Ngày với ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến, giới ngày thay đổi, văn minh đại Sự phát triển kỹ thuật điện tử tạo hàng loại thiết bị với đặc điểm bật xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ yếu tố cần thiết góp phần cho hoạt động người đạt hiệu cao Việc ứng dụng công nghệ vào thực tế ngày mở rộng Lĩnh vực điều khiển giao thông lĩnh vực quan tâm đến Ngành Giao thơng vận tải có vai trị quan trọng kinh tế quốc dân, vai trò trước bước, làm tảng cho phát triển ngành khác Trong điều kiện phát triển hội nhập nay, ứng dụng Công nghệ Điện tử tin học thành công Giao thông vận tải điều kiện thiếu để ngành Giao thơng vận tải làm trịn trách nhiệm Xuất phát từ quan điểm trên, kết hợp với yêu cầu thực tế, định chọn đề tài thiết kế điều khiển tín hiệu giao thơng thơng minh ứng dụng hệ thống nhúng hệ điều hành Windows CE Đề tài nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển giao thơng thơng minh có khả điều chỉnh linh hoạt với điều kiện thực tế Nội dung luận văn trình bày theo chương: Chương Giới thiệu Chương Hệ thống điều khiển tín hiệu giao thơng, chiến lược ưu tiên Chương Thiết kế hệ thống điều khiển giao thông thông minh Chương Kết đạt hướng nghiên cứu phát triển Tôi xin trân trọng cảm ơn TS Nguyễn Hữu Trung, người tận tình bảo, hướng dẫn tơi suốt q trình học tập thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Điện tử - Viễn Thông, Phòng đào tạo Sau Đại học Đại học Bách Khoa, gia đình, đồng nghiệp, bạn bè tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tơi suốt q trình học tập