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高速公路不停车收费系统（ETC）介绍 不停车收费系统(又称电子收费系统Electronic Toll Collection System，简称ETC系统)是利用RFID技术，实现车辆不停车自动收费的智能交通子系统。该系统通过路侧单元RSU（Road Side Unit）与车载电子标签之间OBU（On Board Unit）的专用短程通信，在不需要司机停车和收费人员操作的情况下，自动完成收费处理过程。 ETC车载单元结构 图 1. ETC OBU结构图 如图一所示，OBU由电池系统，MCU，射频，显示和读卡部分（ESAM卡，CPU卡，射频卡）组成。MCU作为整个系统的中心，负责管理显示，读卡以及与射频部分的数据处理及交换。 FM0编码方式介绍 在车辆通过收费站时，OBU和RSU通过5.8G的载波调制，进行高速的数据交换。数据采用HDLC FM0调制。FM0编码遵循以下三个规则： A.一个周期内有电平跳变表示”0” ;B.一个周期内没有电平跳变表示”1”;C．相邻两个周期电平相反。 数据形式请参考图2 图 2. FM0编码方式 车载电子标签（OBU）对MCU的挑战 车载电子标签系统对MCU有两个挑战 。一是低功耗；二是高速数据通信能力。车载电子标签的电池要求有5年以上寿命或者能够支持1万次以上交易。整个系统的低功耗设计成为工程师们的首要任务。其次，RSU对OBU下行数据波特率达到了256Kbps，上行数据波特率512Kbps。由于车辆通行时间非常短，需要OBU对RSU的数据和命令快速响应。而数据包最长能够达到 1Kbits，不允许OBU收下整个数据包之后再解码，这要求MCU有实时编解码的能力。一般情况下，对FM0的软解码需要得到数据的电平宽度，从而实现解码。通常有两种方式，一种是Timer捕获数据沿，然后软件在中断中判断数据沿之间的宽度。另外一种是定时采样数据口线的电平，通过计数方式得到电平宽度。ETC下行数据速率达到256Kbps，对数据“0”来讲，数据跳变沿之间的宽度只有 2uS。对数据“1”来讲，数据沿宽度只有4uS。以第一种方式为例，传统的软解码方式过程如下： 图 3. Timer 捕获中断方式 如图2所示，数据接收过程中，Timer会每2uS或者4uS捕获到一个数据沿，并把数据沿保存到对应寄存器。所以，Timer捕获寄存器里的数据会最快每2uS更新一次。这就需要CPU速度足够快，能够在至少2uS之内完成解码过程。否则，Timer捕获寄存器的数据就会被新的数据覆盖掉，造成解码错误。假设MCU完成1个bit解码的时间需要50个cycle，那么至少需要MCU主频达到25MIPS以上才能实现实时解码。通常，我们会选取主频超过40MIPs的MCU，而这些高速MCU功耗往往难以满足ETC系统的要求。所以，很多ETC生产商采用双MCU的方式，由一颗高速MCU实现FM0 实时编解码，另外还有一颗低功耗MCU，通常是MSP430来管理整个系统的功耗。这增加了系统的成本和复杂度。MSP430F5xxx的问世，能够同时满足ETC系统对MCU所有的挑战，解决了客户的困扰。 用F5xxx 片上DMA和TimerA捕获功能实现FM0实时解码的方法 MSP430F5xxx卓越的低功耗特性能够满足ETC OBU的低功耗要求。作为MSP430必威体育精装版产品序列，F5xxx首次采用0.18um工艺，1MIPs消耗的电流低到了惊人的160uA，片上PMM（电源管理模块）让用户能够根据MCU负荷灵活调节核电压，确保功耗最低。另外，具备多种低功耗状态。在典型的LPM3模式下，打开RTC，RAM数据保持的情况下功耗仅为2uA。 除了卓越的低功耗特性外，MSP430F5xx主频虽然最高只能达到25MIPS，但由于有灵活的多通道DMA，能够与Timer联动，实现数据的自动搬移而不干扰到CPU,这极大的增强了MCU的数据吞吐能力，使主频不再成为瓶颈，而完成对FM0近乎实时的解码。另外，硬件的CRC16模块让 MCU只需要操作寄存器就可以完成数据校验。利用DMA和CRC16的实时解码过程如图4所示： 图 4. DMA自动数据搬移的解码方式 数据接收过程中，Timer每2uS或者4uS捕获到一个数据沿，这时会自动触发DMA，DMA自动将Timer寄存器的数据搬移到RAM区的指定数组当中。整个数据接收过程不需要CPU的参与。有了DMA的存在，CPU就不需要频繁的进出中断去取数据，也不用担心Timer捕获寄存器数据的丢失，只需专注于解码过程。 图 5. FM0 DMA方式解码图示 解码过程说明： 1. 待机状态：TimerA配置成捕获模式，使能TimerA中断，等待数据到来2. 捕获到第一个数据沿：在TimerA中断中使能DMA，使能TimerB及TimerB中断3. 数