西南交大嵌入式系统中期作业

1、嵌入式系统在车载终端导航系统上的应用 车载导航 车载导航系统通过将导航定位技术、 地理信息系统、通讯技术以及嵌入式计 算机技术结合在一起， 为汽车用户提 供各种导航、地理信息及其它服务。它 实现了野外踏勘、出游旅行的数字化智 能导航。它具有准确的地图、地理信息 ，清晰的行进路线。它接收GPS所传送 的卫星信号, 得到车辆的即时位置，通 过GPS 信号处理系统传送给主机，再配 合嵌入式系统上的地理数据库， 将车 辆经过的轨迹显示在显示屏上。通过安 装在车上的导航系统，车主可以得到达 到目的地得最短路径或者以最短得事件 到达目的地的路径 车辆导航系统的GPS定位 车辆导航系统的组成： 主要由控制单

2、元(CPU ), 显示单元、 GPS 接收单元组成 GPS是一种以空间卫星为基础的高精度导航定位系统。 在地球表面任何地区，任何时候都可以至少同步接收四 颗以上的卫星信号。根据接收到的电文即可以解算出当 前接收者的三维位置，从而实现全球、全天候、三维速 度的信号接收和实时定位。GPS系统有24颗GPS卫星，分 布在空间6个近地轨道面上。如果地面接收机同时收到4 颗以上的卫星信号，就能根据卫星的精确位置及发送信 号的时刻，通过计算便可求出接收机的三维位置，三维 方向以及运动速度和时间信息，并送给控制单元。控制 单元对这些信息进行处理，把处理后的位置坐标与存储 在CD-ROM中的电子地图信息相匹配

3、，便可确定汽车在电 子地图中的准确位置，送显示单元显示，帮助驾驶确定 车辆的方位，实现导航。同时还可实现路线推荐查询位 置等多种功能。 车辆导航系统的GIS GIS条件下的地图数据库为车辆定位导 航系统提供了一个存放导航信息的可视 化载体。它将某些区域的地图资料信息 存储在大容量的存储设备中，根据实际 需要自动调出来显示，并可进行查询、 平移、缩放等操作，这样就为车辆导航 系统提供了车辆位置的直观、清晰的显 示， 有利于提高导航系统的性能。同 时可以扩展功能，实现相关信息的查询 并通过文字或图像的方式显示在显示屏 上 与传统的GIS相比，嵌入式GIS的特点 是软件代码小、成本低、响应速度快、

4、系统资源开销低、可靠程度高 投 影网 络图 形 编 辑空 间 分 析 嵌 入 式 操 作 系 统 空 间 数 据 管 理 嵌 入 式 GIS 汽车自主导航工作过程 （1）用户输入目的地。在出发前, 用户通过系统提供的输入方法将目的地输入 到导航设备中。 除了在系统显示的电子地图上直接点击选取地点外, 更多时候 是输入目的地。 （2）行驶路线的计算。汽车导航系统中至关重要的一部分是存储在光盘或内置 存储器 ( 如硬盘) 中的电子地图。电子地图中存储了一定范围内的地理与道路 和交通管制信息, 与地点对应存储了相关的经纬度信息。 汽车导航主机从 GPS 接收机得到经过计算确定的当前点经纬度, 通过与

5、电子地 图数据的对比, 就可以随时确定车辆当前所在的地点。推荐的路线将以特殊的方 式显示在屏幕上的地图中，如果行驶过程中车辆偏离了推荐的路线, 系统会自动 删除原有路线并以车辆当前点为出发点重新计算路线, 并将修正后的路线作为新 的推荐路线。 （3）行驶中的导航。 嵌入式技术在车载导航上的应用 嵌入式技术概述：嵌入式系统是以应用为中心，以计算 机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适 用于应用系统对功能、可靠性、成本、 体积、功耗有严格要求的专用计算机系 统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬 件设备、嵌入式操作系统以及用户的应 用程序等四个部分组成 嵌入式技术在车载导航上的应用 嵌入式操作系统：从上世

6、纪八十年代开始，开始出现各 种各样的商业用嵌入式操作系统，这些 操作系统大部分都是为专有系统而开发 ，从而形成了现在多种形式的商用嵌入 式操作系统百家争鸣的局面。如 VxWorks、Window CE和pSOS等等。现在 市场上和开发商经常使用的嵌入式操作 系统和软件有：RT linux、Time Sys Linux、Windows CE、Windows CE.NET 、Window NT Embedded以及Windows XP Eebedded。开发人员可根据不同的需求 ，选择不同的操作系统。目前，车载导 航系统中经常用到RT Linux和Windows CE。 嵌入式技术在车载导航上的应

7、用 嵌入式系统的软件在嵌入式系统的开发中，嵌入式软件 是实现各种系统功能的关键。不同应用 对嵌入式软件系统有不同的要求，嵌入 式系统中的软件，一般都固化在只读存 储器中，而不是以磁盘为载体，可以随 意更换，所以嵌入式系统的应用软件生 命周期也和嵌入式产品一样长。通常， 应用系统对嵌入式软件的基本要求是体 积小、执行速度快、具有较好的可裁剪 性和可移植性 嵌入式系统的开发流程 系 统 测 试 选 择 嵌 入 式 操 作 系 统 开 发 嵌 入 式 应 用 软 件 选 择 嵌 入 式 处 理 器 测 试 通 过 开 发 结 束 嵌入式系统在导航系统中的应用 车载终端是智能交通系统中关键的一环，车辆

