MSP430F在ETC中的应用
ti公司的msp430 单片机产品系列具备16-bit rsic架构，超低功耗。作为msp430最新产品序列，f5xxx首次采用0.18um工艺，1mips消耗的电流低到了惊人的160ua，主频达到25mips 。同时，msp430f5xxx提供了丰富的片上功能模块，例如，硬件的rtc，12-bit adc，灵活的时钟系统，硬件crc16，电源管理模块和多通道的灵活强大的dma，支持待机模式下的数据交换。
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最新产品序列，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. 数据接收：dma自动将后续的数据沿搬移到内存数组中;同时mcu解码
4. 数据结束：timerb判断数据接收结束
5. 解码结束
图 6. 程序流程图
实测结果：
采用120bytes的数据做fm0解码测试，其中数据位”1”和“0”约各占50%。msp430f5438完成解码后，通过串口输出数据如图7所示：
图 7. 串口接收到的数据
对上图1kbits数据，实测mcu完成解码，滞后数据包接收完毕约220us.如图8所示
图 8. 解码实时性
使用msp430f5xx spi及dma实现fm0编码及发送的办法
etc obu系统mcu上行数据率是512kbps。通过灵活应用片上dma及spi模块，可以方便的完成fm0数据发送
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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。
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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。
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图 7. 串口接收到的数据
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