基于嵌入式Linux的GPS车载定位导航系统设计.pdf

洳专：j、硕士学位论文论文题目基王蛊厶式坠迪堕圣的堡堕奎煎定僮昱航丕统遮让塞叠塞煎撞学科(专业)撞剑翌途量撞劐王翟丫浙江大学硕士学位i=f：x摘要摘要随着汽车产业的迅速发展，G P S 车载导航系统得到了越来越广泛的应用，已成为汽车上的重要配置，为用户提供便利。另一方面随着计算机技术、通信技术的迅猛发展，微型化和专业化成为发展的新趋势，嵌入式系统已经成为信息产业的热点。而L i n u x 操作系统以其性能稳定可靠、源码公开免费、可裁剪、易移植等优点成为嵌入式系统的首选操作系统，具有巨大的市场价值和潜力。在此基础上，本文提出了将G P S 导航定位技术和嵌入式L i n u x 系统相结合，设计基于嵌入式L i n u x 的G P S 车裁定位导航定位系统的设想。在A R M 9 和D S P双核平台上移植嵌入式L i n u x 操作系统，然后基于此平台实现G P S 车载定位导航系统。与此同时，要求系统平台具备能设计一个完整的车载多媒体终端的潜力，包括G P S 导航定位以及M P 3 M P 4 播放、语音识别、短距无线对讲和V o l P 等潜在功能。在整个系统中，硬件系统是基础，嵌入式L i n u x 操作系统是软件的运行平台，它们在G P S 车载导航系统中卉有重要的地位。因此本文对导航系统的硬件平台及嵌入式L i n u x 操作系统进行了重点研究。论文首先简要介绍rG P S 车载导航系统的基本原理及其在国内外的现状与发展前景，并描述了课题的研究 的和作者的主要工作。然后根据G P S 车载定位导航系统的要求设计系统方案，并按照该方案设计了A R M 9(S 3 C 2 4 1 0 A)一D S P(T M S 3 2 0 C 6 7 1 3)T A 核的系统硬件“I 台，重点分析了电源和时钟、外部存储器、以太网、串口、音频帛l H P 等接口 乜路改计及其原理。在对嵌入式L i n u x 操作系统深入理解的基础卜，设计了软件系统框架及应用程序，并为各设备模块编写了设备驱动程序。最后对论文的1 作进行了总结，指出不足之处，提出了改进方法，并展望了今后的发展方向。关键词：嵌入式系统；车载导航：G P 5；L i n u x；A R M 9；D S P1 丫浙江大学硕亡学位论文摘要A b s t r a c tW i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ea u t oi n d u s t r y，G P SV e h i c l eN a v i g a t i o nS y s t e mh a sb e e nw i d e l yu s e d t th a sb e c o m ea ni m p o r t a n tv e h i c l ec o n f i g u r a t i o n，p r o v i d i n gc o n v e n i e n c et Ot h eu s e r s O nt h eo t h e rh a n d，a l o n gw i t hf a s td e v e l o p m e n to fc o m p u t e ra n dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y，a n dm i c r o m a t i o na n ds p e c i a l i z a t i o na san e wt r e n d，t h ee m b e d d e ds y s t e mh a sb e c o m eah o t s p o to f t h ei n f o r m a t i o ni n d u s t r y A n dt h eL i n u xO p e r a t i n gS y s t e mb e c o m e st h ep r e f e r r e do p e r a t i n gs y s t e mf o rm a n yu s e r s，b e c a u s eo fi t sa d v a n t a g e s，s u c ha ss t a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t y，f r e ea n do p e ns o u r c e，b e i n ga b l et oc u t，e