（电路与系统专业论文）基于嵌入式Linux的车载智能导航终端设计[电路与系统专业优秀论文].pdf

摘要 摘要 本文在分析了车载导航设备发展状况的基础上，研究基于a d s p b f 5 3 3d s p 处理器和嵌入式l i n u x 操作系统的智能导航终端的设计和实现。 论文从软、硬件两个方面详细讨论了车载智能导航终端的设计和实现。硬件 方面，采用a d i 公司的a d s p b f 5 3 3d s p 作为核心处理器，设计了包括存储模块、 l c d 、触摸屏和g p s 模块的硬件电路，并讨论了各模块电路的工作原理和实现方 法。软件方面，以嵌入式l i n u x 操作系统为平台，在p c 机上建立了一套完整的 交叉开发环境，并在该环境下完成了u b o o t 和u c l i n u x 到智能导航终端硬件平台 的移植。在对l i n u x 操作系统下平台设备注册过程和帧缓冲设备驱动结构进行分 析的基础上，丌发了l c d 的驱动程序，使设备有一个良好的输出平台。完成了将 图形用户界面软件m i n i g u i 到导航终端的移植，并设计了导航应用程序。 智能导航终端的设计充分利用了a d s p b f 5 3 3 处理器的高效控制处理、易用 性等特点，嵌入式l i n u x 软件平台的采用确保了系统软件的可移植性和扩展性。 这些对类似的设计具有很好的参考价值。 关键词：车载导航u c l i n u xa d s p b f 5 3 3m i n i g u l a b s t r a c t a b s t r a c t b a s e do nt h ea n a l y s i so fv e h i c l en a v i g a t i o ne q u i p m e n t ，t h er e s e a r c ho nt h ed e s i g n a n di m p l e m e n t a t i o no fa d s p - b f 5 33p r o c e s s o ra n de m b e d d e dl i n u xo p e r a t i n gs y s t e m b a s e di n t e l l i g e n tv e h i c l en a v i g a t i o nt e r m i n a lw a sm a d ei nt h et h e s i s i nt h et h e s i s ，t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fv e h i c l en a v i g a t i o nt e r m i n a lh a v e b e e na n a l y z e di nd e t a i lf r o mb o t hh a r d w a r ea n ds o f t w a r e i nh a r d w a r e ，t h ea d i s a d s p - b f 5 3 3d s pw a su s e da st h ec o r ep r o c e s s o r t h eh a r d w a r ed e s i g ni sc o m p o s e d o fs e v e r a lm o d u l e s ，s u c ha s ，m e m o r ym o d u l e ，l c d ，t o u c hs c r e e na n dg p sm o d u l e a l s o ，t h ep r i n c i p l ea n di m p l e m e n t a t i o no ft h e s em o d u l e sw e r ed i s c u s s e d i ns o f t w a r e ， t h ee m b e d d e dl i n u xo p e r a t i n gs y s t e mw a su s e df o r t h ep l a t f o r m ac o m p l e t e c r o s s - d e v e l o p m e n te n v i r o n m e n tw a se s t a b l i s h e do nt h eh o s tp e r s o n a lc o m p u t e r t h e u - b o o ta n du c l i n u xw a sp o r t e dt ot h ei n t e l l i g e n tn a v i g a t i o nt e r m i n a lh a r d w a r ep l a t f o r m u n d e rt h a te n v i r o n m e n t t h el c dd e v i c ed r i v e rd e v e l o p m e n tw a sd i s c u s s e da f t e rt h e a n a l y s i