嵌入式gps車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、嵌入式GPS車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)【摘要】介紹了嵌入式GPS車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)、及實(shí)現(xiàn)的功能，設(shè)計(jì)出嵌入式GPS車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)。通過(guò)分析GPS車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出S3C2440嵌入式開(kāi)發(fā)板為核心的硬件系統(tǒng)，搭建了以VxWorks為平臺(tái)的車(chē)載導(dǎo)航軟件系統(tǒng)。【關(guān)鍵詞】GPS；車(chē)載導(dǎo)航；硬件系統(tǒng)；軟件系統(tǒng)1.引言目前，智能型3C（computer，communi-cation，consumer）合一的類(lèi)PC嵌入式系統(tǒng)與技術(shù)已進(jìn)入一個(gè)嶄新的智能化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展階段[1]。GPS車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)作為其中最具代表性的技術(shù)得到了空前的發(fā)展。人們經(jīng)濟(jì)生活的發(fā)展，使得對(duì)于信息技術(shù)的集成化雨來(lái)約

2、有要求，集GPS、電子地圖GIS技術(shù)以及移動(dòng)通信技術(shù)為一體的嵌入式智能導(dǎo)航設(shè)備已成為必要[2]，因而研究基于VxWorks的嵌入式GPS車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)具有重要的意義。2.系統(tǒng)簡(jiǎn)介2.1GPS車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)6GPS車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)是通過(guò)商業(yè)通信衛(wèi)星，把GPS應(yīng)用到車(chē)輛導(dǎo)航上面，為汽車(chē)駕車(chē)人指路的汽車(chē)電子設(shè)備[3]。這種系統(tǒng)采用GPS與航位推算法組合方式實(shí)現(xiàn)定位，通過(guò)觸摸顯示屏或遙控器進(jìn)行相互操作，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)定位、目的地檢索、路線(xiàn)規(guī)劃、畫(huà)面和語(yǔ)音引導(dǎo)等功能，幫助駕駛?cè)藴?zhǔn)確、快捷地到達(dá)目的地。2.2VxWorks系統(tǒng)簡(jiǎn)介VxWorks操作系統(tǒng)是美國(guó)溫瑞爾（Wind-River）公司于19

3、83年設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS），是嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境的關(guān)鍵組成部分[4]。3.嵌入式GPS車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)的原理當(dāng)用戶(hù)需要進(jìn)行定位、導(dǎo)航等服務(wù)時(shí)，GPS信號(hào)接收模塊會(huì)獲取來(lái)自GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)上的各個(gè)衛(wèi)星（至少4顆）發(fā)出的定位到當(dāng)前車(chē)輛的航位信息，并負(fù)責(zé)對(duì)接受的這些信息進(jìn)行推算，將定位信息交給嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行處理，由運(yùn)行在其上的導(dǎo)航軟件系統(tǒng)為用戶(hù)提供地圖查詢(xún)、路徑搜索、導(dǎo)航等功能，由顯示模板負(fù)責(zé)提供人機(jī)交互界面，執(zhí)行用戶(hù)的操作，完成用戶(hù)的任務(wù)[5]，GPS車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)原理圖如圖1所示。圖1嵌入式GPS車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)原理圖圖2嵌入式車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)件圖4.嵌入式GP

4、S車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)6系統(tǒng)硬件分為核心板與地板兩部分，主要完成GPS串口數(shù)據(jù)的接收、點(diǎn)陣LCD觸摸屏驅(qū)動(dòng)、SD卡驅(qū)動(dòng)、音頻驅(qū)動(dòng)等功能。核心板是實(shí)現(xiàn)CPU的最小系統(tǒng)，采用S3C2440ARM9芯片作為處理器，F(xiàn)lash采用64MB的K9F1208UDM―YC80芯片，主存采用64M的SDRAM，而外圍通信接口的設(shè)計(jì)，考慮到不同的需求，設(shè)計(jì)了以太網(wǎng)和通用串行總線(xiàn)口USB以及串口（UART）通信接口，為終端和外界的通信提供了可選的方式。圖2為整個(gè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖。4.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)由于車(chē)輛導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)多任務(wù)性、實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性的要求比較高，因此本系統(tǒng)采用了VxWor

5、ks嵌入式操作系統(tǒng)。它包括了進(jìn)程管理、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、文件系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及系統(tǒng)應(yīng)用等幾個(gè)部分，而且高度可裁減，只占用很小的存儲(chǔ)空間，保證了其能以較高的效率運(yùn)行于導(dǎo)航系統(tǒng)中。應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)包括電子地圖和導(dǎo)航應(yīng)用程序設(shè)計(jì)：（1）電子地圖的設(shè)計(jì)電子地圖的設(shè)計(jì)包括圖形界面和地圖數(shù)據(jù)庫(kù)兩部分。本系統(tǒng)通過(guò)VxWorks的WindML（WindRiverMultimediaLibrary）實(shí)現(xiàn)了電子地圖的圖形界面。WindML主要是用來(lái)實(shí)現(xiàn)基本的圖形、視頻和音頻技術(shù)以及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序框架，它提供了一個(gè)統(tǒng)一的圖形硬件接口以及處理輸入設(shè)備和輸入設(shè)備事件的能力。電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)結(jié)

6、構(gòu)采用了Arc―Node結(jié)構(gòu)。6該結(jié)構(gòu)的基本原理是在允許的精度范圍內(nèi)，通過(guò)加入多個(gè)節(jié)點(diǎn)將現(xiàn)實(shí)中的真實(shí)道路用一系列線(xiàn)段來(lái)模擬或近似表示，整個(gè)道路網(wǎng)絡(luò)就是由Arc（小段的線(xiàn)段）和Node（Arc的兩個(gè)端點(diǎn)）組成，并具有明確的拓?fù)潢P(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃。（2）導(dǎo)航應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)導(dǎo)航應(yīng)用程序包括了對(duì)電子地圖的操作、GPS定位、收發(fā)短消息、語(yǔ)音提示、人機(jī)接口等功能的實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)中，根據(jù)VxWorks提供的良好的多任務(wù)特性，將不同的導(dǎo)航功能模塊分給了不同任務(wù)去執(zhí)行，通過(guò)任務(wù)間通信機(jī)制保證多任務(wù)的同步。其中系統(tǒng)的主任務(wù)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)備的初始化（如串口、看門(mén)狗的配置等）、電子地圖的初始化和首

7、次顯示、發(fā)起子任務(wù)等功能。主任務(wù)中發(fā)起了四個(gè)子任務(wù)，分別負(fù)責(zé)響應(yīng)用戶(hù)的輸入、標(biāo)準(zhǔn)串口的數(shù)據(jù)輸入、ISA總線(xiàn)16C554的數(shù)據(jù)輸入以及實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃算法。前三個(gè)功能獨(dú)立出來(lái)是因?yàn)檫@些功能的觸發(fā)時(shí)間都是不確定的，需要單獨(dú)監(jiān)視；最后一個(gè)則因?yàn)樾枰^大的運(yùn)算量。這里只以接收串口數(shù)據(jù)的子任務(wù)為例進(jìn)行分析。該任務(wù)需要監(jiān)視兩個(gè)串口的信息：GPS數(shù)據(jù)和從語(yǔ)音模塊返回的狀態(tài)信息。VxWorks將I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)成為與設(shè)備無(wú)關(guān)的接口，因此對(duì)串口的操作可以視為對(duì)文件的操作。6串口的打開(kāi)，關(guān)閉和寫(xiě)操作均比較簡(jiǎn)單，而串口的讀操作采用