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 hợp với những điều kiện nước ta hiện nay, có khả năng giải quyết được thực trạng ách tắc giao thông ở nước ta là một điều vô cùng cần thiết và cấp bách. Mặt khác, trong thế giới thực của chúng ta bất kỳ một thiết bị hay hệ thống điện/điện tử có khả năng xử lý thông tin và điều khiển đều có thể tiềm ẩn trong đó một thiết bị hay hệ nhúng, ví dụ như các thiết bị truyền thông, thiết bị đo lường điều khiển, các thiết bị phục vụ sinh hoạt hàng ngày như lò vi sóng, máy giặt, camera…Rất dễ dàng để có thể kể ra hàng loạt các thiết bị hay hệ thống như vậy đang tồn tại quanh ta, chúng là hệ nhúng. Hiện nay cũng chưa có một định nghĩa nào thực sự thoả đáng để được chuẩn hoá và thừa nhận rộng rãi cho hệ nhúng mà vẫn chỉ là những khái niệm diễn tả về chúng thông qua những đặc thù chung. Tuy nhiên chúng ta có thể hiểu hệ nhúng là một phần hệ thống xử lý thông tin nhúng trong các hệ thống lớn, phức hợp và độc lập ví dụ như trong ôtô, các thiết bị đo lường, điều khiển, truyền thông và thiết bị thông minh nói chung.
Chúng là những tổ hợp của phần cứng và phần mềm để thực hiện một hoặc một nhóm chức năng chuyên biệt, cụ thể. Do đó việc áp dụng công nghệ nhúng vào việc xử lý tín hiệu giao thông là một giải pháp tối ưu cho quá trình phát triển của công nghệ và cơ sở hạ tầng nước ta hiện nay Hệ thống giao thông thông minh ITS (Intelligent Transportation Systems), áp dụng những kỹ thuật tiên tiến vào hệ thống vận tải đường bộ được nhìn nhận rộng rãi như là một giải pháp cho bài toán vận tải mà xã hội chúng ta đang phải đối mặt. Ở những khía cạnh khác, một nhu cầu ngày càng tăng về tính lưu động đang phải đối mặt với những ràng buộc về kinh tế, xã hội và vật lý trên cơ sở hạ tầng vận tải sẵn có. Những sự ràng buộc này bao gồm cả sự giảm bớt chi phí cho những dự án vận tải, 3 những mối quan tâm tới môi trường và xã hội đằng sau sự phát triển cơ sở hạ tầng và ở trong những vùng đô thị hóa là thiếu không gian vật lý cho nhưng dự án như vậy.
Những ứng dụng của ITS, mà ở đó khoa học ứng dụng được sử dụng để tăng hiệu suất hoạt động và khả năng của cơ sở hạ tầng vận tải, có thể phụ thêm vào hay thậm chí thay thế sự phát triển của cơ sở hạ tầng, cung cấp những giải pháp lưu động có hiệu quả hơn mà lại giảm chi phí cho xã hội. Điều khiển giao thông đô thị là một lĩnh vực chính mà ITS có thể được áp dụng. Tại một mức cục bộ, những tín hiệu giao thông được thiết kế để quản lý xung đột xe cộ tại những điểm giao nhau, cấp phát thời gian giữa những dòng giao thông xung đột mà phải chia sẻ sử dụng cùng một điểm giao nhau. Logic mà bộ điều khiển tín hiệu cấp phát cho sử dụng điểm giao nhau có thể là những phương pháp thời gian cố định cơ bản cho đến những chiến lược thông minh mà có thể phát hiện và đáp ứng được những điều kiện giao thông trong thời gian thực.
Tại một mức độ cao hơn, những tín hiệu giao thông cũng có thể là một phần của chiến lược điều khiển rộng hơn. Trong trường hợp này, những bộ điều khiển tín hiệu cũng được sử dụng như là những công cụ để quản lý dòng giao thông dọc theo một hành lang hoặc khắp cả một mạng lưới, để cung cấp cách sử dụng hiệu quả hơn của mạng lưới đường thành thị. Các ứng dụng ITS cho qua đường hay hệ thống vận tải công cộng tiên tiến APTS (Advanced Public Transportation Systems), có cùng một mục đích, cụ thể là nâng cao hiệu quả mà không cần phát triển cơ sở hạ tầng. Một ứng dụng như vậy là hệ thống xe buýt công cộng chuyên chở nhanh (BRT- Bus Rapid System), một khái niệm chuyên chở mà sử dụng những xe buýt để cung cấp một cách tốt nhất những dịch vụ thường kết hợp với vận chuyển đường sắt.
Tuy nhiên, lý do mà việc đi qua đường sắt có thể cung cấp như một dịch vụ ở mức cao, là nó hoạt động trên một con đường đi đúng cố định và không chấp nhận cái khác. Đây không là trường hợp điển hình cho các xe buýt thành phố, mà thay vào đó là hoạt động trên một đường đi bên phải được chia sẻ trong một khoảng rộng và nhiều hệ thống hỗn hợp. Trong môi trường như vậy, trễ trên đường xe buýt xuất hiện bởi tương tác giữa các phương tiện giao thông khác và 4 bởi sự có mặt của các tín hiệu giao thông tại các điểm giao nhau. Hai nhân tố đó có thể có một tác động tiêu cực lớn tới các hoạt động giao thông.
