基于GPS汽车导航系统的设计.doc

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清华大学2012届毕业设计说明书

毕业设计说明书

基于GPS汽车导航系统的设计

学生姓名：

学号：

学院：

专业：

指导教师：

2012年6月

基于GPS汽车导航系统的设计

摘要

随着科技的高速发展,GPS技术也迅速发展。

基于PC机的导航系统因其价格和功耗高已不能满足社会发展的需要，嵌入式系统迅速发展起来。

特别是以ARM处理器为主的硬件平台，具有体积小、功耗低、性能强、可靠性高的特点，而且为高速、稳定性运行嵌入式操作系统提供了硬件基础。

因此，嵌入式系统已被广泛应用于工业控制、消费电子、网络通信和军事国防等各个领域。

本文主要对汽车导航系统进行了设计和介绍：

一是对GPS、组成及GPS定位原理进行了介绍；而是对汽车导航系统中用到的相关理论知识进行了介绍，包括NMEA-0183标准、嵌入式系统概述及组成、嵌入式处理器、WindowsCE、µClinux、EVC和eSuperMap等；三是对汽车导航系统硬件进行了设计；四是对汽车导航软件系统进行了设计。

硬件设计采用了Zarlink公司生产的GP2015作为射频前端与数字基带处理器芯片GP4020构成了GPS模块。

GPS模块与S3C2440处理器、网络音频模块、时钟复位电路、LED触摸显示屏、SDRAM存储器、FLASH存储、CF卡、USB和RS232接口等共同构成了汽车导航系统的硬件平台，为以后的升级提供了空间。

在软件设计上考虑到ARM7TDMI和S3C2440处理器任务不同，选择了不同的。

操作系统。

简单介绍了BootLoader的设计开发，ARM7TDMI采用了µClinux操作系统，S3C2440处理器采用了WindowsCE操作系统。

利用北京超图公司的SuperMapDeskPro进行了电子地图的绘制设计，在WindowsCE系统上运行eSupermap软件实现地图的放大、缩小、平移导航功能和其他应用软件实现车载娱乐功能。

关键字：

GPS,汽车导航系统,ARM

DesignofcarnavigationsystembasedonGPS

Abstract

Withtherapiddevelopmentoftechnology,GPStechnologyisalsodevelopingrapidly.NavigationsystembasedonPCforitspriceandhighpowerconsumptionalreadycannotsatisfythedemandofsocialdevelopment,embeddedsystemhavedevelopedrapidly.EspeciallyhardwareplatformwiththeARMprocessor,notonlyhassmallsize,lowpowerconsumption,strongperformance,thecharacteristicsofhighreliability,highspeed,stability,butalsoprovidesrunningembeddedoperationsystemforthehardwarefoundation.Therefore,theembeddedsystemhasbeenwidelyusedinindustrialcontrol,consumerelectronics,networkcommunication,militarydefense,andotherfields.

Thispaperfocusesonthedesignandintroduceofcarnavigationsystem:

Firstly,theintroductiontoGPS,compositionandGPSpositioningprinciple;Secondly,theintroductiontotherelatedtheoryandknowledgeareusedinthecarnavigationsystem,includingNMEA-0183standard,embeddedsystemoverviewandcomposition,embeddedprocessor,WindowsCE,µClinux,EVCandeSuperMap,etc.;Thirdly,thedesigntohardwareofcarnavigationsystem;Fourthly,thedesigntosoftwareofcarnavigationsystem.

ThehardwaredesignusesGP2015fromZarlinkasRFfront-endanddigitalbasebandprocessorchipsGP4020,constitutetheGPSmodule.GPSmoduleandS3C2440processor,networkaudiomodule,clockresetcircuit,theLEDdisplay&touchscreen,SDRAMmemory,FLASHstorage,CFcard,USBandRS232interfaceconstitutethehardwareplatformofcarnavigationsystem,whichprovidesroomforthefutureupgrading.

BecausethetaskofARM7TDMIandS3C2440processorisdifferent,sowechoosedifferentoperatingsystem.AndintroducingsimplythedesignanddevelopmentofBootLoader,ARM7TDMIadoptedµClinux,S3C2440processorusedWindowsCE.ThedrawingdesignofelectronicmapiscompletedinSuperMapDeskPro,inWindowsCEoperatingsystem,eSupermapsoftwarerealizesthenavigationfunction,suchasthemapamplification,narrow,translation,etc.;thein-carentertainmentfunctionrealizedintheoperationofotherapplicationsoftware.

