地鐵列車pis存儲模塊的設(shè)計

1、地鐵列車PIS存儲模塊的設(shè)計摘要：簡要介紹了地鐵列車乘客信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，針對上海地鐵部分線路的存 儲模塊中存在的容量小和轉(zhuǎn)存方式復(fù)雜等問題，提出了以USB作為通信方式的存儲模塊，用 FAT32文件系統(tǒng)作為存儲方式。同時對存儲的過程進行了分析，介紹了存儲模塊的硬件和軟 件設(shè)計。關(guān)鍵詞：PIS；存儲模塊；USB； FAT32文件系統(tǒng)0引言地鐵是現(xiàn)代城市公共交通中的一種重要的運輸工具，具有方便快捷、節(jié)約能源和環(huán)境污 染小等優(yōu)點，是重要的

2、城市交通工具。地鐵列車乘客信息系統(tǒng)(Passenger Information System， PIS)為乘客提供站點信息、提示信息和突發(fā)信息等，是乘客獲取信息的重要途徑［1］。隨著 電子技術(shù)的發(fā)展，地鐵列車通信設(shè)備不斷更新?lián)Q代，一些早期的列車通信設(shè)備已經(jīng)不能滿足 地鐵列車運行的需求。在現(xiàn)有的一些地鐵線路中，PIS的音頻文件存儲在閃存里，現(xiàn)有產(chǎn)品 的閃存存儲容量較小，編輯對應(yīng)的音頻文件的過程較為繁瑣；在從電腦傳輸文件到存儲器的 過程中

3、，存取速度較慢，讀取過程中性能不穩(wěn)定，易出現(xiàn)中斷和誤讀等現(xiàn)象［2］。本文旨在對 上述問題進行改進，設(shè)計方便穩(wěn)定的解決方案。1地鐵列車PIS地鐵列車PIS由音頻系統(tǒng)、LED顯示系統(tǒng)和人工播報系統(tǒng)等組成。地鐵列車PIS接收上 位機發(fā)出的信號并對該信號進行分析處理，讀取存儲器中對應(yīng)的數(shù)據(jù)，將讀出的數(shù)據(jù)進行音 頻播報、LED顯示等。系統(tǒng)控制模塊負責對接收的上位機信號進行處理并控制音視頻信息的 播放，系統(tǒng)控制模塊控制MCU各個子模塊。通信模塊負責

4、與上位機進行通信，接收上位機發(fā) 出的信號，并將系統(tǒng)控制模塊的處理結(jié)果反饋給上位機。USB接口模塊進行電腦端與地鐵列 車PIS的數(shù)據(jù)傳輸，電腦端通過該模塊直接對地鐵列車PIS傳輸音視頻文件和文本文件等， 將文件存放在存儲模塊中并可對存儲模塊進行讀取以及刪除等操作。音頻播放模塊和屏幕顯 示模塊接收并處理MCU模塊發(fā)送的音視頻文件，對音視頻文件解碼后進行播放［3］。系統(tǒng)組成。2地鐵列車PIS存儲模塊2.1設(shè)計方案地鐵列車PIS存儲模塊主要對列

5、車播報的語音信息、視頻信息和文本文件等進行存儲， 一般需要較大的存儲容量。MCU對接收到的上位機命令進行分析處理，根據(jù)分析的結(jié)果讀取 存儲模塊對應(yīng)的文件并進行播報。由于地鐵線路的延伸和站點的維護等原因，存儲模塊的文 件需要做及時更新。以上因素對存儲模塊的穩(wěn)定性、精確性和容量等方面都提出了較高的要 求。USB存儲系統(tǒng)具有存儲速度快、容量大和系統(tǒng)穩(wěn)定等特點，能夠滿足地鐵列車PIS對存 儲模塊的要求。本設(shè)計采用USB存儲系統(tǒng)作為地鐵列車存儲模

6、塊的設(shè)計方案，以 AT90USB1287［4］作為處理芯片，該芯片是8位微處理器，具有USB接口、128 KB的可編程Flash 和4 KB的EEPROM；采用K9F4G08U0B作為NAND Flash存儲芯片，該芯片具有512 MB的容量， 能夠滿足系統(tǒng)存儲的需要。2.2硬件設(shè)計硬件設(shè)計以電腦為主機，存儲模塊為從機，實現(xiàn)USB接入主機后，主機與設(shè)備之間互相 通信。AT90USB1287的USB端口既可作為主機又可作為從機，本設(shè)計將其