so ff r a m eb u f f e rd r i v e rs t r u c t u r ea n dt h ep l a t f o r md e v i c er e g i s t r a t i o np r o c e s s t h el c dd e v i c ed r i v em a k e st h ee q u i p m e n th a v eag o o do u t p u tp l a t f o r m t h e m i n i g u lw a si n t r o d u c e dt ot h ev e h i c l en a v i g a t i o nt e r m i n a l ，a l s o ，t h en a v i g a t i o n a p p l i c a t i o np r o g r a mw a sd e v e l o p e d t h ed e s i g no fi n t e l l i g e n tn a v i g a t i o nt e r m i n a lm a k e sf u l lu s eo ft h ef e a t u r e so f a d s p b f 5 3 3p r o c e s s o r ，s u c ha s ，e f f i c i e n tc o n t r o lo fp r o c e s s i n g , e a s eo fu s ea n ds oo n t h ei n t e l l i g e n tn a v i g a t i o nt e r m i n a l si nw h i c ht h ee m b e d d e dl i n u xw a su s e da st h e s o f t w a r ep l a t f o r m ，t h e r e f o r e ，t h ep o r t a b i l i t ya n ds c a l a b i l i t yi se n s u r e df o rt h es y s t e m s o f t w a r e i nt h i st h e s i s ，ag o o dr e f e r e n c ev a l u ec a nb es u p p l i e dt os i m i l a rd e s i g n k e y w o r d s ：v e h i c l en a v i g a t i o n u c l i n u xa d s p - b f 5 3 3m i n i g u l 西安电子科技大学 学位论文独创性( 或创新性) 声明 秉承学校严谨的学j x l 和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果：也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名：强 同期：叠z 兰：卑 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 同期： 日期： 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 随着国民经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高，我国的汽车拥有量急 剧增加。在给人们的生活带来方便，扩大人们的活动范围的同时，汽车的使用也 给人们带来了一些新的问题：频繁发生的交通堵塞使人们难于选择f 确的行车路 线；处在陌生的地理环境中无法准确的了解周围的交通条件和自己的位置；需要 服务时却可能不了解周围服务设施的分御而难以就近得到需要的服务等等。因此， 随着活动范围的不断扩大，人们越来越需要知道自己当前所处的位置和环境信息， 以做出合理的判断【l 】。本文所研究的车载智能导航终端可以向驾驶员提供车辆位 置以及周边地理环境信息，辅助驾驶员快速、准确地到达目的地，方便人们的出 行。 论文研究基于a d s p b f 5 3 3d s p 处理器和嵌入式l i n u x 操作系统的智能导航 终端的设计。车载智能导航终端通过g p s 定位模块来获取车辆的经纬度坐标信 息，并辅助以电子地图信息来定位车辆的准确道路位置信息，可以给用户提供电 子地图显示、地理信息查询、最优路径选择等功能。基于嵌入式的智能导航终端 如图1 1 所示主要由三部分组成：硬件平台部分、软件平台部分和导航应用软件 部分。 硬件平台 网 l 时钟等i 图1 1 车载智能导航终端系统结构 其中，硬件部分主要包括以处理器为核心的最小系统、液晶显示模块、g p s 接收机以及其它各种外设。软件部分主要包括系统引导部分( b o o t l o a d e r ) 、嵌入 式操作系统( u c l i n u x ) 和图形用户界面软件等。应用软件部分包括实现导航功能 嚣 基丁嵌入式l i n u x 的下载智能导航终端设计 的所有软件和算法。 