a s yt ob et r a n s p l a n t e da n dS Oo n S oi th a st r e m e n d o u sv a l u e sa n dp o t e n t i a l si nt h ea u t om a r k e t O nt h i sb a s i s+t h i sp a p e rp r e s e n t sam e t h o dt od e s i g naG P SV e h i c l eL o c a t i o na n dN a v i g a t i o nS y s t e mb a s c do nt h ee m b e d d e dL i n u xs y s t e m c o m b i n i n gt h eG P S1 0 c a t i o nt e c h n o l o g ya n de m b e d d e ds y s t e mt e c h n o l o g y F i r s t，w et r a n s p l a n t e dt h ee m b e d d e dL i n u xs y s t e mt ot h eA R M 9a n dD S Pd u a l c o r ep l a t f o r m t h e nr e a l i z e dt h ef u n c t i o n so f】o c a t i o na n dn a v i g a t i o nj nt h i sG P SV e h i c l eN a v i g a t i o nS y s t e m M e a n w h i l e t h i ss y s t e mp l a t f o r ms h o u l dh a v et h ep o t e n t i a lt ob ed e s i g n e da sac o r n p l e t ev e h i c l em u l t i m e d i at e r m i n a l，i n c l u d i n gs u c hf u n c t i o n s：G P Sl o c a t i o na n dn a v i g a t i o n M P 3，M P 4p l a y e r s v o i c er e c o g n i t i o n s h o r t d i s t a n c ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n、b I Pa n dS Oo n I nas y s t e m、h a r d w a r ej St h eb a s i s，a n dt 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 mi St h ep l a t f o r mf o rs o f t w a r eT h e yp l a y e da ni m p o r t a n tr o l ei nt h i sG P SV e h i c l eN a v i g a t i o nS y s t e m T h e r e f o r et h i sp a p e rf o c u s e so nt h es t u d yo fh a r d w a r ep l a t f o r ma 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 mi nt h en a v i g a t i o ns y s t e m F i r s t l y,t h ep a p e rb r i e f l yi n t r o d u c e dt h ef u n d a m e n t a lo ft h eG P SV e h i c l eN a v i g a t i o nS y s t e ma n di t ss t a t u sq u oa n dp r o s p e c ta th o m ea n da b r o a d d e s c r i b e dt h er e s e a r c hp u r p o s eo ft h es u b j e c ta n dt h ea u t h o r Sm a i nw o r k T h e n，a