7、作為從機使用。 AT90USB1287包括一個64 B的控制端口、一個256 B的數(shù)據(jù)端口和5個64 B的數(shù)據(jù)端口。 K9F4G08U0B的地址與數(shù)據(jù)共用同一端口，進行分時復(fù)用。在設(shè)計中，將AT90USB1287的PF 端口與K9F4G08U0B的I/O端口連接，將AT90USB1287的PB端口控制K9F4G08U0B的讀寫等命case CONFIG： //獲取配置描述符config ()；break；case ADDRESS：

8、 //設(shè)置通信地址address ()；break；case GET_INTERFACE： //獲取接口描述符get_interface ()；break；case SET_INTERFACE： //設(shè)置接口描述符set_interface ()；break；}}3.3.2主機和設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸主機對USB存儲設(shè)備識別之后，便開始對設(shè)備的讀寫過程，設(shè)備通過數(shù)據(jù)輸入與輸出端 口與主機進行通信，主機通過發(fā)送命令塊包(Command Block

9、 Wrapper， CBW)與存儲設(shè)備通 信，設(shè)備對接收到的CBW包進行分析，根據(jù)分析的結(jié)果進行應(yīng)答，應(yīng)答的結(jié)果通過狀態(tài)塊包 (Command Status Wrapper， CSW)發(fā)送給主機，對主機發(fā)送的命令進行回應(yīng)。該過程使用 SCSI命令集，設(shè)計程序從CBW命令包中解析出SCSI命令，根據(jù)解析的命令做出對應(yīng)的響應(yīng)。 主機會先后發(fā)出INQUIRY、Read Capacity和UFI Mode Sense等SCSI命令［7］，若以上

10、命令 得到正確的回應(yīng)，主機會繼續(xù)發(fā)送READ命令和WRITE命令，對NAND Flash進行識別和內(nèi)容 讀寫等操作；若設(shè)備沒有正確的回應(yīng)，則存儲過程失敗。3.3.3 NAND Flash文件系統(tǒng)的設(shè)計主機對USB設(shè)備的操作主要包括讀、寫和刪除等操作，這些操作需要主機能夠定位到NAND Flash 的相應(yīng)地址上。K9F4G08U0B 存儲采用 FAT32(File Allocation Table)文件系統(tǒng)，F(xiàn)AT32 文件系統(tǒng)將存儲區(qū)分

11、為MBR區(qū)、DBR區(qū)、FAT1區(qū)、FAT2區(qū)、目錄區(qū)和數(shù)據(jù)存儲區(qū)等［8］。其 中MBR (Master Boot Record)和DBR (Dos Boot Record)區(qū)為主機對存儲器的操作提供信 息，提供了 FAT32文件系統(tǒng)的分區(qū)信息。FAT1區(qū)是用來表示文件在存儲芯片中存儲位置的存 儲區(qū)，F(xiàn)AT區(qū)是以簇為單位表示文件的大小，簇號對應(yīng)相應(yīng)的存儲區(qū)域，設(shè)計者可以定義簇 的大小。在讀寫文件時，主機首先根據(jù)FAT區(qū)文件占有的簇的情況進

12、行對應(yīng)數(shù)據(jù)區(qū)的讀寫。 FAT2區(qū)為FAT1區(qū)的備份。FAT區(qū)之后為目錄區(qū)，目錄區(qū)存放文件的目錄，目錄由文件名、擴 展名、文件屬性、修改時間和文件長度等組成。FAT文件系統(tǒng)的最后一個分區(qū)即為文件的數(shù) 據(jù)存儲區(qū)，用以根據(jù)FAT區(qū)索引的位置存取對應(yīng)的文件。K9F4G08U0B的存儲容量為512 MB，包含4 096個128 KB的塊，每塊包含64個2 KB的 頁，F(xiàn)AT32用32位二進制數(shù)表示一個簇［9］。主機向存儲設(shè)備發(fā)送邏輯地址號，由設(shè)備

13、將邏 輯地址(Logical Block Address， LBA)轉(zhuǎn)換為物理地址。K9F4G08U0B擦除文件時為塊擦除方式，即擦除時必須刪除一整塊的數(shù)據(jù)，故在設(shè)計刪除 某塊一個文件的算法時，應(yīng)將該塊的其他文件先保存到一個公共塊中，在刪除該文件后，再 將其他文件復(fù)制回該塊。由于文件的大小不同，存儲文件時可能會涉及跨塊操作，在設(shè)計存 儲和刪除文件時，應(yīng)將這些情況分別進行處理。4結(jié)論本文設(shè)計了以USB作為傳輸方式的存儲模塊，解決了上海地鐵