核心方案设计
由于AFC终端读卡设备的应用场合多类，既有条件苛刻的地铁、公交的应用，也有相对安全的室内小额消费的应用，同时还可能与现有无线网络进行联机来实现远程控制的应用。
多类的应用领域给AFC终端设备的设计带来了困难，让我们既不能采用单一的商用设备的设计方法，也不能采用完全的工业设计标准。因为商用设备的设计一般遵循高性能、低成本的原则，而高性能的前提就是高的主频，而主频越高，对系统稳定性的影响就越大，设备出现不可控的局面就会越多，对于AFC这样涉及财产安全的设备来说，商用终端具有太大的使用风险；而如果采用完全的工业设计标准，就要求低的主频、尽可能“简单”的系统结构和最大限度的自身安全性，这样设计肯定不能完全满足所有AFC系统对终端设备参数的基本需要。
综合考虑上述原因之后，本系统采用介于商用设备和工业设备之间的方案，采用ColdFire工业控制处理器、复合存储器结构（片内存储、铁电缓存、Flash和DRAM扩存）、EMC设计（隔离电源、TVS保护、滤波、屏蔽）等设计方法，最大限度的确保系统运行稳定安全，同时提供多类型的系统架构和硬件结构来满足各类用户的需要。
目前市场上32位嵌入式处理器门类繁多，但各自都有其不同的应用领域。例如ARM比较适合开发一些低功耗的手持设备；而MIPS和PPC（Power-PC）的架构就更加适合做高端的通讯设备；DSP在高速数据运算和语音图象处理方面性能显著。
Freescale的前身是Motorola的半导体部，该公司拥有强大的研发能力，所推出的多款产品都极具特点。以ColdFire系列为例，Freescale推出22款含有USB、以太网或PCI等功能的ColdFire产品，将功能、集成度和功效比发挥到极致，包括超小功率Flexis QE器件、单片V2 ColdFire Ethernet和USB解决方案、各种高性能V4 ColdFire MPU，这些器件在工业控制方面具有其自身的特点，性能稳定可靠，接口丰富。
在综合考虑ColdFire MCU各款芯片的片内资源之后，选择了最适合本系统开发的ColdFireV2系列的MCF5282/MCF5216作为系统处理器。
MCF5282/MCF5216主要为低功耗、高性能、单片解决方案设计，其主要特点如下：
1、 高速处理能力，能够运行在80MHz主频，性能达到76MIPS；
2、 集成2KB的指令、数据缓存；
3、 集成64KB的双口SRAM；
4、 集成512KB的片内Flash；
5、 集成10/100M以太网控制器（MCF5216没有该项）；
6、 集成CAN2.0B工业总线控制器；
7、 集成3路UART串行通讯口；
8、 集成QSPI、IIC串行总线接口；
9、 集成ADC转换模块；
10、集成DMA-Timer模块和通用Timer模块；
11、集成DMA控制器；
12、集成外部总线接口控制器；
13、集成复位看门狗；
14、256-MAPBGA封装，满足工业标准（-40℃~85℃）；
该款主控芯片的片内资源非常丰富，可实现的系统架构包括：
1、单片解决方案：片内集成了512KB的Flash和64KB的SRAM，不需要外挂任何存储器，实现完全的单片控制，满足最大安全、可靠的系统需要。
2、扩展解决方案：片内集成了总线控制器，可以方便的扩展Flash、SRAM、FRAM等外部存储器来实现大容量的需要。
3、嵌入式解决方案：片内集成了SDRAM控制器，可以方便的扩展SDRAM外部动态存储器来实现嵌入式系统的解决方案，从而使系统能够运行uclinux等嵌入式系统。
4、实时在线调试：片内集成了BDM和JTAG控制器，能够实现MCU的在线调试。
由于本系统可用领域的特殊性和多样性，既有相对简单的室内读卡器应用，也有复杂的地铁AFC应用，在设计本系统时本着“硬件冗余”的设计方法，采用复杂系统上全硬件、简单系统选配硬件的方案来设计MCU外部存储器，采用Flash+DRAM+FRAM的结构。
1、对于简易的读卡前端，采用MCU单片运行的方式，满足最大安全性的需求；
2、对于车载POS这类相对复杂的系统，采用MCU+FRAM+Flash的方案，用FRAM这种铁电存储器来满足系统前缓的高速、可靠、非易失性要求，再用Flash来实现大容量空间存储的需要；同时将系统程序固化到MCU片内，并在MCU片内自我运行，最大限度的实现系统的安全可靠。
3、对于地铁AFC终端之类复杂的系统，必须采用嵌入式系统的解决方案，采用MCU+Flash+DRAM+FRAM的框架，用MCU片内的存储器来完成系统启动u-boot，用外部Flash存储嵌入式系统代码和数据，嵌入式系统在DRAM种运行，由FRAM实现高速、可靠、非易失的前缓。
存储器设计的细节将在后续的章节来讲述。
读卡器使用环境特殊，其电源会从公交车的发动机或者地铁的供电线路上输入，而这种电源波动很大，具有很强的干扰能力，必须使用隔离电源来阻断电力线干扰。
因此本系统电源系统设计采用前端保护滤波板到Cosel的隔离电源模块再到系统内电源转换，最大限度的保证干净的电源供给，确保系统稳定可靠。
一般的RTC设计采用主电源供电和普通电池备电的设计，这种设计最为简单也最常用。可车载机经过几年的实际运行，发现普通的后备电池在长时间运行后出现了失效的状态，使得车载机时钟丢失，必须更换新的电池才能继续使用，而更换电池又是一件耗费人工的工作。
为了最大限度的实现RTC不失效，本系统采用主电源供电和充电锂电池备电的设计，并设计电池充电管理电路为锂电池充电，从而理论上达到了RTC后备电池“永不失效”的目的。
为了实现刷卡数据实时上传和黑名单的实时下载，除了使用以太网有线网络连接外，还采用了GPRS无线通讯的方法，这样不管目标系统是静态的地铁网络系统还是动态的车载移动系统，本系统都具备良好的网络通道来实现用户的各类需求。
本系统采用“双天线”设计，具备两路独立的ISO-14443读卡前端，支持多天线模式，满足地铁AFC双向闸机的需要；同时采用4路独立的加密SAM卡设计，满足“多密钥卡一机具”的客户需求。
本系统用了隔离电源设计方案，采用DRAM+FRAM+Flash存储结构，具有多个对外的SCI通讯接口、一个以太网接口、一个GPRS无线接口，实现多类扩展需求；系统内具有实时时钟电路，能够对关键数据或者事件打时标以便数据后处理；为系统时钟电路提供可充电的Li电池作为备用时钟电源，防止系统时钟丢失；BDM调试接口为MCU开发调试提供方便；复位和配置电路使得MCU的使用更具灵活性；MCF5216片内集成的看门狗能够监控系统运行，避免可能出现的系统死机现象；双天线和多密钥卡设计几乎满足了AFC所有前端设备的需要；小键盘、LCD显示器和语音喇叭等功能实现了良好的人机交互界面。
