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4.1.5性能标准-23-

4.1.6测试结果-23-

4.1.7结论-23-

4.1.7研究难点及特色-23-

第1章绪论

本文介绍了基于3G网络的终端设备实现了汽车的无线通信功能，提供了基于网络的多种服务。

通过构建嵌入式最小系统，采用扩展通讯接口的方式与3G通讯模块构建内部路由实现了基于嵌入式系统的3G通讯终端。

1.1选题背景及其意义

近年来，由于电子技术的不断发展，网络的不断升级，特别是无线网络技术的发展彻底的改变了人们的生活方式，汽车电子产品市场规模日益扩大，汽车电子的应用也不断深入。

目前，汽车电子产品分布情况是：

动力系统占37%，车辆安全控制占24%，车辆底盘与悬架系统占16%，娱乐占12%，舒适占11%。

汽车除了作为交通工具外，驾驶的安全、舒适和完备的娱乐通信功能正逐渐得到业界的重视。

在这种发展趋势的推动下，车载移动多媒体系统（CarMobileMultimedia）近年来逐渐成为全球范围内一种新兴的高技术产业。

车载娱乐系统已成为消费电子行业中的第三大户,从销售数量来看，仅次于个人和家庭娱乐系统。

所谓的车载信息系统，就是给汽车提供通讯，娱乐，移动办公功能的系统总称,它和汽车性能的本身并没有直接的关系[1]。

“娱乐，舒适，安全”已经成为车载多媒体系统的发展主题。

在这个主题下，车载多媒体系统正在演变为一个融合各种新兴技术的大平台。

车载多媒体系统可以分为汽车信息通讯及显示系统和车载视听娱乐系统两大类。

前者主要包括车载通讯系统，电子导航系统，智能交通系统和车载网络系统；

而汽车音响系统（车载MP3/CD/收音机）、车载电视娱乐系统（车载DVD/车载数字移动电视）等纳入后者范畴。

随着技术的发展，这种在过去泾渭分明的区隔开始出现模糊化的趋势，集成化趋势日趋明显。

目前市场出现的车载媒体系统主要有三类即：

车载DVD/MP3播放器和调频收音机设备，汽车导航设备（主要集成GPS电子导航系统，CMMB数字移动电视和媒体播放器等）和车载电脑系统。

其中第一类车载DVD／MP3和调频收音机以逐渐被导航设备所淘汰，不过仍然有大量的汽车中装载这种设备，主要是以前的车型和低挡车中。

车载电脑系统是现在新兴的一种媒体设备，其功能强大，可扩展性强被现在汽车厂商所看好，一些豪华车型如奔驰宝马等已装备车载电脑系统，但车载电脑系统最大的缺点就是成本高，稳定性差，安装维护难以及体积大等因素导致车载电脑系统目前不能大规模应用[4]。

汽车导航系统是目前应用最广泛实用性最强稳定性也较强的一种车载媒体设备，现已被广大厂商和用户所接受，其特点主要是体积小装载方便功耗小，也具备一定的娱乐功能，而且成本也可以控制，对用户来讲操作也比较简单，所以据业内人士预测在中国虽然车载导航系统已经发展的相当成熟但仍然潜在很大的市场。

但是车载导航系统也存在一个明显的问题，虽然其功能比传统的车载DVD设备要强很多，但仍然满足不了人们对于网络通讯方面的要求，虽然有的导航系统中也有数字移动电视的功能，但这种功能在使用上有一定的区域限制，所以在应用上不能做到随时随地了解信息。

随着无线网络技术的发展特别是３Ｇ网络的开通对于人们的生活方式将产生了很大的改变，随时随地的可以利用网络与外界沟通联系，所以对于车载娱乐的范围又一次提出了一个新的概念，人们不再满足享受几首音乐的感觉，而要能够体验与外界的联系，所以单纯的导航和媒体播放将会失去现在的地位。

在国外，特别是美国，欧洲，日本等发达国家３Ｇ起步较早现在应用比较成熟，对于３Ｇ应用车载媒体系统也有比较成熟的案例，如奔驰配备3G-UMTS移动终端的轿车已经推向市场，这辆试验车辆上的3G-UMTS包含了大多数移动通信和信息娱乐功能，另外还拥有两台设备之间的现场视频会议功能，高速视频流速度，它保证了大容量电子邮件下载和视频点播成为可能。