Keywords:

GPScarnavigationsystemARM

目录

1绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2国内外汽车导航发展现状 1

1.2.1国外现状 1

1.2.2国内现状 2

2汽车导航系统相关理论 4

2.1GPS及组成 4

2.2GPS定位原理 8

2.3NMEA-0183标准 9

2.4嵌入式系统 14

2.4.1嵌入式系统的概述 14

2.4.2嵌入式处理器 14

2.5µClinux 18

2.6WindowsCE 18

2.7EVC和eSupermap 19

3GPS汽车导航系统总体框架设计 21

3.1总体设计 21

3.2硬件规划 21

3.3软件规划 22

4功能模块设计 24

4.1主控模块 24

4.2GPS模块 25

4.2.1GP4020 25

4.2.2GPS接收机 27

4.2.3USB接口 31

4.2.4FlashROM接口 31

4.2.5RAM接口 32

4.2.6JTAG接口 33

4.2.7RS232串口 33

5软件模块设计 35

5.1电子地图设计 35

5.1.1电子地图匹配 35

5.1.2电子地图操作与实现 36

5.2BootLoader设计 37

5.3操作系统 37

5.3.1ARM7TDMI处理器操作系统 38

5.3.2S3C2440处理器操作系统 38

5.4相关处理器软件设计 41

5.4.1ARM7TDMI主程序设计 41

5.4.2S3C2440处理器软件设计 42

6结论 44

参考文献 45

致谢 48

第II页共Ⅱ页

1绪论

1.1研究背景及意义

导航的概念最早起源于航海，起初只是用来引导船只安全航行。

从几千年前，人们就开始对导航技术进行了大量的研究，计里鼓车和指南车的出现都是人类在导航技术方面探索的结果，中国古代四大发明之一的指南针，也是最早古代出现的导航设备[[]杨继先，张树霞．导航基础．哈尔滨：

哈尔滨传播工程学院出版社[M]，1998．

]。

随着科技的不断发展，在全球范围内，城市建设加快、汽车拥有率提高、道路扩展、交通系统日益复杂，汽车工业与电子工业的不断发展,使电子技术在现代汽车上的应用越来越广泛。

随着新能源的开发和利用、汽车工业低碳化的生产，汽车电子技术正趋向于环保、安全、信息化方向发展。

信息化、智能化、网络化被公认为汽车电子产品发展的主要趋势。

导航产业也随着这些因素的影响而兴起和不断发展，特别是在欧美市场车载导航产品需求持续攀升，众多厂商纷纷投入车载导航产品生产行列。

进入2011年，中国GPS市场竞争更加激烈，竞争焦点由价格向品牌、服务转移的趋势更加明显。

这也意味着中国GPS市场正进入发展的拐点期，未来的汽车导航市场将有一个可以预见的良好前景。

但在我国，大部分车辆都还没有配装GPS导航定位系统，能够配备包含诸多功能及丰富信息的导航电子地图仍为数不多，技术上差距较大，各种GPS产品的质量良莠不分，价格参差不齐[[]张国锋.信息化、智能化、网络化——汽车电子发展缺一不可[J].汽车零部件，2009,11：

19～23

]。

因此,我国必须在较短的时间内开发出具有自主知识产权的导航应用系统并实现产业化，这对提高我国在汽车自导航应用中自主创新能力、实现各类车辆的有效指挥、控制和管理、人们日常出行提供便利的交通信息和地理引导以及国名经济都有着同样的重要意义。

1.2国内外汽车导航发展现状

1.2.1国外现状

在国外，GPS导航系统研究起步较早，应用也十分广泛。

美国在在20世纪中期就引入了一种具有无线路径引导功能的导航系统，有利的控制和疏导了交通。

到了90年代，又实施了面向新世纪的新一代交通智能方案，从根本上解决了交通中的各种问题，减少了事故事发率，降低了能源浪费，提高了工作效率。

日本从20世纪70年代初开始，就相继实施、完成了“动态路径诱导系统”，“