ARM的嵌入式車載GPS定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 ARM的嵌入式車載GPS定位系統(tǒng)設(shè)計(jì) 0 前言 車載定位系統(tǒng)作為車載信息系統(tǒng)的重要部分，利用GPS等裝置，以一定精度實(shí)現(xiàn)車輛定位，包含位置、速度和行車方向等車輛姿態(tài)信息。繼一些國(guó)家之后，我國(guó)一些科研院所和高校也開始研究自己的車載定位系統(tǒng)，市場(chǎng)空前的繁榮。但是傳統(tǒng)系統(tǒng)功能單一、集成度不高。隨著ARM處理器在范圍的流行，32位的RISC嵌入式處理器已經(jīng)成為嵌入式應(yīng)用和設(shè)計(jì)的主流。同時(shí)嵌入式Linux是一個(gè)非常好的的操作系統(tǒng)內(nèi)核，具有穩(wěn)定、良好的移植性、的網(wǎng)絡(luò)功能、完備的各種文件系統(tǒng)的支持、以及標(biāo)準(zhǔn)豐富的API等特點(diǎn)。因此，本文提供了一套具有先進(jìn)性及工程實(shí)用性的車載定

2、位系統(tǒng)整體解決方案，使得系統(tǒng)的性能、集成度和可擴(kuò)展性大大提高。 1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 1.1 系統(tǒng)的整體硬件設(shè)計(jì) 本文車載信息系統(tǒng)由以下幾部分組成：主控制部分、定位部分、通信部分、數(shù)據(jù)采集部分、顯示部分，如圖1所示。 圖1 車載定位系統(tǒng)總體硬件設(shè)計(jì)方案 主控制部分采用了三星公司基于ARM920T的S3C2410和Linux的嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)，完成整個(gè)系統(tǒng)的控制。其主要包括電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、存儲(chǔ)模塊電路、JTAG接口電路、串行口電路、LCD接口、SPI接口以及按鍵電路的設(shè)計(jì)。主控模塊通過(guò)串行口、SPI接口、LCD接口與擴(kuò)展模塊相連接構(gòu)成整個(gè)硬件系統(tǒng)。 1.2 GPS模塊的硬件設(shè)計(jì)與制作

3、定位部分采用了自行設(shè)計(jì)和制作了基于瑞士U-BLOX公司LEA-4S芯片的GPS接收模塊。在此給出了GPS接收模塊的整體設(shè)計(jì)，如圖2所示。 圖2 GPS接收模塊的整體設(shè)計(jì) u-blox的GPS部分分為兩部分。采取數(shù)字/模擬分開設(shè)計(jì)的方法，有效提高了模塊的抗干擾能力。在硬件的設(shè)計(jì)制作過(guò)程中。也是分為兩步，即模塊部分和數(shù)字部分。模擬部分主要由天線接入端及天線供電部分/檢測(cè)電路構(gòu)成。 天線選用3v供電的有源天線，增益27dB左右，噪聲系數(shù)1.5dB左右。天線接入模塊較為復(fù)雜，從GPS有源天線接收的信號(hào)頻率高選1.575C,屬于微渡范圍。PCB設(shè)計(jì)需要滿足天線座到模塊RF_IN端的阻抗匹配為50。 模塊

4、供電電源穩(wěn)壓電路為5v轉(zhuǎn)3v的五腳LDO,對(duì)電壓穩(wěn)定精度較高，要求輸出紋波在50mV以下，電流為150mA左右，這里選用精工的SOT-23-5封裝的LDO S-1112 3.0V,能滿足電源供給的要求。后備3V可充電微型鋰電池則為數(shù)據(jù)保存作用。 選擇電路為波特率的選擇及速率選擇?；蚴菃?dòng)速度之類的選擇，一般可以用默認(rèn)值。 數(shù)字部分硬件相對(duì)簡(jiǎn)單，LEA-4S為兩路TTL電平輸出，分別為9600/11520波特率，分別支持國(guó)際通用GPS協(xié)議NMEA及u-blox公司的UBX二進(jìn)制格式。在本設(shè)計(jì)中，通過(guò)串口O提取ASCII碼，串口數(shù)據(jù)通過(guò)MAX232電平轉(zhuǎn)換為RS232電平。另外，將GPS模塊的發(fā)送

