基于ARM的車載GPS智能導航系統(tǒng)

單片機與嵌入式系統(tǒng)

陸健青顧杰等

摘要： 本嵌入式GPS導航系統(tǒng)的硬件核心是三星公司ARM9系列中的16/32位RISC處理器S3C2410A芯片,，該芯片強大的實時處理能力和豐富的外圍接口非常適合嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)，本系統(tǒng)正是基于該芯片的這些特點而設計的,。系統(tǒng)框圖如圖1所示,。

關鍵詞： 微處理器|微控制器 GPS ARM 導航系統(tǒng) S3C2410A

Abstract：

Key words :

1 引言

隨著中國的城市化的程度不斷加快，使得越來越多的人口與事業(yè)單位集中在一個“狹小”范圍內(nèi)生活與工作。城市的迅速“膨脹”直接導致了交通網(wǎng)絡的日趨復雜,，人員流動的日益頻繁也使得每個人對空間信息有了更多的依賴,。人們更加關心“當前我在哪里？”“目的地在哪里,？”“如何到達,？”等問題。而以嵌入式系統(tǒng)為平臺的數(shù)字地理集成應用方案可以有效地解決這些矛盾,。在此背景下,，本文給出了基于ARM的嵌入式解決方案。

2　硬件實現(xiàn)

本嵌入式GPS導航系統(tǒng)" title="導航系統(tǒng)">導航系統(tǒng)的硬件核心是三星公司ARM" title="ARM">ARM9系列中的16/32位RISC處理器S3C2410A芯片,，該芯片強大的實時處理能力和豐富的外圍接口非常適合嵌入式系統(tǒng)的開發(fā),，本系統(tǒng)正是基于該芯片的這些特點而設計的。系統(tǒng)框圖如圖1所示,。

　　該系統(tǒng)以S3C2410A微處理器為核心,，與2片32M的SDRAM(HY57V561620CT)和一片64M的NAND Flash(K9F1208U0B)組成了最小系統(tǒng)。外部添加了用于接收GPS信號的GPS模塊,，用于顯示的液晶面板以及一片UDA1341TS的聲音芯片,。此外，為了調(diào)試的方便,，我們還增加了一片CS8900A的10M網(wǎng)卡芯片,。

圖１　　系統(tǒng)框圖

3　系統(tǒng)平臺的建立

系統(tǒng)平臺的建立主要包括兩部分，即宿主機（PC機）上操作系統(tǒng)的選擇和交叉編譯器工具鏈的建立,。

　　PC機上的操作系統(tǒng)可以有多種選擇：安裝Linux發(fā)行版,、在Windows下使用虛擬機或者使用Cygwin。由于現(xiàn)今Microsoft Windows統(tǒng)領著全球超過半數(shù)的PC機（在中國Windows占據(jù)近90%的份額）,，許多開發(fā)者開始使用虛擬機等手段來實現(xiàn)在Windows平臺下進行嵌入式Linux的開發(fā),，但這些方法都會或多或少地帶來些兼容性問題。開發(fā)嵌入式Linux最好的選擇便是在PC機上安裝Linux發(fā)行版,，因為這樣與Windows毫無關聯(lián),，可占有系統(tǒng)全部資源，擁有系統(tǒng)最高性能和最佳的兼容性,。

　　在建立交叉編譯器工具鏈方面必須注意一點的便是C運行庫的選擇?，F(xiàn)在可供選擇的C運行庫有glibc, uClibc以及newlib等。glibc是由GNU項目提供的標準C運行庫,，它針對PC應用設計,，較龐大，但能提供最優(yōu)的兼容性,。如果一般的嵌入式開發(fā)可選用uClibc,。uClibc原本是uCLinux開發(fā)過程中的一個C語言庫,，現(xiàn)已經(jīng)獨立于uCLinux項目并且進一步完善。它對glibc的大部分函數(shù)進行了重寫,，并且目標就定位于嵌入式,，所以其相對glibc而言要小巧很多。此外由于它的函數(shù)與glibc保持一致,，這樣很多原本基于glibc開發(fā)的軟件基本無需改動便可改用uClibc編譯運行,，使得在嵌入式系統(tǒng)上占用的內(nèi)存和磁盤空間更少。但由于畢竟不是標準的C運行庫,，因此uClibc擁有著一定的兼容性問題,。

