基于wince5.0的gps导航系统硬件平台的搭建与移植_毕业论文设计(23页).doc
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1、-基于wince5.0的gps导航系统硬件平台的搭建与移植_毕业论文设计-第 23 页基于ARM9-WINCE5 .0的GPS实时导航系统-硬件平台的搭建与移植摘 要:本系统按功能可分为嵌入式主控模块、GPS模块、LCD带触屏显示模块、SD卡扩展模块及供电模块等五大部分,实时的模拟GPS导航的过程。嵌入式主控模块是基于S3C2440处理器负责对GPS数据的收集、处理,响应和控制。在硬件上,主控模块就是一个mini2440嵌入式开发板,包括触摸LCD接口电路、SD卡接口电路、FLASH等。而在软件上,主控模块运行嵌入式Wince5.0系统,在该系统上运行凯立德导航软件并进行实时的地图显示与导航。
2、关键词:mini2440 Wince5.0 S3C2440 GPS LCD 凯立德导航软件 Based on the ARM9-WINCE5.0 of real-time GPS navigation system - hardware platform to build and transplantationLiu Kai Instructor: Liu Yajun(2009 Electronic and Information Engineering)Abstract: The system can be divided into embedded master module, GPS m
3、odule, LCD display with touch screen display module, SD card expansion module and power supply module has five major real-time simulation of GPS navigation process. The embedded MPU module is based on S3C2440 processor is responsible for GPS data collection, processing, response and control. In hard
4、ware, the main control module is of a mini2440 embedded development board, including touch LCD interface circuit, SD card interface circuit, FLASH. In the software, the main control module is to run embedded Wince5.0 system, Kay Rucker navigation software running on the system and real-time map disp
5、lay and navigation. Key words: mini2440 Wince5.0 S3C2440 GPS LCD Kay Rucker navigation software目 录1概述41.1 GPS导航技术的发展41.2 车载导航仪发展41.3 本系统简介51.4 课题研究的意义52系统硬件的设计与实现62.1 Mini2440开发板62.1.1.芯片介绍62.1.2.S3C2440A芯片内部结构框图72.2 Mini2440 开发板各接口电路图72.2.1.主控芯片电路72.2.2.SDRAM 存储系统92.2.3. Flash芯片电路102.2.4. 串口电路112.2
6、.5. USB端口电路122.2.6. LCD41P及系统总线电路122.2.7. 电源电路132.2.8.SD卡电路142.2.9.复位电路142.2.10.音频输入与输出电路153嵌入式系统介绍153.1 嵌入式系统简介153.2嵌入式Linux系统163.3嵌入式Wince5.0系统163.3.1. Wince5.0系统概述163.3.2. Wince5.0系统移植的原因163.3.3.搭建嵌入式Wince5.0系统开发环境173.3.4.板级BSP包的移植183.3.5.OAL移植183.3.6.驱动程序的移植和开发193.3.7.平台文件配置的修改194系统方案设计204.1 系统总
7、体方案设计框图204.2 导航系统功能模块214.3 Wince平台创建流程图225硬件平台的搭建与移植235.1 Wince5.0开发环境搭建235.1.1.定制Wince内核235.1.2. 编译内核工程步骤:315.1.3. SDK介绍及如何Platform Builder5.0导出315.1.3.1 SDK的基本信息315.1.3.2 SDK的导出步骤315.2 Wince5.0系统的安装325.2.1. Bootloader的烧写步骤335.2.2. Bootlogo的烧写步骤335.2.3. 安装Wince5.0内核镜像345.2.4. 运行Wince5.0345.2.4.1 两种
