基于嵌入式LINUX的车载导航系统设计

嵌入式车载导航系统设计

基于嵌入式LINUX的车载导航系统设计

谭林，戴瑜兴

（湖南大学 长沙 410012）

摘要：本文提出了以ARM器件为CPU，以嵌入式Linux为软件内核的GPS车载导航系统的设计思想，Linux操作系统是一个开源、免费的嵌入式系统，ARM是当前全球领先的32位RISC微处理器内核，这样的设计，导航系统功能强大，性价比高，在车载导航系统中有广泛的应用前景。

关键字：嵌入式系统，ARM，LINUX

中图分类号：TP302 文献标识码：B

The Design on Automobile Navigation System Based on LINUX

TanLin，DaiYu-xing

Abstract: In the paper, it is put forward the general design idea in which an ARM controller is used as CPU and Embedded Linux is used as the core of software. Linux is an open and free embedded system, ARM is an excellent 32-bit RISC CPU core. This design can resolve the question of costliness and has the widespread application in the embedded Automobile navigation systems.

Keywords: Embedded System, ARM, LINUX

1 引言

车载电子设备在技术水平上的不断提高已经成为现代汽车发展的重要标志之一，而车载导航设备是其中重要组成部分。它要将数据通讯系统，影音娱乐系统，定位系统，电子控制系统实时显示出来，让用户得到充分的驾驶信息，以ARM及嵌入式操作系统为技术核心，为车辆驾驶者提供安全行驶所必需的路况、地理信息的车载导航系统目前正在全世界得到越来越广泛的应用，大大提高了用户驾驶体验与车辆运行的安全性。

但目前市场上的车载导航系统多使用WinCE作为操作系统，不仅软件使用价格昂贵，而且对硬件要求较高，运行速度偏慢。本文提出并设计了一种基于GPS和GPRS，使用嵌入式32位处理器和嵌入式Linux的车载导航系统。该系统采用S3C2440A:32位ARM920T内核处理器，外部扩展GPS接收模块及GPRS通讯模块，显示部分采用SAMSUNG 4.3寸480×272分辨率宽屏TFT真彩液晶。底层采用嵌入式Linux操作系统，具有源码开放、易移植、模块化、资源丰富的优势。图形用户界面(GUI)采用Qt/Embedded软件进行开发。

本文着重从GPS与GPRS数据接收与发送, 嵌入式Linux总体架构，多线程技术在Qt中应用等方面进行论述。

2 系统总体结构及软件开发平台

系统整体结构如图1所示，本系统采用SAMSUNG公司的S3C2440A嵌入式处理器，标称工作频率：400MHz；CPU内置STN/CSTN/TFT LCD控制器，支持1024ⅹ768分辨率以下的各种液晶；以太网控制器；1通道5线制串口，2通道3线制串口，CAN接口，SPI接口，RTC实时时钟等；通过RS232外接GPS接收仪及GPRS模块; 系统外扩64NB SDRAM，用于操作系统内存空间，存放动态数据和运行程序; 系统外扩64MB Flash空间，用于存放

[1]Linux内核，文件系统，应用程序和用户数据。

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图1 系统结构

系统软件基于嵌入式Linux操作系统，并选择Qt/Embedded作为图形用户界面（GUI）开发环境。Qt是Trolltech公司推出的跨平台的应用程序框架，Qt/Embedded是Qt面向嵌入式应用的版本，一次编写，随处编译。 Qt特有的信号/槽（singal /slot）机制，加强了对象间通信的灵活性；通过裁剪去掉无关模块可以调整库文件的大小，适合嵌入式系统使用；在QT中支持OpenGL接口和矢量图形格式SVG. 能充分满足导航系统绘图需要。系统从GPS实时获取车辆位置（包括经纬度与时间等）和运行信息（包括车速与方向等），在电子地图上显示相关导航信息，用户通过触摸屏操作，提供地图漫游、地图查询和道路信息管理等功能。