智能导航终端的设计充分利用了a d s p b f 5 3 3 处理器的高效控制处理、易用 性等特点；将嵌入式系统技术应用于智能导航终端可以使系统软件具有较好的移 植性和扩展性，这些对类似的设计具有很好的参考价值。 1 2 车载导航设备的发展状况 在国际上，现代车辆导航方面的研究已经具有相当长的历史了，伴随着美国 g p s 系统的发展，车辆导航技术得到了普及和推广。汽车导航装置早在在2 0 世 纪8 0 年代就问世了，而真f 进入市场是在2 0 世纪9 0 年代初期。由于全球定位系 统的全面投入应用，车载导航装置爿得以推广，车载导航设备的发展过程大致可 分为三代： 第一代基于航位推算( d r ，d e a d r e c k o n i n g ) 系统的导航设备，这种设备的定位 方法是：从一个已知坐标位置丌始根据车载体在该点的行驶方向、速度和行驶时 问来推算出下一时刻的坐标位割5 1 。其基本原理是利用方向传感器和速度传感器 测量运动车辆的行驶距离、速度和方位，然后推算出车辆的瞬时位置，可以实现 连续自主式定位。这种定位方式在运行时间较短时可以获得较好的精确度，但由 于其推算过程是一个累加过程，方向传感器的误差随时问的延长而积累，另外推 算只能确定相对位置和航向。导航丌始时，需要预知车辆的初始绝对位置和方向， 因此，航位推算方法并不能单独、长时间地使用。 第二代基于惯性导航系统( i n e r t i a ln a v i g a t i o ns y s t e m ，i n s ) 的导航设备是一 种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航设备。其工作环境不仅 包括空中、地面，还可以在水下。惯性导航系统的基本工作原理是以牛顿力学定 律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，再把它 变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。 惯性导航系统具有许多优点：不依赖于外部信息，不受外界电磁干扰，能提供位 置、速度、方向等数据，产生的导航信息连续性好、噪声低，数据更新率高，可 适应各种工作环境等等。但是也有许多缺点：定位误差随时间增大，长期精度差； 使用前需要较长的初始对准时间；不能给出时间信息。 第三代基于全球卫星定位系统( g l o b a lp o s i t i o ns y s t e m ，g p s ) 的导航设备。g p s 即全球卫星定位系统，也即全球卫星导航系统，是以全球2 4 颗定位人造卫星为基 础，向全球各地全天候地提供三维位置、三维速度等信息的一种无线电导航定位 系统，是美国开发研制的迄今为止最好的应用最广泛的导航定位系统。 g p s 由三部分构成：一是地面控制部分，由主控站、地面天线、监测站及通 讯辅助系统组成，主要任务：一是给g p s 系统提供时间标准、调整轨道卫星偏差、 第一章绪论 监控系统运行情况并进行调整；二是空间部分，由2 4 颗卫星组成，其中2 l 颗工 作卫星，3 颗备用卫星，均匀分布在6 个轨道上，并进行特定的时空配置最终保 证地球上任何地点、任何时刻均能至少观测到4 颗卫星，从而满足地面用户实时 全天候的精密导航和定位服务；三是用户装置部分，由g p s 接收机和卫星天线组 成主要功能是接收g p s 卫星发射的导航电文，经过精密的数据处理和加工实现准 确的导航和定位【4 】【6 】。 g p s 最初是由美国研制的空间卫星导航定位系统，其主要目的是为陆、海、 空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测 和应急通讯等一些军事活动，是美国全球战略的重要组成部分，同时这项技术也 逐渐运用到社会经济的各个领域【4 】。自从2 0 0 0 年美国取消了选择可用性( s a ) 技术之后，目前民用g p s 的精度得到了大大的提高，定位精度已经达到1 0 米左 右。 目前，车辆导航设备主要采用以下几种定位方案：g p s 电子地图( g p s m m ) 、 g p s 航位推算( g p s d r ) 、g p s 惯性导航( g p s i n s ) 、g p s 航位推算电子地图 ( g p s d r m m ) 和g p s 惯性导航电子地图( g p s d r m m ) 。第一种方法采用具 有g p s 定位的各种优点，并可以结合电子地图进行显示；g p s 航位推算( g p s d r ) 和g p s 惯性导航( g p s i n s ) 都可以自主导航，但误差随工作时间积累而增大且 无电子地图匹配不易校f 和显示，故很少使用：g p s 航位推算电子地图 ( g p s d r m m ) 和g p s 惯性导航电子地图( g p s d r m m ) 是将前面方法的融 合的结果，具有可靠性高、导航与定位精度高等特点，但设计较复杂。 由于g p s 电子地图( g p s m m ) 方案比较简单实用，以及g p s 抗干扰性能 的提高，目前仍然是车辆导航采用的主要方案之一，本文设计的车载导航终端也 采用这种方案。 