8、镜像文件的说明:345.2.4.2 使用 USB 下载内核到内存中运行346实物运行演示过程357总结388参考文献39致 谢 词40独 撰 声 明411 概述1.1 GPS导航技术的发展GPS 是Global Positioning System(全球定位系统)的简称。美国海军、陆军、空军三军在二十世纪七十年代研发出了空间卫星导航定位系统GPS。它最重要的目的是为海陆空三大军事领域提供及时的、 全天候和全球性的定位导航服务,并多用在核弹爆炸监测、情报收集工作以及应急的实时通信等一些军事活动。随着科学技术的蓬勃发展,GPS导航仪技术越来越民用化,其应用范围十分广泛主要是为船舶,汽车,飞机等运动
9、物体进行定位导航。例如:船舶远洋导航,飞机航线引导,汽车定位导航,地面移动物体的追踪,个人旅游,个人通讯终端等。民用化的GPS技术被越来越多的应用在个人PDA、个人车载终端的导航、手机等个人仪器上。人们使用手持GPS终端,能精准实时的了解到自己的地理位置信息,实现实时定位导航。1.2 车载导航仪发展我国经济水平的不断发展,汽车行业也蓬勃发展起来。汽车的快速增长远超过公路的增长速度,汽车数量的快速增长导致城市交通情况不断恶化。同时,现代的物流运输行业,公交行业,出租车行业等运输行业都对车辆的实时定位和导航有着急切的需要。而且旅游行业近年来的快速发展,一种能够实现随时定位和导航的设备是目前人们急切
10、所想要的,而GPS具有全球、全天候工作,定位精度高,功能多,应用广的特点,通过GPS接收机可以实现精确的自主定位,这为实现车辆的定位和导航奠定了基础。1.3 本系统简介本项目设计的GPS全球定位导航系统按功能可分为五大部分,分别是以嵌入式为核心的主控模块、GPS导航接收与发送模块、LCD人机交互模块、扩展应用模块及供电模块。系统核心模块是S3C2440处理器,其功能是对GPS导航模块数据的接收、处理、响应和控制。在硬件上,主控模块就是一个mini2440嵌入式开发板,包括触摸LCD接口电路、SD卡接口电路、FLASH等。而在软件上,主控模块运行嵌入式Wince5.0系统并在系统上运行凯立德导航
11、软件进行实时的定位导航。GPS模块主要用于接收导航卫星数据,并以特定的格式发送给主控模块。显示模块选用3.5寸带触摸屏LCD,主要用于交互式操作。扩展模块主要指的是SD卡。供电模块主要为系统正常工作提供电源。本人负责此项目中硬件平台的搭建,主要包括对Wince 系统进行定制,编译和烧写,以及对相应驱动的简单改写和bootloader的烧写编译过程,使得相应的导航软件能够顺利在该凯立德导航系统上正常运行,实现实时准确的导航。1.4 课题研究的意义嵌入式实时定位导航技术集通信、计算机、GPS于一身的综合系统,为驾驶员提供精确的地理信息。其主要应用在以下几个方面:城市公交汽车和出租车行业,用于车辆调
12、度以及线路优化;车载导航系统的中心端可作为物流企业的车辆监控以及车辆调度中心,提高物流公司效率,促进经济效益的提高;用于银行、公安等单位实现对车辆的安全监控及跟踪;个人私家车用户,可以运用车载导航仪查询兴趣点,规划出行最优路径和全程的路径引导,极大的方便用户出行,优化交通流量在整个路网上的分配。它能够减少拥堵,减少尾气排放,减少环境污染,从而建立可持续的交通发展模式 。所以,基于嵌入式的GPS导航仪的研究它对缓解城市交通状况、促进驾驶安全和提高道路通行效率有极其重要的意义。2 系统硬件的设计与实现2.1 Mini2440开发板系统硬件采用的s3c2440 mini2440开发板。开发板体积小,
13、便于携带;接口多,易扩展;功耗小,便于长时间进行导航定位。图1 主控芯片电路1.1.1. 芯片介绍S3C2440A采用了ARM920t的内核,0.13um的COMS标准宏单元和存储单元。其低功耗,简单,且全静态设计特别适合对于低成本和功率敏感型的应用。S3C2440A其杰出的特点是其核心处理器, ARM920t实现了MMU,AMBA BUS和Harvard高速缓存体系结构。这一结构具有独立的16k指令Cache和16k数据Cache。每个都是由具有8字长的行组成。2.1.2.S3C2440A芯片内部结构框图图2 S3C2440A芯片内部结构框图2.2 Mini2440 开发板各接口电路图2.2
14、.1.主控芯片电路 图3 主控芯片为s3c2440 电路1图4 主控芯片为s3c2440 电路2图5 主控芯片为s3c2440 电路32.2.2.SDRAM 存储系统Mini2440 拥有两个外接32M 总共64M的SDRAM 芯片(HY57V561620),它们并接组成 32-bit 的总线数据宽度,提高读取与写入的速度,SDRAM 时钟频率高达100MHz 图6 SDRAM 部分原理图2.2.3. Flash芯片电路(1) Nand flash芯片电路Nand flash 是操作系统的程序存储区,采用K9F1208芯片,掉电后数据不丢失、工作时间以及寿命长,并且可反复擦写,芯片容量可达12
15、8M。适合存放高密度数据结构。图7 Nand flash芯片电路(2) Nor Flash芯片电路Nor flash是系统 BIOS的存储区。该芯片掉电不丢失数据、工作时间以及寿命长,也可以反复擦写,芯片容量8M,适合高速度、低数据密度的数据结构。图8 Nor Flash芯片电路2.2.4. 串口电路采用MAX3232SOP电平转换芯片使得能与计算机进行通信以及数据传输图9串口电路2.2.5. USB端口电路图10 USB端口电路2.2.6. LCD41P及系统总线电路图11 LCD41P及系统总线电路2.2.7. 电源电路系统输入电压为5V,通过LM1117-1.8、LM1117-33、MA