3 GPS/GPRS系统的组成原理及构成

(1) GPS定位基本原理

[2]GPS的定位原理实质上就是测量学的空间测距定位，利用在平均20200km高度均匀

分布在6个轨道的24颗卫星，发射测距信号码和载波，用户通过接收机接收这些信号测量卫星至接收机之距，通过一系列方程演算，便可知地面定位坐标。用户测得的到卫星的距离称为“伪距”，它不是用户到卫星的真正距离，其中还包括卫星时钟的偏差，用户时钟的偏差信号，传播延迟引起的测距误差等，因此在至少收到三颗卫星后，即可计算出平面坐标（经纬度）值，收到四颗则可在计算出方程值，这就是GPS的基本定位原理。

图2 GPS定位原理图

[(xi–x)+ (yi–y)+ (zi–z)]+C(Vti–Vt0)=di 方程式中各个参数意义如下:

x,y,z 为待测点坐标的空间直角坐标。xi、yi、zi (i=1, 2, 3, 4)分别为4颗卫星在t时刻的空间直角坐标，可由卫星导航电文求得。Vti (i=1, 2, 3, 4)分别为4颗卫星的卫星钟的钟差，由

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卫星星历提供。Vt0为接收机的钟差。由以上方程即可解算出待测点的坐标 x,y,z 和接收机的钟差Vt0

(2) GPRS网络结构及传输原理

GPRS是在原有的GSM网络中增加了两个节点：SGSN(Serving GPRS SupportNode，服务GPRS节点）和GGSN（Gateway GPRS SupportNode，网关GPRS节点），SGSN的主要作用就是记录车辆的当前位置信息，并在车辆和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收，GGSN主要是起网关作用，它可以和许多不同的数据网络连接。GGSN提供了GPRS网络与Internet的接口，而SGSN负责联系移动终端和GGSN，应此，一个完整的GPRS通讯过程就是车载终端发出的数据先传至BSS（Base Station System基站系统），经由GPRS网络传至GGSN,通过GGSN接入Internet，在Internet上依靠TCP协议传给上位机，终端接收数据的流程则与此相反，GPRS数据收发在网络层使用TCP/IP协议。

4 系统软件的设计与实现

(1) 系统软件结构

主要由以下模块组成：用户界面显示模块、GPRS通讯模块、GPS定位模块、地图匹配

图3 系统软件结构总体框图

模块、路径规划模块、电子地图模块、底层通讯模块等。

用户界面显示模块：用户与车载导航系统交互的平台，通过调用其它模块起到信息交互的作用；GPRS通讯模块：将用户驾驶信息及车况信息实时传送至远程监控端，不仅起到记录车况的作用，而且还能防盗；GPS定位模块：实时接收卫星定位数据，包括经纬度，时间，海拔，即时速度等；地图匹配模块：根据GPS定位获得的数据，与系统中存储的地图信息进行匹配，获得车辆周围的地理信息，为用户提供参照；路径规划模块：用户输入起始坐标和终点坐标，系统自动计算最近道路，从而起到车辆导航的作用；底层通讯模块：通过CAN总线及232总线，获取车辆各种信息，从而在用户显示界面上显示出来。

(2) Linux在S3C2440上的移植

嵌入式Linux管理整个导航系统的硬件设备并对所有程序进行调度[3]，是软件系统的核心。由于Linux是面向PC机的操作系统，将其用于嵌入式领域，需要进行移植，它一般包括启动加载代码（Bootloader）的移植、内核移植、驱动程序的编写、文件系统的构建等。

将U-boot源代码在ADS环境下进行编译，将编译成功的二进制代码烧写到开发板所带Flash上，然后在上电启动。Bootloader首先完成硬件设备的初始化，然后设置Linux内核的启动参数，最后调用Liuux内核，直接跳转到Linux内核的第一条指令处。

从Linux的方式看待设备可区分为3种基本设备类型：字符设备，块设备，或者网络设备。车载导航系统设备驱动程序由以下三个部分组成：（1）自动配 …… 此处隐藏：3095字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……