1 3 本文的主要内容及章节安排 本文的研究课题来源于a d i 大学生创新竞赛选题。论文在分析了国内外车载 导航设备的发展状况的基础上，研究基于b l a e k f i n 系列d s pb f 5 3 3 和嵌入式l i n u x 的车载智能导航终端的设计与实现。围绕基于嵌入式l i n u x 的车载智能导航终端 的设计与实现，论文主要介绍了车载智能导航终端硬件设计、b o o t l o a d e r 和操作 系统的移植、驱动程序的开发图形用户界面的实现等内容。 本文的章节安排如下： 第一章主要介绍了智能车载导航终端的研究背景、车载导航设备的发展状况 和论文的章节安排。 第二章介绍了车载智能导航终端的硬件设计。首先，对主处理器a d s p b f 5 3 3 4 基丁嵌入式l i n u x 的乍载智能导航终端设计 进行了介绍。然后，介绍了存储模块、触摸屏和g p s 模块的电路设计。 第三章介绍了车载智能导航终端的软件平台搭建过程，包括交叉丌发环境的 建立、u b o o t 的移植和u c l i n u x 的移植。 第四章介绍了图形用户界面的实现，包括l c d 硬件电路设计、基于 f r a m e b u f f e r 的l c d 驱动程序设计和图形用户界面软件m i n i g u l 的移植、导航程 序的开发以及测试结果分析。 第五章对本论文所做的工作进行了总结，指出了系统需要完善的地方，并提 出下一步的发展方向。 第二章乍载智能导航终端硬什设计 第二章车载智能导航终端硬件设计 2 1 硬件系统结构 车载智能导航终端的硬件平台的系统结构框图如图2 1 所示，以a d i 公司的 a d s p b f 5 3 3d s p 为核心，外围电路主要包括存储模块、l c d 、触摸屏和g p s 模 块。其中存储模块包括：存储启动代码的n o rf l a s 、存储系统运行时的程序和 数据的s d r a m 、存储嵌入式操作系统和地图数据的n a n df l a s h 。 存储模块 ； 剖触摸屏 n o rf l a s hi n a n df l a s h a d s p b f 5 3 3 蚓l c d s d r a m l 阜蚓g p s 图2 1 硬什结构框图 本章将对处理器和各个模块的设计分别进行介绍，其中l c d 电路设计将在第 四章与l c d 驱动程序一起介绍，本章不再进行介绍。 2 2 1a d s p b f 5 3 3 处理器 2 2 主处理器介绍 a d s p b f 5 3 3 处理器是在b l a c k f i n 系列d s p 的基础上推出的高性能d s p ，它 在同类产品中具有最快的速度和最低的功耗。a d s p b f 5 3 3 处理器的功能框图如 图2 2 【7 ) 所示。a d s p b f 5 3 3 处理器内核可以在7 5 6 m h z 上持续工作，达到 1 5 1 2 m a c s 的运算速度，同时内部集成有2 个双通道的d m a 控制器，具有灵活 的存储器引导模式。 6 基丁嵌入式l i n u x 的印载智能导航终端设计 幽2 2a d s p b f 5 3 3 功能框图 a d s p b f 5 3 3 有如下的特点f 2 】【7 】： 1 6 位定点d s p 内核，可以实现7 5 6 m h z 的持续工作频率： 0 7 1 2 v 核心电压，3 3 vi o ，灵活的软件控制动念电源管理； 丰富的片内存储空间： l 1 指令存储器包括8 0 k bs r a m ，其中1 6 k b 可配置成4 组联合c a c h e ； l 1 数据存储器包括2 个3 2 k b 的s r a mb a n k ，每个b a n k 均由两个1 6 k b s r a m 组成，其中一个1 6 k b 可配置成c a c h e ； 4 k bl 1 暂存数据s r a m ，访问速度与l 1 存储器同样为处理器最快速度， 不可配置为c a c h e ； 具有存储器管理单元( m m u ) 提供存储器保护，片内片外共用4 g b 统一 寻址空间； 丰富的外设接口：1 6 个g p i o ；1 个支持i r d a 的通用串行口；1 个s p i 兼容串行接口；2 个双通道全双工同步串行接e l ( s p o r t ) ，支持8 个立体声1 2 s 通道；一个支持i t u r 6 5 6 视频数据格式的并行外设接口( p p i ) ；1 个外部总 线接口单元( e b i u ) ，支持片外同步或异步存储器； 完善的定时计数资源，片内集成1 个看门狗定时器( w a t c hd o g ) 、1 个 实时钟( r t c ) 模块、3 个支持p w m 的定时计数器； 灵活的引导模式( s p i 或外部存储器资源) ； 内置1 2 个通道d m a ； 片内自带1 6 3 p l l 。 第二章下载智能导航终端硬什设计 7 2 2 2a d s p b f 5 3 3 外设接口 a d s p b f 5 3 3 不仅有强大的处理能力、分层次内存管理机制、灵活的动念中 断管理机制，而且有非常丰富且性能优异的外设接口，极大简化了系统的设计。 