8、的所有信息都必须通过车载终端得到，而且车载终端还 必须具备一定的处理能力，以便能够对搜集到的信息进行必要的处理，最后车载终端要能够接收并处 理监控中心发出的命令。基于对车载信息终端的以上需求, 我们得出了车载信息终端必须具备的功能: (1) 对车辆位置信息进行采集，采集的方法可以使用GPS，惯性导航设备(IMU)等。 (2) 对位置信息数据能够进行必要的处理。 (3) 必须具备可靠的通信能力。 (4) 终端要具备一定的通用性。 (5) 在高端应用场合， 需要能够支持显示功能，如LCD显示屏等。 (6) 要实现上述的功能就必须要求终端上运行多个任务，只有运行操作系统才能支持多个任务的同时 运行。

9、总结以上功能需求可以得出下述结论，车载终端必须是：适应大容量、大范围要求具备全天候 工作能力；定位精度尽可能高；具备高可靠性、准实时的通信能力；具备丰富的接口；具备强大的信 息处理能力；低成本；能够迅速实现产业化。所以，车载导航因其特殊的应用场合，决定了它的实现 只能采用嵌入式系统。只有嵌入式系统嵌入式系统能满足车载台的高移动性，极低功耗，轻便性，以及某些场合 的隐蔽性要求。 车载导航系统在国内的现状 我国的卫星导航应用产业在近年来进入了一个快速发展的新时期。据相关报告显 示，日本的车载导航使用率达60%，欧美约25%，国际市场水平为40%，目前中国 拥有车载导航设备的车辆不足70 万辆，相对

10、于3000 万辆的汽车总数来说，普及 率约为2.3%，由此可见中国的GPS 导航仪市场潜力极其巨大。我国 GPS 车载系 统分为前装和后装两种方式7。前装系统是在车辆出厂前就组装在车辆上的配 套产品之中。后装系统则是在车辆使用过程中安装到车辆上的。对于我国来说， 近几年来汽车工业的高速发展，私人拥有车辆数量不断高速增长，对车载导航设 备的需求快速增大，我国几大轿车生产厂家都迅速采取行动将车辆定位导航设备 作为整车出厂的标准配置。 目前在国内市场上销售的用于导航的产品根据采用的硬件平台不同，可分CAR-PC 车载导航系统、DVD 汽车导航仪、基于掌上电脑的车载导航仪及其它形式的导航 仪等。 嵌入

11、式车载导航系统概述与总体设计 嵌入式车载导航系统可以分为三层平台：嵌入式硬件平台、嵌入式操作系统平台和导航 应用软件。其中嵌入式硬件开发板和嵌入式操作系统属于两大基础平台。嵌入式硬件平 台，包括嵌入式处理器和外围设备。嵌入式系统要求体积小、重量轻、成本低、可靠性 高等，所以一般使用专用的嵌入式CPU，嵌入式微处理器一般以某一种通用微处理器内核 为核心，芯片内部集成了ROM/EPROM、RAM、FLASH、I/O、A/D、D/A、WATCHDOG、定时、 计数器、串口、总线、总线逻辑等各种必要功能和外设接口，形成一个完整的小型计算 机系统。嵌入式外围设备按功能分主要有存储类、接口类、显示类等三大

12、类，主要完成 存储、通信、保护、显示等辅助功能。通过外围接口可以连接GPS 信号接收器、GPRS 通 讯模块等其他硬件模块。嵌入式系统是当代计算机技术飞速发展带来的硬件小型化、微 型化及软件技术深入发展的产物。它是管理存储资源、中断处理、任务间通信和定时器 响应的软件模块集合。它具有一般操作系统的功能，同时具有嵌入式软件的特点，可固 话、可裁剪、可配置独立的板级支持包、可修改等。目前常见的人机界面良好、易于开 发应用程序的嵌入式操作系统有Windows CE.NET、VxWorks、Palm OS 和cLinux 等。 应用软件方面，嵌入式系统一般要求响应速度快，并具有处理异步事件的能力。由于

13、嵌 入式系统设备硬件资源有限，因此编写的软件好要求有体积小、代码效率高等特点。 系统的总体设计： 根据目前自助式车辆导航系统的用户需求、市场前景、相关技术发展的现状与 趋势，本文采用嵌入式硬件平台S3C2440 开发板和嵌入式操作系统Windows CE 及嵌入式地理信息系统 开发平台eSuperMap 设计一种低成本，具有信息交换能力的自主式车载导航系统，为用户提供简洁、 可靠、动态、直观的实时导航信息，系统总体方案如图所示。其中主要包含以下几个模功能块： (1)电子地图模块 对电子地图进行放大、缩小、漫游、图层管理等基本操作。地图包含预先定义好存储格式的数字地图 信息，如辨别场所、公路等级、交通规则和旅行信息等等。 (2)GPS 定位模块GPS 定位模块以全球定位系统(GPS)接收机为主，对GPS 设备进行管理，包括设备打 开、关闭、参数设置等，利用接收到的GPS 信号来解算出车辆的当前坐标并在地图上显示。 (3)地图信息查询模块 可以进行图形和属性的查询，计算距离、面积