c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n t so ft h i ss y s t e m w ed e s i g n e dt h es y s t e m a t i cs o l u t i o n I na c c o r d a n c ew i t ht h es o l u t i o n，w ed e s i g n e dt h eh a r d w a r ep l a t f o r m：t h eA R M 9($3 C 2 4 10 A)a n dD S P(T M$3 2 0 C 6 7 1 3)d u a l c o r es y s t e ma n da n a l y z e dt h ep e r i p h e r a lC i r c u i t sd e s i g n s u c ha sP o w e ra n dC l o c k，E x t e r n a lM e m o r y E t h e r n e t S e r i a】P o r t A u d i o H P II n t e r f a c ea n de t c O nt h eb a s i so ft h ed e e pu n d e r s t a n d i n go ft h ee m b e d d d dk i n u xs y s t e m，w ed e s i g n e dt h es o f t w a r ef r a m e w o r ka n da p p l i c a t i o nD r o g r a m s a n dw r o t et h eL i n u xD e v i c eD r i v e rf o ra l lt h ed e v i c e si nt h i ss y s t e mF i n a l l y t h ep a p e rs u m m a r i z e dt h ew o r ko fs y s t e md e s i g n f i g u r e do u tt h ed e f i c i e n c i c sa n di m p r o v e m e n t s a n dt h ef u t u r ed e v e l o p m e n td i r e c t i o n K e y w o r d s：E r n b e d d e dS)+S l C l l l：V e h i c l cN a v i g a t i o n：G P S：k i n u x；A R M 9：D S P1 F 浙江大学硕士学位论文绪论第一章绪论【摘要】本章首先介绍了车载导航系统的概念以及G P S 的基本原理，然后介绍国内外车载G P S 导航系统现状与发展前景，最后给出了课题的研究目的，本文的主要内容以及作者的主要工作。【关键词】车载导航；G P S；嵌入式；L i n u x1 1 引言随着近年来国内汽车在各地的普及，各大中小城市的车辆数量迅速增加，人们的出行习惯也逐渐发生改变，越来越多的人选择以车代步。与此同时对道路不熟悉的驾驶员也将越来越多，特别是跨城市的用车情况让一些对目的城市道路不熟悉的驾驶员面I 临很大的烦恼。一方面，不少中小城市的驾驶员因为对杭州、上海、北京等大城市的道路以及停车场不熟悉，不得已取消自驾前往。另一方面，现今用车不仅局限于日常的上下班，更多为周末和节假E t 自驾出游，在这些驾驶员中，能确切知道行车路线的人为数不多。出于这两方面的考虑，汽车定位导航逐渐成为目前驾驶员的迫切需求。另外，为了解决城市交通和车辆管理问题欧美、日本等发达国家和地区己经开始使用“智能交通系统”(I T S，I n t e l l i g e n tT r a n s p o r t a t i o nS y s t e m)来管理现有的交通道路。而该产业在我国才刚起步，政府已经将“智能交通系统”列入国家“十五”计划，使其成为交通领域的重大科技攻关项目。汽车导航产品是智能交通系统(I T S)这一新兴基础产业的关键部分，其利用全球卫星定位系统(G P S)信号为车辆定位导航的技术，可以在市区道路、郊外公路，甚至在人迹罕见的沙漠、戈壁、草原等地域为汽车导航，解决司机对道路状况不熟悉带来的麻烦。嵌入式系统这些年来已经成为信息产业的热点之一，渗入到我们生活的方方面面，特别是汽车领域。