下面是主要外设功能的简单说明： ( 1 ) 同步串1 2 1 ( s p o r t o 1 ) ：a d s p b f 5 3 3 处理器提供2 个双通道同步串行端 口( s p o r t 0 和s p o l 玎1 ) 来完成串行和多处理器的通信工作。每个s p o r t 都有 2 套独立的发送和接收引脚，支持3 到3 2 位长度的串行数据字，以最高有效位在 前或最低有效位在前的格式传送。每个端口都有独立的收发d m a 通道并可以产 生中断。 ( 2 ) 并行外设接口( p p i ) ：a d s p b f 5 3 3 处理器提供可直接与并行a d 和d a 转换器、i t u r 6 0 1 6 5 6 视频编码和解码器以及其它通用外设连接的并行接口 ( p p i ) 。p p i 包括一个专用时钟引脚，多达3 个帧同步引脚和多达1 6 个数据引脚。 输入时钟支持系统时钟一半的并行数据传输率。在i t u r 6 5 6 模式下，p p i 接收并 分析8 或1 0 位视频数据流。此外，片内还支持嵌入的控制和同步信息的解码。 p p i 的通用模式可应用于各种数据采集和数据传输的场合，该模式主要分为4 个 不同的子块，每块可提供高达每p p ic l k1 6 位数据传送纠7 1 。 ( 3 ) d m a 控制器：a d s p b f 5 3 3 共有8 个外设d m a 控制和4 个内存d m a 控制器，可以在外设和内存、内存之间、外部存储器和内部存储器之间快速的传 递数据。数据传送和内核可以并行，所以a d s p b f 5 3 3 具有很高的数据传输带宽。 d m a 控制器能够支持一维( 1 d ) 或二维( 2 d ) d m a 传输。d m a 传输的初始化 可以由寄存器或名为描述子块的参数来实现。 ( 4 ) 串行外设接口( s p i ) ：a d s p b f 5 3 3 处理器有1 个s p i 兼容的端口，能够 使控制器与多个s p i 兼容的设备通信。此s p i 的波特率和时钟的相位极性都是可 编程的，而且集成有一个d m a 控制器可配置为发送或接收数据流。s p i 的d m a 控制器在任意给定时间，只能进行单向访问。 ( 5 ) 1 6 个可编程端口：每个管脚都可以通过标志方向控制寄存器( f i o ) 配置 为输入或输出方式；每个管脚还能配置为中断产生管脚，配置中断的产生方式； a d s p b f 5 3 3 可编程端口的灵活性，可为系统的扩展和控制其他器件提供方便。 ( 6 ) 外部总线接口( e b i u ) ：外部总线接口单元( e b i u ) 既可以用于异步设 备( 例如：f l a s h 、e p r o m 、r o m 、s 删和存储器映射i o 设备) 也可以用 于同步设备( 例如：s d r a m ) 。它们的总线宽度均为1 6 位，其中a l 为1 6 位字 的最低位。8 位的外围设备必须像1 6 位设备一样分配1 6 位地址，但只使用其低 8 位数据。p c i 3 3 兼容的s d r a m 控制器可以通过编程与高达1 2 8 m b y t e s 的 s d r a m 接口。内部最高可以配有4 个s d r a mb a n k s ，s d r a m 控制器允许为内 基丁嵌入式l i n u x 的印载智能导航终端设计 部s d r a m 的每个b a n k s 同时打开一个通道，从而提高系统性能。异步存储器的 控制器也能够通过编程控制多达4 个b a n k 的时序参数灵活的各种异步存储设备。 无论使用设备的大小如何，每个b a n k 的空问都占据1 m b y t e 。这样，只有装满4 个1 m b y t e 的存储器时地址空间才能连续【l o 】。 2 3 存储模块 本系统的存储模块主要由三部分组成：n o rf l a s h 、s d r a m 和n a n d f l a s h 。其中n o rf l a s h 作为系统引导代码存储器，在本系统中主要用于存储 b o o t l o a d e r 引导程序。s d r a m 用于存储系统运行时的数据和程序。n a n df l a s h 用于存储嵌入式l i n u x 系统内核和其他应用程序。下面分别介绍各部分的电路设 计。 2 3 1n o rf l s a h 接口电路设计 本系统采用s t m i c r o e l e c t r o n i c s 公司的p s d 4 2 5 6 g 6 v 作为系统引导代码存储 器。p s d 4 2 5 6 g 6 v 的f l a s h 包括1 m 字节的主f l a s h 存储空间、6 4 k 字节的辅 助f l a s h 存储空间、3 2 k 字节的s r a m 存储空间和2 5 6 字节的用于配置 p s d 4 2 5 6 g 6 v 的i o 接口的配置寄存器。p s d 4 2 5 6 g 6 v 与a d s p b f 5 3 3 处理器的 连接如图2 3 所示。 