5、端和接收端經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后與審口DB9交叉相連。 2軟件平臺(tái)的搭建 系統(tǒng)的軟件平臺(tái)的搭建其實(shí)就是嵌入式linux操作系統(tǒng)的移植移植工作，主要包括4步：建立交叉編譯環(huán)境，移植引導(dǎo)程序，編譯內(nèi)核，生成根文件系統(tǒng)。 交叉編譯工具主要由gcc,binutils和glibc這幾部分組成。由于重新建立一個(gè)交叉編譯工具鏈比較復(fù)雜也沒(méi)有任何意義，所以本文使用已經(jīng)做好的工具鏈。因此建立交叉編譯環(huán)境的過(guò)程實(shí)際就是對(duì)工具包c(diǎn)ross-3.3.2.tar.bz2解包的過(guò)程。 本文移植的Bootloader是韓國(guó)Mizi公司開發(fā)的vivi.首先在根目錄下創(chuàng)立一個(gè)armsys2410目錄，對(duì)vivi_armsys.tgz執(zhí)行

6、解壓命令。解壓完成后進(jìn)人vivi_armsys.執(zhí)行命令makememmonfig,然后選擇Load on Alternate Configuration File菜單，再寫入arch/def-co-igs/smdk2410,開展vivi的裁剪。執(zhí)行make命令開展編譯，在vivi_armsys目錄下生成vivi二進(jìn)制文件。將其燒寫到Flash. 內(nèi)核的編譯通過(guò)命令make menueorffig開展內(nèi)核的配置；通過(guò)命令make dep建立依賴關(guān)系；通過(guò)命令make zlmage建立內(nèi)核。得到Linux內(nèi)核壓縮映像zhnage.通過(guò)vivi命令提示模式下使用命令，將壓縮映像文件zlmge裝載到

7、flash存儲(chǔ)器中。 Linux支持多種文件系統(tǒng)。cramfs是Linus Torvalds撰寫的只具備基本特性的文件系統(tǒng)。本文使用mkcramfs工具對(duì)主機(jī)里已有cramfs文件系統(tǒng)開展制作和壓縮。也要燒寫到flash的相應(yīng)部分。 3 GPS模塊驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā) Linux將設(shè)備分為基本的兩大類，字符設(shè)備和塊設(shè)備。字符設(shè)備是單個(gè)字節(jié)為單位開展順序讀寫操作，通常不使用緩沖技術(shù)；而塊設(shè)備則是以固定大小的數(shù)據(jù)塊開展存儲(chǔ)和讀的。 GPS模塊驅(qū)動(dòng)程序是在UART驅(qū)動(dòng)程序的根底上參加對(duì)GPS模塊初始化和對(duì)GPS模塊輸出數(shù)據(jù)處理的部分，構(gòu)建一個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)模塊，在導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)實(shí)時(shí)導(dǎo)航工作模式時(shí)掛接到系統(tǒng)內(nèi)核中，

8、實(shí)現(xiàn)GPS功能。 3.1 初始化/去除模塊 在初始化程序段中要完成對(duì)GPS設(shè)備的注冊(cè)，設(shè)備節(jié)點(diǎn)的創(chuàng)立和對(duì)串口相關(guān)存放器的初始化。部分代碼如下： 3.2 兩個(gè)數(shù)據(jù)構(gòu)造定義 模塊驅(qū)動(dòng)的終目的就是取得GPS信息，因此規(guī)范GPS數(shù)據(jù)是對(duì)數(shù)據(jù)傳遞的可靠性和速率都是有益的。 struct GPS_DATA unsigned int hour;/小時(shí)，24小時(shí)制 unsigned int minute;/分 unsigned long Second;/秒，精度小數(shù)點(diǎn)后三位 unsigned long latitude;/緯度 unsigned char southornorth;/緯度屬于南北的標(biāo)志碼 un