　　本系統(tǒng)選用了Fedora Core 5作為宿主機（PC機）的操作系統(tǒng)以及分別使用buildroot和crosstool建立兩條采用不同的C運行庫的交叉編譯器工具鏈。由于我們系統(tǒng)開發(fā)需要使用U-Boot的TFTP功能下載Linux內(nèi)核以及Linux的NFS網(wǎng)絡文件系統(tǒng),，所以首先需要對Fedora Core 5設置TFTP以及NFS,，而后需要設置一個串口通信軟件與開發(fā)板互動，本系統(tǒng)選擇了Kermit,。

　　使用兩條采用不同C運行庫的交叉編譯器工具鏈的主要原因在于,，我們的導航應用程序使用uClibc有兼容性問題，所以不得不采用glibc,。而為了減少占用資源,，我們U-Boot、Linux內(nèi)核和Busybox仍然采用的是uClibc,。

　　本課題主要環(huán)境設置如下：

課題主目錄	/Project
編譯器目錄	arm-linux-uclibc-	/Project/toolchina/uclibc/buildroot/build_arm_nofpu/ staging_dir
	arm-unknown-linux-gnu-	/Project/toolchain/glibc/tools/gcc-4.1.0-glibc-2.3.2/ arm-unknown-linux-gun
NFS目錄	/Project/nfs
TFTP目錄	/tftpboot
PC機的IP地址	192.168.0.110
開發(fā)板的IP地址	192.168.0.3

4　應用軟件的開發(fā)

在系統(tǒng)平臺建立之后,，Linux操作系統(tǒng)提供了底層的操作，包括文件系統(tǒng)的管理,、內(nèi)存分配以及基本flash的燒錄讀取,，但并沒有提供友好的顯示界面。同時也為了實現(xiàn)地理數(shù)據(jù)的顯示和導航,，就需要在操作系統(tǒng)上放入圖形用戶界面支持系統(tǒng)和地理信息開發(fā)平臺,。為此我們分別選擇了MiniGUI和mGIS。

　　　　　　　　　　　　　圖3是應用軟件的流程圖

整個軟件系統(tǒng)依靠響應不同窗口或者控件發(fā)出的事件,，來實現(xiàn)各種功能,。通過主窗口建立后注冊mGIS控件，可以較為方便的實現(xiàn)一些常用的地圖操作,。主窗口建立后，將會創(chuàng)建許多用于子窗口,，包括用于顯示經(jīng)緯度信息,，時間。速度的靜態(tài)框,，用于實現(xiàn)快速便捷操作的工具欄,，用于實現(xiàn)GPS功能關閉和地圖數(shù)據(jù)加載的菜單欄,。

　　　　　　　　　　　圖4 GPS接收模塊流程圖

5　總結(jié)和展望

“Find My Way”（完成項目的名稱）嵌入式移動地圖導航系統(tǒng)經(jīng)過最初設計、實現(xiàn)及應用檢驗,，已經(jīng)具備基本的功能,，可初步滿足個人移動導航信息系統(tǒng)的需求。能完成數(shù)字地圖的加載,、縮放,、拖動、搜索,、簡易導航,、測距、GPS功能開閉等功能,。同時我們也摸索出了一整套較為可行的矢量地圖的制作方法,能依據(jù)使用的場合不同,，較快速的完成地圖數(shù)據(jù)源的制作及相關信息的添加，有一定的擴展能力,。當然由于時間和能力的有限,，這款產(chǎn)品也有其一定的不足，值得進一步的深入研究,，例如：在打開GPS接收模塊之后,，系統(tǒng)的響應速度將有顯著的下降，雖然已經(jīng)對Linux核心和編譯器經(jīng)過適當?shù)膬?yōu)化,，但情況并沒有顯著的改善,。問題可能在硬件平臺的處理速度和可調(diào)用的資源有限，也有可能在軟件接收上的程序結(jié)構不合理,，嵌套過多,。GPS接收信號有時會發(fā)生信號接收的不穩(wěn)定，出現(xiàn)信號的偏移,，超過標稱的誤差值,。問題可能在開發(fā)平臺的設計電路中對于數(shù)據(jù)信號線的排版上，沒有使信號線等距,，也沒有設置合理的信號隔離和保護帶,，導致最終出現(xiàn)了不應有的誤差。但從軟件上著手,，如何糾正這樣的誤差也是值得研究的一個方向,。在本課題中只實現(xiàn)了固定點的導航，并不能完成從任意點至任意點的導航,。導航功能可以從軟件方面繼續(xù)深入的研究,，包括對地圖格式的選擇等。這些都是將來值得完善之處,。