现今微处理器价格越来越低廉、结构越来越小巧、性能越来越强大、外设连接架构越来越稳定可靠，这些都为我们设计高性价比、方便可靠的车载导航定位系统提供了条件。斟此，将G P S 导航定位技术与嵌入式系统相结合，是一个可行且非常有吸引力的方案。1 F 浙江大学硕士学位论文绪论1 2 车载G P s 导航系统概述车载定位导航系统(V e h i c l eL o c a t i o na n dN a v i g a t i o nS y s t e m，V L N S)，或称智能交通引导系统(I n t e l l i g e n tT r a n s p o r tR o u t i n gS y s t e m)。大多是利用现今普遍流行的全球定位系统(G P S)，结合数据通信、嵌入式计算机、电子传感器以及软件开发等技术来定位导航。其内置的G P S 天线会接收到来自环绕地球的2 4 颓G P S 卫星中至少3 颗所传递的数据信息，结合电子地图，通过G P S 卫星信号确定的位置坐标与此相匹配，进而确定汽车在电子地图中的准确位置，即定位功能。V L N S 为驾驶者或者乘客显示车辆所在的位置，行驶路线、行进速度、路况信息等数据，搭配液晶显示屏地图显示，给予使用者到达目的地的引导服务以及其它有用信息。系统工作如图l l 所示。图1 1 车载G P S 导航系统工作示意图车载G P S 导航系统一般具有以下功能：】定位功能：G P S 接收卫星信号，进行准确的三维定位，误差小于1 0 米。2 导航功能：使用者在电子地图上设定目标地点后，导航系统会自动根据当前的位置，为车主设计最短时间或者最短里程等条件下的最佳行车路线。并可以根据道路是否拥挤等实时路况信息来调整行车路线。3 增加兴趣点：用户对电子地图进行修改，增加兴趣点，方便日后使用。丫浙大学硕士学位论文绪论4，转向语音提示：车辆遇到十字或三叉路E l 时，系统会根据所设计行车路线用语音向用户提示行使方向。5 显示航迹：记录用户车辆行驶经过的路线。6 测速与报警。总之，G P S 车载导航系统能让驾车者对行驶道路了如指掌，使用户再也不会为迷失方向而苦恼，其具有很大的市场价值和潜力。1 2 1G P S 系统简介全球卫星定位导航系统(G l o b a lP o s i t i o n i n gS y s t e m)简称G P S，是美国从本世纪7 0 年代开始研制，历时2 0 年，耗资2 0 0 亿美元，于1 9 9 4 年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。G P S卫星发送的导航定位信号是一种可供无数用户共享的信息资源。G P S 系统具有如下三个特点。1 全球、全天候工作：能为用户提供连续、实时的三维位置、速度和精密时间，不受天气的影响。2 定位精度高：单机定位精度优于1 0 米，采用差分定位，精度可达厘米甚至毫米级。3 功能多，应用广：G P S 的定位、导航、测速、测时等功能在生产生活的各方面得到广泛的应用。G P S 对人类活动的影响极大，应用价值极高。它可以从根本上解决在地球上的导航定位问题，满足各种不同用户的需求。虽然最初G P S 卫星定位系统是为军事用途而设计的，但由于其精密的全球定位、简便的观测、优异的实时性、丰富的功能、良好的抗干扰性能、极强的保密性等优点，应用领域正在不断地开拓，目前G P S 系统己遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。1 2 1 1G P S 系统组成及工作原理G P S 系统由以下三个独立的部分组成：空间部分：2 l 颗工作卫星，3 颗备用卫星。地面支撑系统：1 个主控站，3 个注入站，5 个监测站。用户设备部分：接收G P S 卫星发射信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航和定位工作。丫浙江大学硕士学位论文绪论G P S 接收机硬件一般由主机、天线和电源组成。其任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号。并躁踪这些卫星的运行，对所接收到的G P S 信号进行变换、放大和处理，以便测量G P S 信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译G P S 卫星所发送的导航电文，从而计算出测站的三维位置、速度和时间。G P S 定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。