其他的功能还有：

交互式的城市向导功能，宽带高速接入互联网，视频监控系统和一款足球游戏。

即使不接入网络，该终端仍然有定位系统和视频交通信息的功能。

而中国３Ｇ才刚刚起步，以国外的发展趋势来看３Ｇ终端产品的发展是时代的潮流，虽然国内３Ｇ技术起步较晚但并不影响国内市场对３Ｇ应用的需求，特别是汽车多媒体这个庞大的产业市场更是走在技术前沿，对这种高新技术的需求巨大[2]。

本课题正是针对目前这种庞大的市场需求以及３Ｇ技术的实用性所研发的一款集导航、３Ｇ通讯、网络视频、媒体播放和网络游戏于一体的车载多媒体系统，集成了传统的媒体播放设备导航系统，增加３Ｇ网络通讯模块，使其能够实现正常的导航功能和媒体播放功能的同时随时随地的可以上网，进行信息交流，也可以不受地域限制召开网络电视会议。

由于本课题采用嵌入式系统的设计方案，在性能上可以轻松满足稳定性，安全性，方便性，美观性的要求。

由于嵌入式系统最大的特点是可裁剪和模块化设计，所以在功耗，成本上都可以进行优化设计。

系统采用Ｌｉｎｕｘ系统，对后期扩展升级更是方便快捷。

随着国家颁发３Ｇ牌照之后，基于３Ｇ通讯的基带芯片已经开始应用于各种终端产品，其速度下行可达到３.１Ｍ，上行１.８Ｍ。

这种速度完全可以满足车载多媒体的网络需求，而３Ｇ网络覆盖在今年年内即可覆盖全国８０％，明年上半年将可全部覆盖。

综合以上各种因素，这种车载多媒体产品一旦问世将会成为引领车载媒体产品的潮流，其经济价值较大。

1.2应用创新

通过3G通信方式使人，车，环境能够交互充分：

通过本系统产品可以随时与外界建立联系，实现信号的双向传送，这样就可以实现在线音乐播放，网络电视，下载文件，收发邮件，在线QQ，IE浏览，股票查询，移动办公，视频会议等多媒体功能[4]。

Linux系统的可裁减可定制及高稳定性能够最大程度的节约产品的生产成本并可以在网络通信的安全性上得到更好的保障。

嵌入式系统的可集成可扩展性在车载信息系统的应用可以将汽车电子通过总线控制方式结合起来，实现汽车的检测控制，定位诊断，推动了汽车电子系统的智能化发展趋势。

1.3技术创新

本项目设计完成了3G网络在Linux系统下的接入，3G网络时目前最前沿的无线网络，能够实现随时随地的获取网络资源。

Linux是一套免费使用和自有传播的操作系统，它不能够兼容windows平台的软件。

目前许多移动终端的厂家都采用在windows平台下外接市场上功能完善的3G网卡来连接网络，这样实现简单，但成本较高且不能将3G网卡与自己的系统整合在一起，无法实现系统集成。