a d s p b f 5 3 3 p s d 4 2 5 6 g 6 v a m s o p c 6 a w e c n n ，0 a o ec n t l l a b e l c n t l 2 - 一 a 1 9 ：1 6 卜、 p c i l 5 ：0 】 a 1 5 ：l 】 卜、 a d 15 ：0 】 一 a b e 0- _ ra d 0 】 d 1 5 ：8 】 g p g 1 5 ：0 】 d 7 ：0 】g p f 1 5 ：0 图2 3a d s p b f 5 3 3 与p s d 4 2 5 6 g 6 v 连接 a d s p b f 5 3 3 通过e b i u 接口与p s d 4 2 5 6 g 6 v 相连接。a d s p b f 5 3 3 的e b i u 接i z l 信号如表2 1 所示。在与p s d 4 2 5 6 g 6 v 连接是不使用丽信号，将丽信 号作为读使能信号连接到p s d 4 2 5 6 g 6 v 的c n t l l 引脚，该引脚为p s d 4 2 5 6 g 6 v 的读使能引脚。在本系统中f l a s h 的地址空间为0 x 2 0 0 00 0 0 0 - - o x 2 0 0 ff f f f 。 第二章下载智能导航终端硬f ，l ：设计 9 表2 1a d s p b f 5 3 3 e b i u 接口信号 e b i u 端口引脚 引脚类型描述 a d d r 1 9 ：1 】 o 外部地址总线 d a t a 1 5 ：0 】 i o 外部数据总线 a m s l 3 ：0 l 0 异步存储器选择 a w e o 异步存储器写使能 a r e o 异步存储器读使能 a o e o 异步存储器输山使能 a r d yi 异步存储器准备响应 a b e i ：0 l o 字仃使能 2 3 2s d r a m 接口电路设计 本系统采用m t 4 8 l c 3 2 m 1 6 6 4 m bs d r a m 作为外部动态存储器。 m t 4 8 l c 3 2 m 1 6 6 4 m b 是3 2 m 1 6 位的存储器，本系统中s d r a m 占用的地址空 间为0 x 0 0 0 00 0 0 0 - - - 0 x 01f ff f f f 。a d s p b f 5 3 3 的e b i u 接口带有s d r a m 控制器， 可以实现与s d r a m 的无缝连接，连接示意图如图2 4 所示。 a d s p b f 5 3 3m t 4 8 l c 3 2 ml6 a d 0 d 1 5 一1卜、 d o d 1 5 a 1 a 1 3 卜、 a o a 1 2 a 1 8 a 1 9 卜、 b a 0 b a l s w e w e s c a s c a s s r a s r a s s m s c s a b e 0l d q m a b e lu d q m c l k o u tc l k s c k e c k e 图2 4a d s p b f 5 3 3 与m t 4 8 l c 3 2 m 1 6 连接示意图 2 3 3n a n df l a s h 接口电路设计 n a n df l a s h 具有体积小、容量大、读写速度快等优点，非常适合用于保存 系统程序和数据。本系统采用三星公司的6 4 mn a n df l a s hk 9 f 1 2 0 8 u o d 作为系 统软件和数据的存储器。利用a d s p b f 5 3 3 的e b i u 接口配合p f 接口实行对 l o 基丁嵌入式l i n u x 的下载智能导航终端设计 k 9 f 1 2 0 8 u o d 的读写控制。k 9 f 1 2 0 8 u o d 的数据总线宽度为8 b i t 。a d s p b f 5 3 3 与 k 9 f 1 2 0 8 u o d 的连接如图2 5 所示。 a d s p b f 5 3 3 k 9 fi2 0 8 u o d p f 8a l e p f 9 c l e p f l 0 c e p f l l r d y a r e r e w e a w e r 刀 卜、 i o 7 ：0 】 d 7 ：0 】 少 图2 5a d s p b f 5 3 3 与k 9 f 12 0 8 u o d 的迎接 在硬件设计中，利用e b i u 接口与k 9 f 1 2 0 8 进行连接，用p f 接口控制 n a n d f l a s h 的a l e 、c l e 、c e 、r d y 。k 9 f 1 2 0 8 为8 位总线接口方式，它的 控制时序与a d s p b f 5 3 3 的e b i u 接口不能完全匹配，为了能符合n a n df l a s h 的控制时序，利用p f 管脚作辅助控制，模拟出与n a n d f l a s h 匹配的时序。在 硬件设计中，利用0 欧姆跳线电阻保留了与总线的连接，以适应与a d s p b f 5 3 3 时序匹配的大容量f l a s h 的应用。 