Một phương pháp loại bỏ những thách thức này là việc sử dụng những giải pháp về cơ sở hạ tầng như là các đường xe buýt dành riêng. Trong khi hiệu quả thông thường chỉ là sự giảm trễ do sự tắc nghẽn, thì những giải pháp này có thể quá tốn kém hoặc không khả thi trong nhiều vùng đô thị do không gian đường phố không tương xứng. Phương pháp khác là sử dụng các chiến lược điều khiển, chúng sử dụng hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông đang tồn tại đưa đem lại sự ưu tiên tới các phương tiện giao thông qua đường. Sự hội tụ của APTS và việc điều khiển giao thông đô thị được biết như là sự ưu tiên tín hiệu qua đường.
Chiến lược quyền tín hiệu qua đường có thể được chia thành hai loại cơ bản: bị động và chủ động. Chiến lược ưu tiên bị động sử dụng các thiết lập tín hiệu tĩnh để trợ giúp các con phố có các tuyến qua đường hoạt động thông suốt. Những điều này phụ thuộc vào các kế hoạch định thời tín hiệu mà được chuẩn bị trước khi đưa vào thực tế và được thiết kế để làm cản trở các phương tiện giao thông ít nhất có thể. Biện pháp ưu tiên chủ động là thực hiện việc dò tìm động và đáp ứng lại các phương tiện giao thông qua đường, thay đổi các thiết lập tín hiệu trong thời gian thực để giảm độ trễ.
Việc triển khai quyền ưu tiên tín hiệu qua đường có thể xuất hiện nhiều thách thức. Một mối quan tâm lớn là triển khai quyền ưu tiên qua đường bên trong hệ thống điều khiển tín hiệu đang tồn tại như thế nào. Một điều khác là việc xác định những thành phần tác động tới việc triển khai ưu tiên mà sẽ có trên tuyến giao thông khác. Tuy nhiên, vấn đề cơ bản vẫn là mối hoài nghi về việc triển khai ưu tiên đem lại lợi ích gì và những lợi ích đó có vượt các chi phí hay không.
Bởi vì các chiến lược ưu tiên bị động không yêu cầu các thiết bị khác ngoại trừ phần cứng hệ thống điều khiển giao thông đang tồn tại, những chiến lược này có thể được triển khai và được kiểm tra tương đối dễ dàng tại địa điểm lắp đặt. Trong khi đó việc triển khai các chiến lược ưu tiên chủ động yêu cầu một sự đầu tư cho phần cứng đáng kể, bao gồm các bộ dò tìm chuyên môn hoá cho các phương tiện giao thông qua đường và trong một vài trường hợp, bao gồm cả các bộ 5 điều khiển tín hiệu tiên tiến. Việc kiểm tra tại địa điểm lắp đặt hoạt động của các chiến lược chủ động thường cũng là tốn kém để nắm rõ, đặc biệt khi các lợi ích có thể là không rõ ràng. Đối với nước ta thì việc thiết kế một bộ điều khiển giao thông bị động là phù hợp với điều kiện kinh tế, xã hội hiện tại.2 Khái niệm hệ nhúng 1.1 Cơ sở lý thuyết Hệ thống nhúng Trong thế giới thực của chúng ta bất kỳ một thiết bị hay hệ thống điện/điện tử có khả năng xử lý thông tin và điều khiển đều có thể tiềm ẩn trong đó một thiết bị hay hệ nhúng, ví dụ như các thiết bị truyền thông, thiết bị đo lường điều khiển, các thiết bị phục vụ sinh hoạt hàng ngày như lò vi sóng, máy giặt, camera…Rất dễ dàng để có thể kể ra hàng loạt các thiết bị hay hệ thống như vậy đang tồn tại quanh ta, chúng là hệ nhúng.
Hiện nay cũng chưa có một định nghĩa nào thực sự thoả đáng để được chuẩn hoá và thừa nhận rộng rãi cho hệ nhúng mà vẫn chỉ là những khái niệm diễn tả về chúng thông qua những đặc thù chung. Tuy nhiên chúng ta có thể hiểu hệ nhúng là một phần hệ thống xử lý thông tin nhúng trong các hệ thống lớn, phức hợp và độc lập ví dụ như trong ôtô, các thiết bị đo lường, điều khiển, truyền thông và thiết bị thông minh nói chung. Chúng là những tổ hợp của phần cứng và phần mềm để thực hiện một hoặc một nhóm chức năng chuyên biệt, cụ thể. Hệ thời gian thực Trong các bài toán điều khiển và ứng dụng chúng ta rất hay gặp thuật ngữ “thời gian thực”.
Thực chất, theo cách hiểu nếu nói trong các hệ thống kỹ thuật đặc biệt các hệ thống yêu cầu khắt khe về sự ràng buộc thời gian, thời gian thực được hiểu là yêu cầu của hệ thống phải đảm bảo thoả mãn về tính tiền định trong hoạt động của hệ thống. Tính tiền định nói lên hành vi của hệ thống thực hiện đúng trong một khung thời gian cho trước hoàn toàn xác định. Ở đây chúng ta phân biệt yếu tố thời gian gắn liền với khái niệm về thời gian thực. Không phải hệ thống thực hiện rất nhanh là sẽ đảm 6 bảo được tính thời gian thực vì nhanh hay chậm hoàn toàn là phép so sánh có tính tương đối vì mili giây có thể là nhanh với hệ thống điều khiển nhiệt nhưng lại là chậm đối với các đối tượng điều khiển điện như dòng, áp….
Hơn thế nữa nếu chỉ nhanh không thì chưa đủ mà phải đảm bảo duy trì ổn định bằng một cơ chế hoạt động tin cậy. Thực tế thấy rằng hầu hết hệ nhúng là các hệ thời gian thực và hầu hết các hệ thời gian thực là hệ nhúng. Điều này phản ánh mối quan hệ mật thiết giữa hệ nhúng và thời gian thực và tính thời gian thực đã trở thành như một thuộc tính tiêu biểu của hệ nhúng.