即在某时刻，利用G P S 接收机同时接收4 颗G P S 卫星信号，计算出信号传播的时间，并通过G P S 导航电文解译出该时刻4 颗卫星的三维地心坐标，然后根据距离交会法求出接收机的三维地心坐标。如图1 2 所示，假设f 时刻在地面待测点上安置G P S 接收机，可以测定G P S 卫星信号到达接收机的时间f，再加上接收机所接收到的卫星星历等数据可以得四个方程式。卫星2卫星3图卜2 G P S 定位原理(而-x)2+(M-y)2+(z J-z)2】“2+c(K 一Z,o)=西【(j c 2-x)2+(儿一y)2+(乞一z)2】2+c(：一)=吐(b-x)2+(乃一y)2+(毛一2)2】2+c(一)=砖(_-x)2+(儿一y)2+(z。一z)2 “2+c(一V,o)=以上述四个方程式中待测点坐标x、Y、z 和V,o 为未知参数，其中Z=旭O=1，2，3，4)，一(f=l，2，3，4)分别为1-4 号卫星到接收机2 _ f q 的距离；越(f-1，2，3，4)分别为I-4 号卫星的信号到达接收机所经历的时问f 为G P S 信-g-的传播速度(即光速)。丫浙江大学硕士学位论文绪论四个方程式中各个参数意义如下：1 1 i、y、z 为待测点坐标的空间直角坐标。2)而、咒、(i=l，2，3，4)分别为l 一4 号卫星在t 时刻的空间直角坐标，可由卫星导航电文求得。3)KO=1,2，3，4)分别为1 4 号卫星的卫星钟的钟差，由卫星星历提供。4)为接收机的钟差。E b 以上四个方程即可解算出待测点的坐标f、Y、z 和接收机的钟差，实现G P S 定位。1 2 2 国内外车载G P S 导航系统发展现状随着社会经济的快速发展，汽车成为人们在日常工作生活当中不可缺少的常用交通工具。据统计，仅美、英、德、日等几个发达国家，汽车拥有量己达上亿之多。我国加入W T O 后，汽车拥有量也逐年上涨，G P S 车载导航系统市场也将随着汽车的增加而不断扩大。车载G P S 导航仪的出现，能够准确地为驾驶员提供一条通往目的地的合理路径，从而解决驾驶员因不熟悉道路交通状况而疲劳往返或延误时间的难题。此外，车载G P S 导航系统可应用于城市交通管理：通过车载G P S 接收器实现自主定位，再将定位信息发往监控中心对车辆进行跟踪和调度管理。且前，杭州已经在公交系统上安装了G P S 车载导航系统和电子站牌，逐显成效。1 2 2 1 国外G P S 车载导航系统现状在全球范围内，车辆导航技术最发达的地方是日本、美国和欧洲等地区，其导航技术的现状代表了本领域研究和应用的发展方向。其中，日本国土面积小、人口密度大，城市路网稠密且布局不甚合理，改造费用又高，从而带来了其交通的复杂性。日本I T S 发展年鉴表明，其最早从1 9 9 2 年开始大规模应用G P S 导航系统，从1 9 9 6 年开始车辆导航系统进入快速发展期，截止到2 0 0 2 年6 月己累计销售达到9 6 2 万台。目前年销售量维持在几百万套，超过6 0 的新车出厂时就已安装了车辆导航系统。日本车辆导航产品在市场上的出色表现不但是因为日本制造技术先进，基础设施配套齐全，更主要的原因是日本导航产品在功能和性能上的设计真正满足了市场需要。对日本购车的个人用户而言，车辆导航系统功能丰富，使用方便，在Y 浙江大学硕士学位论文绪论满足导航诱导的同时还能提供多种服务，具有很好的性价比；对社会和国家而言，导航技术的普及大大缓解了交通拥堵，提高交通效率，注重环保，符合国家利益。因而该技术的推广应用得到政府从基础设施到配套软件环境的大力支持。由于巨大的市场潜力和不可估量的发展前景，日本几乎所有的汽车生产厂家都参加了这一高科技角逐，仅近几年投入市场的新系统就有3 0 多个，在日本的一些豪华轿车(例如丰田公司的W i n d o m、日产公司的C i n a、本田公司的L e g e n d 等)上，导航系统已不再是选装，而成为标准设备。同时，世界其它发达国家如美国、德国、荷兰不甘落后，力图在该市场占有一席之地。目前在欧洲，由飞利浦、西门子开发的车载导航系统1 9 9 5 年己在雷诺、菲亚特等大众化民用车辆上使用；还有一些进口轿车，如奔驰公司的S 级轿车，宝马公司的新7 系列和5 系列轿车都装备有这种电子导航系统p J。1 2 2 2 国内G P S 车载导航系统现状随着我国经济的发展，汽车正逐渐走进每一个中国家庭。经过多年的研究和实践，G P S 导航系统市场已经形成，但截止2 0 0 5 年底，我国配备G P S 导航设备的汽车不足1 0 万辆，G P S 系统车载率不到2，远远低于国外平均水平。