基于嵌入式LINUX车载导航系统设计Word下载.doc

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　　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Linux内核，文件系统，应用程序和用户数据。

　　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。

　　3GPS/GPRS系统的组成原理及构成

（1）GPS定位基本原理

　　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2GPS定位原理图

　　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（ServingGPRSSupportNode，服务GPRS节点）和GGSN（GatewayGPRSSupportNode，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（BaseStation 

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、地图匹配模块、路径规划模块、电子地图模块、底层通讯模块等。

　　图3系统软件结构总体框图

　　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，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）自动配置和初始化子程序。

初始化子程序首先运行，负责检测硬件设备是否存在和能否正常运行；

（2）中断服务子程序。

由嵌入式Liuux系统来接收硬件中断，再通过系统来调用中断服务子程序；

　　（3）服务于I/O请求的子程序。

对I/O设备进行存取。

将编写好的设备驱动编译到内核中，在系统启动时和内核一起启动。

　　文件系统构成了Linux系统上所有数据的基础。

经过比较，系统设计时决定使用Cramfs文件系统，当访问文件时，Cramfs文件系统自动的将要访问的文件解压到RAM中，会尽可能给实际执行的应用程序保留RAM空间，而且可以为运行时解压缩挪出额外的CPU周期。

使用mkcramfs命令生成cramfs镜像文件，再将其下载到系统中去，Linux启动时自动加载根文件系统，完成系统的启动。

　　（3）多线程技术在Qt中的应用

　　在具有图形用户界面的Qt应用程序中，主线程由GUI线程充当，它同时拥有一个或多个非GUI线程作为工作线程来处理其它耗时操作，例如不断更新的车辆方向、速度，地图的匹配等。

这样，即使在负载很重的情况下，应用程序也可以保证图形用户界面的响应。

依赖Qt提供的多线程技术，使得该导航系统中的多数据交互成为可能，GUI线程在调用了exec（）函数后，要么等待一个事件，要么处理一个事件，每一个线程都可以有自己的事件循环，如图4所示，起始线程通过QcoreApplication:

:

exec（）启动事件循环，其他非GUI线程通过Qthread:

exec（）启动各自的事件循环。

　　图4Qt线程事件模型

　　5结论

　　本文作者的创新点：

（1）将嵌入式Liuux操作系统用于车载导航系统，是对传统的车辆导航系统的重大改进，成本大幅降低，同时利用Linux系统的多线程技术，可以解决系统中多个任务并行处理的问题，保障了系统的稳定性、可靠性，提高了系统的运行速度。

（2）显示系统采用Qt/Embeded软件进行用户显示界面设计，一次编写，随处编译，方便移植到各种不同的平台，只需重新编译即可，使用开源版节约大量软件授权费用，这些都是传统WinCE程序所不能比拟的。

　　（3）目前本系统已经装载在车上试运行，实践证明本系统能实时显示车辆当前运行状况，快速响应用户操作，为驾驶者提供良好的导航信息