2 4 触摸屏电路设计 系统触摸屏采用3 5 寸四线电阻式触摸屏( t p l 6 1 0 0 1 ) ，a d s 7 8 4 3 作为触摸 屏控制器。a d s 7 8 4 3 是一个内置1 2 位模数转换、低导通电阻模拟开关的串行接 口芯片，供电电压2 7 5 v ，参考电压v r e f 为1 v - - + v c c ，转换电压的输入范围 为0 v r e f ，最高转换速率为1 2 5 k h z 。转换器有4 路模拟信号输入通道和独特的 在线低阻开关，它允许由未选中的输入通道为外部线路提供电源和地。靠这样的 输入结构和参考电压设定，a d s 7 8 4 3 能极大地消除内部开关电阻带来的转换误差 【i i 】 o 硬件连接方法为在x + 、x 和y + 、y - 之间横排和竖排连接电阻式触摸屏， a d s 7 8 4 3 中断脚连c p l d 的i 0 上，c p l d 内部中断控制器统一管理中断源，并 将中断信号输出端连接处理器p f 管脚，从而触发p f 中断。由于a d s p b f 5 3 3 处 理器的i o 资源比较紧张，处理器的i o 与s p i 设备的片选控制线是复用的，为 了节约i o 资源将所有的设备都挂在一个s p i 的片选线上，由c p l d 内部s p i 片 选控制器分配给不同的设备。这样达到了实现a d s p b f 5 3 3 处理器扩展i o 资源 的目的。s p i 的其他信号线s p is c l k ，m o s i ，m i s o 等信号线为几个设备共用。 第二章下载智能导航终端硬什设计 触摸屏电路的连接如图2 6 所示。 。 m i s o x + 一 m o s i 一 二x s p is c l k 二 一 触摸屏 1 件 y 。d a t a d 7 ：d 0 】、 a d s 一 b f 5 3 3 a d d r a 1 9 ：a 1 5 卜 a d s 仆i t7 8 4 3 b 5 3 3 仆j t c p l d a d s _ s p l 蹬 s p i s s 一 图2 6 触摸屏连接示意图 2 5g p s 模块 本系统中g p s 定位模块负责从g p s 卫星接收经纬度信息，并实时的将数据 通过u a r t 串口发送给处理器控制模块，在设计过程中，通过分析和比较，我们 选用了台湾h o l u x 公司的g r 8 5 串口g p s 接收器。在信号捕捉及信号精度方 面，g r 8 5 具有其独特的优势。其信号重新捕捉时问只需要1 0 0 m s ，最快更新率 可达到1 s 。g r 8 5 接收模块采用串行通信方式，其数据格式定义如下：9 6 0 0 b s ， 8 个数据位，1 个停止位，无极性输出。g r 8 5 支持六种n m e a - - 0 1 8 3 协议信息： g g a 、g l l 、g s a 、g s v 、l 洲c 、v t g 。这六种信息的区别在于用户所能接收到 的信息类型有所差别，例如在r m c 格式中有速度的信息，而在其他的格式中却 没利眩l 。设计者可以根据需要选择响应的信息格式，本设计利用r m c 格式。 2 5 1g p s 电路设计 g p s 接收可以与处理器通过串口进行通信，所以，首先要解决处理器和接收 机的串口通信。在接收机和处理器的数据传输过程中，处理器的串行端口作为和 串行设备间的编码转换器，提供了处理器与接收机之间的数据传输通道。g r 8 5 串行接口电路图如图2 7 所示。 1 2 基丁嵌入式l i n u x 的下载智能导航终端设计 l i 2 c i + v c c 1 9l i i i| | 0l u f 4 c l - v + 3 | 10l u r i i 5 c 2 - ol u f ik l| | 0l u f6 。，专璋 _ o 、 c 2 - 1 3 一卜 - - - - o t m 砒h l 一， g r i d站b 卜、l8 、，片r 勺 l ， 一_ 1 6 i 、辛 - - - - - or ) 毋 哼 1 5 ，1 1 ：r_ o 眺 5 、j t x ao v c c o 1 50 v c c 嫂 1 4 炭50 、，c c l ，一一， 、j 封 d 即爵函r 一 r e nl m l d f o r c e o f f f o r c e o n o h d v 2 5 2g p s 数据结构 图2 7 g r 8 5 接口电路图 g p s 接收机发送到计算机的数据主要由帧头、帧尾和帧内数据组成，帧头主 要有“g p g g a ”、“g p g s a ”、“g p g s v ”和“g p r m c ”等。这些帧头标识了后续帧内 数据的组成结构，各帧均以回车符和换行符作为帧尾标识一帧的结束。对于通常 的情况，我们所关心的定位数据如经纬度、速度、时问等均可以从“g p r m c ”帧中 获取得到，该帧的结构及各字段字符释义如下： $ g p r m c ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， * h h 当前位置的格林尼治时间，格式为h h m m s s 。 