这也说明了中国G P S 导航系统的潜在市场十分庞大。有数据显示，到2 0 0 8 年，中国安装G P S 导航设备的汽车至少将增加5 倍，产值将超过2 0 0 亿元人民币，一汽、二汽、上海大众、通用等都有在豪华轿车或普通轿车上将G P S 导航系统作为标准配置的打算【3 1。1，我国G P S 车载导航市场尚处于初级阶段从系统的技术水平与产品的质量和成熟程度来说，我国G P S 车载市场还处在发展初期。车载导航系统还不成熟，实时交通信息发布和完善的导航电子地图的提供与更新机制都缺乏实际解决方案和途径。2 G P S 车载导航系统以后装市场为主G P S 车载系统的市场可分为前装和后装两种方式。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。我国目前的轿车拥有量大约为1 5 0 0 万辆，这部分车辆都是后装导航终端的潜在市场，因此后装市场在今后几年内仍将是市场的主流。相对于后装设备而言，车载前装设备可以将导航系统与车内系统完整地统一起来，在出厂前都经过严格的测试，其稳定性远高于后装设备。随着消费市场的不断成熟，后装市场将逐渐1 守浙江大学硕士学位论文绪论萎缩，将G P S 车载系统作为标配可以为消费者提供更大的便利。3 制约车载G P S 消费市场的四大因素 4】到目前为止，车载G P S 系统市场并没有像预计一样发展起来，整个市场仍处于初级阶段。究其原因，主要有四个方面的因素制约了其发展：1)消费需求不强烈。在产品需求上，我国与G P S 导航产品市场发达的国家有很大的不同：在西方国家人们开车出行半径都在数百公里，在中国仅为其1 1 0，而且大多数是往返于至居住地固定的道路上。因此中国的车主对G P S 导航设备没有强烈的需求。2)缺乏行业标准。标准化问题是G P S 车辆导航系统产业化的核心问题。目前，不同公司的G P S 产品及运营系统不能通用、兼容、联网。客户无法在市场中选择最新最优的产品，或将技术进行更新换代。此外，涉足该领域企业的实力和信誉参差不齐，服务质量有待完善。这些问题也妨碍了G P S 导航系统的推广应用。3、地图有待开放。在G P S 导航系统中，产品所提供的电子地图是很重要的一部分。出于国家安全的考虑，政府对地图数据进行严格控制。另外，中国正在对基础设施和道路进行大规模的升级改造，需要经常对地图进行更新，这造成电子地图成本居高不下，无法进行市场化运作。从现状看，目前国内所开放的电子地图还不能满足消费者的全部需求。4)产品价格过高。价格昂贵是G P S 导航系统不能在中国市场迅速普及的主要原因，开发出廉价的导航产品是当前各大导航设备厂商的主要任务。目前，市场中主流的G P S 系统高端市场单体接收机价格大约为8 0 0 0 元，中端市场价格为5 0 0 0 元左右，低端单体接收机价格为2 0 0 0 元左右，即使是简单车载系统平均价格也为3 0 0 0 4 0 0 0 元。这样的价格使很大一部分潜在消费者望而却步。1 2 3 我国车载G P S 导航系统发展前景车载G P S 导航系统在中国市场刚刚起步，还不成熟，但谁也不能否认这个方兴未艾的市场具有无限的升值潜力。随着中国汽车工业的发展，汽车电子市场的逐渐成熟，消费者对便捷的追求，G P S 车载导航系统在中国将有非常广阔的市场前景。中国加入W T O 后，由于汽车进口关税下降，轿车售价随之降低，私人汽车保有量不断增长。同时，随着私人汽车用途的转移及交通设施的改进，有车族进1，r 浙江大学硕士学位论文绪论行中短途的商业旅行和假日旅游已经司空见惯。车载G P S 导航系统可以为私人汽车车主提供丰富的增值服务。未来当G P S 导航设备性价比进一步提高时，G P S导航系统必将被越来越多的用户采用。在运钞车、急救车、危险品及贵重物品运输车等特种车辆领域，车载G P S 被广泛应用。国内很多做中长途运输的载货车对于车载导航系统有着明确的需求：车主希望该系统既能满足交通导航的需要，也能为司机在长距离运输过程中提供娱乐和信息沟通便利。据悉，全国物流业的运输车辆将会陆续安装G P S 导航及安全系统，近两年之内将有1 0 万辆，三到四年内将有1 0 0 万辆运输车安装G P S 安全监控系统。这一项预算费用约在1 9 1 8 亿元人民币左右【4】。