同时windows系统在稳定性和安全性上都不如Linux，在对硬件资源上也要求更高；

与其他产品不同，本系统没有市场上现有的3G网卡实现上网，而时采用国内最优秀的3G模块与主板集成；

系统集成时本设计最大难点所在，首先要建立控制通道，通过主板控制芯片连接数据接口。

按照先控制后通信的设计思路，驱动了所有使用元件的规范和参数。

软件方面，在Linux下使用QT设计图形界面和应用程序编写，使用C语言设计3G驱动，根据Linux系统特点对3G通信接口进行接口编程。

本系统采用模块电路，接口驱动编程的方式实现3G通讯，优化了系统结构。

此外还具备硬件成本低，功耗低，体积小等优点。

基于嵌入式技术的车载信息系统通过3G无线信道连接车载终端机与公共网络，以构成提供信息服务的通信链路。

通过安装于车内的终端系统，分析汽车内与车外发生的各种状况，收集驾驶和行车所必需的各种信息，同时执行一系列的必要控制，为驾驶员和乘客提供方便、安全和娱乐。

车载信息系统的技术特征充分表现了现代科技的大融合。

它应用5种主要技术：

3G无线接入技术、卫星定位技术（GPS）、蜂窝通信技术（2G/3G）、车载多媒体和CAN总线系统，融合成为4类主要功能：

（1）基于卫星定位技术（GPS+GIS）的地面导航。

根据道路状态引导车辆以最佳路线抵达目的地。

（3）基于3G无线移动通信技术（2G/3G+DSRC+WLAN）的远程信息服务。

以3G通信网络以通用的信息平台实现网络化通信和信息服务，这与手机通信和有线上网的功能基本一致。

（4）基于车载数字多媒体文化娱乐。

它可以在车上实现上网，在线音乐网络电视、MTV、电子游戏等。

第2章车载信息系统的硬件设计

2.1嵌入式控制系统的设计

2.1.1芯片介绍

芯片简介

Samsung公司推出的16/32位RISC处理器S3C2410A，为手持设备和一般类型应用提供低价格,低功耗，高性能小型控制器的解决方案。

为了降低整个系统成本，S3C2410A提供了以下丰富的内部设备：

分开的16KB的指令Cache和16KB数据Cache，MMU虚拟存储器管理，LCD控制器（支持STN&

TFT），支持NANDFlash系统引导，系统管理器（片选逻辑和SDRAM控制器），3通道UART，4通道DMA，4通道PWM定时器，I/O端口，RTC，8通道10位ADC和触摸屏接口，IIC－BUS接口，USB主机，USB设备，SD主卡&

MMC卡接口，2通道的SPI以及内部PLL时钟倍频器。

S3C2410A采用了ARM920T内核，0.18um工艺的CMOS标准宏单元和存储器单元。

它的低功耗，精简和出色的全静态设计特别适用于对成本和功耗敏感的应用。

同样它还采用了一种叫做AdvancedMicrocontrollerBusArchitecture（AMBA）新型总线结构。

S3C2410A的显著特性是它的CPU核心，是一个由AdvancedRISCMachines（ARM）有限公司设计的16/32位ARM920TRISC处理器。

ARM920T实现MMU，AMBABUS和Harvard高速缓冲体系结构。

这一结构具有独立的16KB指令Cache和16KB数据Cache，每个都是由8字长的行（Line）构成。

通过提供一系列完整的系统外围设备，S3C2410A大大减少了整个系统的成本，消除了为系统配置额外器件的需要。

芯片资源介绍

（1）ARM920T核、工作频率203MHz；

（2）16KB数据Cache，16KB指令Cache，MMU，外部存储器控制；

（3）LCD控制器（支持黑白、灰度、ColorSTN、TFT屏），触摸屏接

（4）NANDFLASH控制器，SD/MMC接口支持，4个DMA通道；

（5）3通道UART、1个多主I2C总线控制器、1个IIS总线控制器；

（6）通道PWM定时器及一个内部定时器；

（7）117个通用I/O口；

24个外部中断源；

两个USB主/一个USB从；

（8）通道10位ADC；

实时时钟及看门狗定时器等。

2.2数据通讯接口设计

2.2.1USB通讯接口设计

嵌入式系统对于USB主机功能的需求越来越多，嵌入式USB主机就必须逐步扩大支持设备类型。

USBHub作为构成USB体系不可缺少的一类设备，更应该被嵌入式USB主机所支持。

USBHub的重要性与它在USB拓扑结构中的位置相关，Hub连接主机和设备，是USB体系的中继站，也是所有USB设备连接USB体系的门户和连接点。

USB设备与主机之间的通信模型如图2-9所示

图2-9通信模型层次关系图

Figure2-9CommunicationModelHierarchyChart

对于USB来说即插即用是设备的主要优势所在，所谓即插即用（P1ug＆P1ay）主要包括两个方面的内容：

一是热插拔，一是自动配置。

热插拔决定于物理层的实现，而自动配置则主要依靠软件协议。

USB采用四线电缆来传输信号与电源。

如图2-10所示

图2-10USB的电缆

Figure2-10USBcable

其中的D+、D一两根线是用于传输信号。

VbUS和GND二条线为设备提供电源。

VBUS使用+5v电源。

USB对电缆长度的要求很宽，为了保证足够的输入电压和终端阻抗，一般不超过5米。

至于自动配置，主要指设备在插入HUB的下行端口后能被主机自动识别并进行信息交换，最终使设备在整个USB体系中可以正常的工作。

这一切主要依靠USB总线枚举（BusEnumeration）的过程实现。

2.2.2串行通讯接口设计

RS232是应用最为广泛的UART接口，可以方便的实现与计算机的数据通讯，图2-2-3所示RS-232-C采用9芯D型插头。

LPC2214系列ARM9微控制器包含有两个UART接口:

UARTO和UARTI,其结构及寄存器符合16C550工业标准，UARTO只提供TXD和RXD信号引脚，没有完整的MODEM接C1信号。

在大多数异步串行通信的应用中，只使用TXD,RXD和GND信号即可，在本系统中也只用到这三个信号。

系统的电平转换芯片采用SP3232E（2-11）芯片，该模块的串口通过3线电缆与计算机的9阵串口连接，通信协议为RS-232协议。

LPC2214的TXD、RXD与MAX232的TUN、R10UT管脚相连，MAX232将发送的串行数据转换为RS-232C标准的电平信号发送到发送端如图2-12;

反之SP3232E将接收的RS-232C标准的电平信号转换为串行的数据传给LPC2214，这样就完成了RS-232接口通信功能。

申行口的通信方式采用8位异步通讯方式，波特率采用9600bps[12]。

图2-11SP3232E引脚图

Figure2-11SP3232Epinmap

图2-12串口接口电路

Figure2-12Serialinterfacecircuit

2.2.3IIC接口电路设计

IIC总线是一种用于IC器件之间连接的二线制总线。

它通过SDA（串行数据线）及SCL（串行时钟线）两线在连接到总线上的器件之间传送信息，并根据地址识别每个器件：

不管是微控制器、存储器、LCD驱动器还是键盘接口。

带有IIC总线接口的器件可十分方便地用来将一个或多个微控制器及外围器件构成系统。

尽管这种总线结构没有并行总线那样大的吞吐能力，但由于连接线和连接引脚少，因此其构成的系统价格低，器件间总线简单，结构紧凑，而且在总线上增加器件不影响系统的正常工作，系统修改和可扩展性好。

即使有不同时钟速度的器件连接到总线上，也能很方便地确定总线的时钟，因此在嵌入式系统中得到了广泛的应用。

S3C2410X内含一个IIC总线主控器，可方便地与各种带有IIC接口的器件相连如2-2-5。

在本系统中，外扩一片KS24C08作为IIC存储器。

KS24C08提供1K字节的EEPROM存储空间，可用于存放少量在系统掉电时需要保存的数据。

图2-13IIC总线控制电路

Figure2-13IICbuscontrolcircuit

2.2.4GPS通讯接口设计

GPS设备关键的元件有天线、低噪音放大器（LNA）、射频接收转换（RFSection）、数字部分（也称数字基带，DigitalBaseband）、微处理器（Microprocessor）、微处理器周边外设（ProcessoPeripherals）、输入输出和驱动（I/OandDriver）等几个部份[9]。

嵌入式系统开发板的核心采用三星公司S3C2410A微处理器，该微处理器是基于ARM920T内核的RISC型CPU。

S3C2410A提供三个独立的异步串口，分别用于红外传输、与GPS接收机通信和与GPRS模块通信。

每一个串口都可以以中断方式或者DMA方式进行控制，以便在通用异步收发器（UniversalAsynchronousReceiverTrans—mitter，简称UART）模块和CPU之间传输数据，各串口通道的波特率可编程控制，而且串口通道都有一个16字节的发送FIFO存储部件和16字节的接收FIFO存储部件。

GPS模块在扩展槽上是通过串口与主板相连。

GPS扩展通过编写驱动程序支持与ARM处理器通信，通过使用主机通信软件直接通信，通过驱动程序的改进实现GPS定位。

GPS模块与硬件扩展总线接口CXN801／2／3连接，GPS接口主要涉及端口TXD0／1／2与RXI[3]。

GPS接收机引脚的接线图2-14所示。

通过UART和CPU（S3C2410）传输数据，引脚和图2－2－6中扩展总线对应接口相连。

图2-14MAX3232CSA引脚

Figure2-14MAX3232CSApin

图2-15GPS接收机引脚的接线

Figure2-15GPSreceiverconnectionpins

2.2.53G通信模块

1.3G模块介绍

DTM6211是一款TD-SCDMA&

GSM（GPRS）双模无线模块产品，其支持TD-SCDMA与GSM系统间跨网自动无缝切换，在TD-SCDMA制式下，支持上下行非对称数据传输能力，上下行数据传输速率可分别达到384kbps；