状态，a 为有效位置，v 为非有效接收警告，即当前天线视野上方的卫 星个数少于3 颗。 纬度，格式为d d m m m m m m 。 标明南北半球，n 为北半球、s 为南半球。 经度，格式为d d m m m m m m 。 标明东西半球，e 为东半球、w 为西半球。 地面上的速度，范围为0 0 到9 9 9 9 。 方位角，范围为0 0 0 0 到3 5 9 9 度。 日期，格式为d d m m y y 。 地磁变化，从0 0 0 0 到1 8 0 0 度。 地磁变化方向，为e 或w 。 至于其他几种帧格式，除了特殊用途外，平时并不常用，虽然接收机也在源 源不断地向主机发送各种数据帧，但在处理时一般先通过对帧头的判断而只对 “$ g p r m c ”帧进行数据的提取处理。如果情况特殊，需要从其他帧获取数据，处 理方法与之也是完全类似的。 第三章车载智能导航终端软件平台搭建 1 3 第三章车载智能导航终端软件平台搭建 本章主要介绍搭建车载智能导航终端软件平台的相关内容，包括交叉开发环 境的建立、u - b o o t 的移植以及u c l i n u x 的移植等内容。 3 1 建立交叉编译环境 由于受到嵌入式系统资源所限，比如b f 5 3 3 e z k i t 系统只有2 m 的n o r f l a s h 和3 2 m 的s d r a m 空间，a d s p b f 5 3 3 的工作频率在6 0 0 m 左右，而一 般的编译工具链( c o m p i l a t i o n t o o lc h a i n ) 需要很大的存储空间，并需要很强的c p u 运算能力。为了解决这个问题，交叉编译工具就应运而生了。通过交叉编译工具， 我们就可以在c p u 能力很强、存储空间足够的主机平台上( 比如p c 上) 编译出 针对其它平台的可执行程序。 首先，我们需要在p c 机上安装进行嵌入式开发的操作系统，我选择了r e dh a t e m e r p f i s el i n u x4 6 。通常用h o s t 表示i n t e lx 8 6 架构的p c 主机，而用t a r g e t 表 示目标平台，图3 1 即s s k 系统平台开发的交叉编译硬件示意图。 p c 机( h o s t ) 图3 1 交叉编译硬件示意图 交叉编译工具主要由b i n u t i l s 、g c e 、g l i b c 和g d b 几个部分组成。各部分的功 能如表3 1 所示。有时出于减小l i b c 库的大小考虑，也可以用别的c 库来代替g l i b c ， 例如u c l i b c 、d i e t l i b c 和n e w l i b 。 建立一个交叉编译工具链是一个相当复杂的过程，不过b l a c k f i nu e l i n u x 网站 上提供了编译好的交叉编译工具链，我们只需要在其提供的多个版本文件中选择 安装即可，一般需要2 个安装文件：一个工具链版本文件和一个u c l i b c 版本文件。 我们选择b l a c k f i n t o o l c h a i n - 0 8 r 1 8 i 3 8 6 r p m 和b l a c k f i n t o o l c h a i n u d i b c d e f a u l t 一0 8 r 1 8 i 3 8 6 r p m 。安装命令如下： r p m - u v hb l a c k f i n - t o o l e h a i n 0 8 r l - 8 i 3 8 6 r p m r p m - u v hb l a c l f f m - t o o l c h a i n - u c l i b c m e f a u l t - 0 8 r 1 8 i 3 8 6 r p m 1 4 基丁嗷入式l i n u x 的币载智能导航终端设计 表3 1 交义编泽：具链组成说明 名称说明 用丁操作_ 二进制文件的使刚程序集合，它1 i j 包括诸如a r 、a 8 、o b j d u m p 、 b i n u t i l s o b j c o p y 这样的使刚程序。 g c c 编译器。 所有用户应用程序都将链接剑的精简的c 库，避免使圳任何c 库函数的 u c l i b c 内核和其他应州程序，可以在没有该库的情况- 卜- 进行编译。 g d b 调试软什程序的i ：具。 这样就将交叉编译工具安装在o p t u c l i n u x 目录下面了。在这个目录下面，还 会看到许多可能用到的二进制工具，例如：b f i n u c l i n u x a r 、b f i n u c l i n u x 1 d 、 b f i n u c l i n u x a s 、b f i n u c l i n u x n n l 、b f i n u c l i n u x g c c 等等。 安装完交叉编译工具链后，需要修改环境变量p a h t ，使其包含b l a c k f i n 工 具链的安装目录。我的工具链安装在默认路径( o p t u c l i n u x 厂b f i n u c l i n u x b i na n