根据计世资讯(C C WR e s e a r c h)最新研究报告 2 0 0 5 2 0 0 6 年中国汽车电子市场发展趋势研究报告研究表明：2 0 0 6 2 0 0 9 年中国汽车G P S 导航系统市场年增长率将超过5 0，预计到2 0 0 9 年，由于导航卫星、车载导航设备商业化应用环境以及卫星导航应用标准的成熟，车载导航系统将被消费者更加广泛地接受，产品价格也会逐步下降，市场规模将不断扩大，2 0 0 9 年中国汽车G P S 导航系统终端的销售额将接近1 0 0 亿元。另外搏通智信调研机构结合近几年导航产业发展的数据，也对我国车载导航信息产业进行了定性和定量的预测(如图l 一3)。可见，车载G P S 导航系统产品有着非常好的市场前景。1 0 05 0C 4 S 导航设鲁单位c 亿元_ 巴忍=盛翌嶂E 漫2 0 0 02 0 0 12 1 1 0 22 0 0 32 0 0 4嬲2 0 0 62 0 0 72 8图-3G P S 导航设备增长趋势车载G P S 定位导航系统未来将在以下三个方面得到发展：1 G P S 导航定位系统与安防系统相结合在防盗、报警功能方而增加新的技术内容。如密码识别警报、非法开车门警f 浙江大学硕士学位论文绪论报等。此外，系统除设置紧急求助的报警按钮以外，还设置重大碰撞自动通报和安全气囊启动自动报警等，进一步保障司乘人员的安全，进行及时抢救。2 G P S 导航定位系统与车载多媒体系统结合尽最大努力满足用户的需要，将车载导航系统设计成集多种功能于一身的车载导航多媒体系统，增加系统集成化程度，降低总体价格。薪的二合一车载系统具有显著的新特征，集成了C D、D V D、M P 3 播放功能和无线上网以及卫星导航等功能，不同功能只需轻触屏幕即可完成操作，实现车辆内部的导航、娱乐。3，车载G P S 服务逐步大众化p】目前，G P S 导航系统的功能不断增加和完善，成立专门的G P S 定位管理服务公司愈来愈成为时代的要求，他们主要从事为用户进行产品选择、系统安装调试、和运营服务等各项服务工作，使服务范围逐步走向大众化，从而使G P S 导航设备市场进一步扩大由于导航新产品的增多，产品更新换代速度加快，市场竞争将会更加激烈。因此G P S 导航设备厂商必须更多地掌握产品的知识产权，深入开发，为用户提供更多使捷舒适、功能完善且各异的导航方案，提升产品的竞争力。91 r 浙江大学硕士学位论文绪论1 3 嵌入式系统简介1 3 1 嵌入式系统的定义和组成嵌入式系统一般定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁减，适合应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗要求的专用的计算机系统。可以说，嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术、电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物，这点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。嵌入式计算机的外部设备中就包含了多个嵌入式微处理器，如键盘、硬盘、显示器、网卡、声卡等均是由嵌入式处理器控制的。嵌入式系统通常由嵌入式处理器、外围设备、嵌入式操作系统和应用软件等几大部分组成1 6 1。1 嵌入式处理器嵌入式处理器是嵌入式系统的核心部件。嵌入式处理器与通用处理器的最大不同点在于其大多工作在为特定用户群设计的系统中。它通常把通用计算机中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，并具有高效率、高可靠性等特征。现今市面上有1 0 0 0 多种嵌入式处理器芯片，其中使用最为广泛的有：A R M、M I P S、P o w e r P C、M C 6 8 K、X 8 6 处理器等。2，外围设备外围设备是指在一个嵌入式系统中，除了嵌入式处理器以外用于完成存储、通信、调试、显示等辅助功能的其他部件。根据其功能可分为以下3 类：存储器：静态易失性存储器(R A M S R A M)、动态存储器(D R A M)和非易失性存储器(F l a s h)。标准接口：应用最为广泛的包括并口、R S 一2 3 2 串口、I r D A 红外接口、S P I 串行外围设备接口，1 2 C 总线接I=1、U S B 通用串行总线接口、E t h e r n e t 网口等。人机交互：L C D，键盘和触摸屏等人机交互设备。3 嵌入式操作系统在大型嵌入式应用系统中，为了使嵌入式开发更方便、快捷，需要具备一种稳定、安全的软件模块集合，用以管理存储器分配、中断处理、任务间通信和定1 丫浙江大学硕士学位论文绪论时器响应，以及提供多任务处理等，即嵌入式操作系统。