支持UART和USB两种通信接口，使用更为方便和灵活，可以满足不同主控设备的需求；

采用2.9mm装配高度的超薄设计，使其可以方便应用于智能手机和各类数据卡中，内部集成H.324协议栈，使得视频电话的功能实现更为简单；

内部集成TCP/IP协议，可以方便连接Internet，可以广泛应用不同的行业领域，模块参数如表2-2-1所示：

表2-3DTM6211参数表

Table2-3DTM6211parametertable

基本特性

描述

备注

制式

TD-SCDMA&

GSM（GPRS）双模

模式切换

手动切换/自动切换

工作频段

TD-SCDMA:

2010–2025MHzGSM:

GSM850、E-GSM900、DCS1800、PCS1900

最大发射功率

Powerlevel2（24dBm）GSM850,EGSM900:

33dBm/DCS1800,PCS1900:

30dBm

标准AT指令

遵循3GPPTS27.005;

3GPPTS27.007;

ITU-TV.25ter

多通道复用协议

MUX协议支持3GPPTS27.010

支持USIM应用工具箱USAT

集成TCP/IP协议

集成H.324协议

支持移动随E行接口规范

支持飞行模式功能

电源

单电源供电3.3-4.5V

温度范围

-10℃～+55℃（正常工作温度）

-25℃～+70℃（极限工作温度）

-40℃～+85℃（存储温度）

湿度范围

20％～90％

结构尺寸

长*宽*高：

55±

0.2×

33±

2.8±

0.2（mm）；

装配高度2.9mm。

包括连接器尺寸

电信业务

TD-SCDMA

终端业务能力

多速率AMR语音业务

CS域数据业务最高可达64kbps

PS域业务下行最高可达384kbps，上行最高128kbps

支持多种QOS配置

PS域业务上行最高可达384kbps，下行最高128kbps

支持CS域业务（语音和短信）与PS域上行128kbps下行384kbps业务并发。

支持CS域业务（语音和短信）与PS域上行384kbps下行128kbps业务并发。

CS64k视频电话与PS上行64kbps下行64kbps业务并发

SMS

支持点对点的收发

支持CS和PS短信

支持TEXT和PDU模式

基于以上功能，可以实现MMS、WAP、IM、EMAIL等扩展业务

GSM

语音业务（EFR/FR）

支持CS域业务（9.6K数据）

GPRSmultislotclass10

应用接口

采用I-PEX20279－001E－0150欧姆天线连接器

采用松下60pin板到板连接器

电源VBAT

通信口UART1

支持5线（RX,TX,RTS,CTS,RI）的硬件流控波特率:

9.6kbps～921.6kbps

UART2

RX,TX，可作为固件升级接口

USB

USB2.0协议,最大数据速率12Mbps，可作为通信口或固件升级接口

音频信号

3路模拟和1路数字

USIM接口

支持1.8/3.0V

2.3G模块与控制系连接

DTM6211支持UART和USB两种通信接口，内部集成TCP/IP协议；

本设计采用UART方式与嵌入式主控系统相连，在系统中扩展内部UART1口[7]。

3.控制3G模块通讯驱动编程

函数原型：

voidUart1_Init（intpclk,intbaud）；

功能描述：

初始化UART1（485）；

VoidOutput_Relay485（unsignedcharFunNum,unsignedcharNetID,unsignedcharPort）；

控制电源控制器；

voidSend00485（void）;

发送分隔符，主机向网络设备发00Hex以分隔开各个命令；

voidSendbyte485（unsignedchardata）；

向485发送一个字节的数据；

charFindDevice（unsigndecharid,char*series_buf）；

查找网络设备；

2.3电源设计

1.电源电路概述

电源系统为整个系统提供能量，是整个系统工作的基础，具有极其重要的地位。

电源系统处理的好坏，将直接影响到整个系统的稳定性、可靠性等。

多电源系统的设计、电源的分配、印制板设计中电源的设计等，都是必须考虑的。

2.电源电路设计要素

输入的电压范围、电流；

输出的电压、最大电流、最大功率；

输出纹波大小；

安全因素；

电池兼容和电磁干扰；

体积要求；

成本要求。

3.电源电路需求分析

多电源系统，I/O为3.3V供电，内核为2.5V，还包含5V或12V等电源；

将数字电源和模拟电源分别供电；

要求电源纹波比较小，所以采用LDO供电；

4.电源芯片的选择

综合上述需求本系统采用SipexLDODC-DC转换芯片，转换到5V的芯片采、LTC3425；

转换到3.3V的芯片有LT1086（1.5A）；

5.电源电路设计

图2-19电源电路一

Figure2-19PowerSupplyCircuit1

图2－3－2电源电路二

Figure2-19PowerSupplyCircuit