16、X8869EU18三个芯片将5V直流电压转换成系统需要的三种电压:1.8V、3.3V、1.25V图12电源电路2.2.8.SD卡电路图13 SD卡电路2.2.9.复位电路图14复位电路2.2.10.音频输入与输出电路图15音频输入与输出电路3 嵌入式系统介绍3.1 嵌入式系统简介嵌入式系统一般不是PC系统,有计算机处理功能但又不以计算机命名的仪器或设备。它是以应用为中心,软硬件可裁减的,适应应用,系统对体积、功能、成本、可靠性、功耗等综合性有着严格要求的专用计算机系统。简单的讲,嵌入式系统是集成应用软件和硬件的一个整体,就像电脑中工作的BIOS,具有高度智能化、代码精简、响应时间短,处理速度迅
17、速等优点。 嵌入式系统的硬件主要包括嵌入式微处理器(CPU)、I/O 端口、存储器以及其他外设。嵌入式系统类似于计算机操作系统但又不同于一般的计算机处理系统,它并没有像硬盘那么大的存储区域,而大部分是使用 EPROM 、 EEPROM 或 Flash Memory 作为存储介质。3.2嵌入式Linux系统Linux系统是UNIX系统的复制,它诞生于1991 年的10 月5 日。而后在Internet网络的发展下,通过全球计算机网络爱好者的共同努力,现在已经成为使用最多的一种UNIX 类操作系统,并且得到了广泛的应用。Linux是一个基于POSIX和UNIX的多任务、多用户、支持多线程和多微处理
18、器、性能稳定的操作系统。它能运行主要的UNIX工具软件、应用程序和网络协议。它支持32位和64位硬件,Linux的高效性、灵活性、模块化的设计结构,使得它能够在很多的平台上运行,无论操作平台的昂贵与低廉,Linux都能发挥出应有的多任务、多用户能力。3.3嵌入式Wince5.0系统3.3.1. Wince5.0系统概述Wince5.0系统是针对智能移动和小内存设备的嵌入式实时操作系统 ,可运行于四种主要的CPU体系结构系列(ARM, MIPS, SHx, x86) ,高度模块化,可根据功能、性能等各方面的要求选取所需要的模块,应用范围十分广阔 例如: 手机,定制终端设备,数字成像设备,工业自动
19、化设备,Internet、媒体设备,移动手持设备等等3.3.2. Wince5.0系统移植的原因知道为什么要进行移植,是移植的重要准备。科技的日益现代化,民用化,简单化,以及市场的需求化,在实际开发过程中,我们更倾向于移植操作系统而不是重新开发操作系统,这样不但可以节约大量的时间,还能大大提高开发的工作效率而且开发过程更加具有针对性,目的性,实时性,高效性。 因为嵌入式系统是软件平台与硬件平台密切相关的系统,所以在移植系统需要做两步工作:第一步是对CPU 级进行移植,第二步是板级的的移植。CPU 级的移植通常由微软或芯片制造商来完成,但板级层面的移植则还是需要由OEM 厂商来完成的。概括起讲,
20、一个Windows CE 系统包括四层构架:特定硬件平台、对应硬件平台上的板级支持包 ( BSP)、 WinCE 内核映像、应用程序。因为WinCE 系统是软件与相关硬件密切相关的系统,因此即使在CPU相同的情况下,如果外部硬件设备不相同,此时必须要修改BSP 来重新制作新BSP。换句话说,就是 WinCE 的移植过程在一定程度上可以理解为改写 BSP 的过程。嵌入式OS 负责嵌入式系统全部软、硬件资源的分配、调度,控制和协调各部件的工作,与普通OS相比,嵌入式OS 在系统实时高效性、硬件依赖性、软件固化及应用的专用性方面具有较为突出的特点。3.3.3.搭建嵌入式Wince5.0系统开发环境(
21、1) 安装Platform Builder 5.0它用来开发和定制 WINCE内核,并可以用来调试内核,生成SDK,编译驱动程序等等。(2) 安装 Embedded Visual C+(EVC)为了开发基于 API 的 WinCE 应用程序,需要安装 EVC 集成开发环境和相应的 SDK 及补丁。(3) 安装 EVC 补丁和导出的 SDK为了能够正常使用我们导出的 SDK 安装文件。(SDK 即Software Development Kit, 即软件开发工具包)(4) 安装 ActiveSync微软提供的ActiveSync工具 ,能够使PC机与开发板之间进行通信和连接, 从而实现文件传送,
22、进行远程运行于调试等功能。(5) 安装Visual Studio 2005此软件用来编写应用程序。安装USB下载驱动,USB同步驱动,USB转串口驱动(6) 安装相关调试、下载软件DNW终端仿真程序SecureCRT的安装,串口调试工具,能够显示BIOS发往串口的相关参数信息,也能够对相关的输入参数进行修改或者设置。3.3.4.板级BSP包的移植首先,BSP 的定制和开发过程非常耗时。板级支持包是硬件与软件之间的一层开发包,主要是为了给上层提供接口,同时屏蔽各硬件底层的差异,BSP 包含了所有与硬件有关的代码,为操作系统提供了硬件平台。不同的操作系统对应于不同形式的BSP,从而具有针对性的实现
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