嵌入式操作系统的引人大大提高了嵌入式系统的功能，方便了应用软件的设计，但同时也占用了宝贵的嵌入式系统资源。一般在比较大型或需要多任务的应用场合才考虑使用嵌入式操作系统。常见的操作系统有：V x w o r k s，W i n C E，E m b e d d e dL i n u x，I t C O S 和p C O S 1 1，P a l m O S，Q N X，D e l t aO S，H o p e nO S，p S O S 等。4 应用软件嵌入式系统的应用软件是针对特定的实际专业领域，基于相应的嵌入式硬件平台，并能完成用户预期任务的计算机软件。用户的任务可能有时间和精度的要求。有些应用软件需要嵌入式操作系统的支持，但在简单的应用场合下不需要专门的操作系统。任何嵌入式系统都包括硬件和软件两个方面。硬件包括微处理器。存储器、I O 端口和图形控制器。软件包括操作系统软件和应用软件，应用软件控制着嵌入式系统的运作和行为，而操作系统则为应用程序提供必要的底层支持。图1-4显示了嵌入式系统的基本构成，图1 5 给出了典型嵌入式硬件平台的组成。匿胭蚴回I i i l微处理器：i L 一：I：L Ji 圈l 一叫!回；外设；r r 1 卜订卜订图1 4 嵌入式系统组成图】一5 嵌入式硬件平台组成1 3 2 嵌入式系统的应用嵌入式系统概念的提出已有相当长的时间，主要被应用于军事领域和工业控制领域。随着数字技术的发展和新的体积更小的控制芯片和功能更强的操作系统的出现，嵌入式系统在很多领域得到了广泛的应用，如国防、工业控制、通信、办公自动化和消费电子领域。现今嵌入式系统带来的I,J k 年产值已超过1 万亿美元。、甲浙江大学硕士学位论文绪论1 工业过程控制：对工业生产过程中的生产流程加以控制。在控制过程中，嵌入式系统处于中心位置。它通过分布在工业现场的各个传感器收集信息，并对这信信息进行加工处理和判断，然后向执行器发出控制指令。2 军事电子设备：军事领域从来就是许多高新技术的发源地。嵌入式系统的武器设备反应速度快，自动化程度高，威力巨大。3 网络通信设备：现今众多的网络设备都是基于嵌入式系统的，如嵌入式的路由器、交换机、网络接入设备、W e b 服务器等。4 消费电子产品：后P C 时代的消费电子产品具有强大的网络和多媒体处理功能，易用的界面和丰富的应用功能。这都依赖于嵌入式系统提供的强大的数字处理能力和简洁使用的特性。随着信息技术的发展，人类进入一个全新的数字时代，嵌入式系统应用于空前广泛的领域。在以后相当长的一段时间内，嵌入式技术将在消费电子领域飞速发展，嵌入式产品将与人们的生活结合得更为紧密J。1 3 3 嵌入式系统的特点嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必须与具体应用相结合才会具有优势。嵌入式系统具有很强的专用性，必须根据应用需求对软硬件进行裁减，满足应用系统功能、可靠性、成本、体积等要求。在嵌入式系统中，具体的应用将决定对硬件和软件的需求，如芯片、存储器、I 0 扩展和操作系统、应用程序编制等。嵌入式计算机系统同通用型计算机系统相比具有以下特点：1 嵌入式系统通常是面向特定应用的。嵌入式C P U 大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点。2，嵌入式系统是先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。3 嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余。4 为了提高执行速度、提高系统可靠性，嵌入式系统的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。5 嵌入式系统本身不具备自举开发能力，设计完成后不能对其中的程序功能进行修改，必须有相应的开发工具和环境才能进行。丫浙江大学硕士学位论文绪论总的说来，嵌入式系统软硬件体化；需要操作系统支持，代码小，执行速度快：专用紧凑，用途固定，成本敏感；可靠性要求高：应用广泛，种类繁多。由于车载导航系统使用环境的特殊性，作为系统核心的处理器的必须体积小、集成度高、功耗低、处理能力强，最重要的是抗干扰性强，具有良好的可靠性、扩展性和兼容性。丽嵌入式系统符合前面所说的要求，因此在车载导航设备中采用嵌入式系统是最佳选择。1 4 课题研究目的和主要工作我国虽然是一个发展中国家，但是正像计算机和移动电话一样，车载导航系统具有极