9、signed long longitude;/經(jīng)度 unsigned char eastorwest;/經(jīng)度屬于東西的標(biāo)志碼 ;/其中包括了在導(dǎo)航系統(tǒng)中所需的幾個(gè)重要數(shù)據(jù)。 另外還有對(duì)驅(qū)動(dòng)模塊文件操作構(gòu)造的定義。即： static struct file_operations gps_fops=ead:gps_read, rite:gps_write, octl:gps_ioctl, open:gps_open, elease:gps_release, ;/定義了設(shè)備操作映射函數(shù)構(gòu)造。 3.3 驅(qū)動(dòng)程序的模塊操作 在導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)入GPS導(dǎo)航模式時(shí)，系統(tǒng)首先是將GPS模塊注冊(cè)到操作系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)初始

10、化過(guò)程，再通過(guò)gps_open函數(shù)打開設(shè)備，此過(guò)程中完成對(duì)中斷、緩沖區(qū)以及定時(shí)器等資源的申請(qǐng)，為GPS數(shù)據(jù)讀取做準(zhǔn)備。通過(guò)gps_write（）向模塊寫命令字來(lái)是自主地選擇工作模式，gps_ioctl（）則是選擇串口傳輸模式，使之與GPS模塊傳輸模式相匹配。之后的應(yīng)用程序?qū)?chuàng)立一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程為開展GPS數(shù)據(jù)的讀取gps_read（），該進(jìn)程沒(méi)有數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)程會(huì)一直處于睡眠等待數(shù)據(jù)，有數(shù)據(jù)來(lái)，進(jìn)入中斷處理模塊，完成數(shù)據(jù)的分析，生成GPS_DATA數(shù)據(jù)構(gòu)造，供導(dǎo)航使用。這個(gè)進(jìn)程是隨著導(dǎo)航模式的切換而終止的，此時(shí)除了關(guān)閉進(jìn)程外，還需要用gps_release（）釋放申請(qǐng)的所有資源，并關(guān)閉設(shè)備。 3.4應(yīng)

11、用程序的實(shí)現(xiàn) GPS模塊通過(guò)串口輸出NMEAO183語(yǔ)句，而應(yīng)用程序主要完成對(duì)GPS數(shù)據(jù)的采集與解析。NMEA0183輸出語(yǔ)句多達(dá)十余種，任意一種定位語(yǔ)句都包含一定的定位數(shù)據(jù)，由于以$GPRMC開頭的語(yǔ)句包含了本系統(tǒng)所需的所有定位信息，本系統(tǒng)只需研究該類型。該類型定位數(shù)據(jù)的各個(gè)符號(hào)位的含義如下所示。 表1 $GPRMC幀基本格式的描述 應(yīng)用程序的整體設(shè)計(jì)流程如圖3所示。 圖3 軟件設(shè)計(jì)整體框圖 從圖3可以看出，系統(tǒng)開始運(yùn)行后首先對(duì)串口的初始化就是對(duì)GPS模塊韌始化，包括設(shè)置波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位等，然后開始接收GPS數(shù)據(jù)。即從串口讀數(shù)據(jù)。井將讀到的數(shù)據(jù)保存到BUF中；接著進(jìn)入數(shù)據(jù)的解析和提取階段。通過(guò)BUF等不等于c判斷是苦為$GPRMC;若是，則開始提取經(jīng)緯度、時(shí)間等信息并存入構(gòu)造體GPS_DATA中。通過(guò)LCD顯示出來(lái)。 4 結(jié)束語(yǔ) 本文給出了基于ARM9