基于MiniGUI的GPS自動(dòng)定位系統設計

引言

基于GPS的衛星定位技術(shù)，可以將移動(dòng)目標的動(dòng)態(tài)位置(包括經(jīng)度和緯度)、時(shí)間、狀態(tài)等信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信鏈路實(shí)時(shí)傳送到監控中心，從而在電子地圖上顯示出移動(dòng)終端運動(dòng)的軌跡，并對終端的位置、速度、運動(dòng)方向、報警信息等用戶(hù)感興趣的參數進(jìn)行監控和查詢(xún)。本文提出一種基于MiniGUI的嵌入式自動(dòng)定位系統，具有占用資源少、高性能、高可靠性及可配置的特點(diǎn)，并可以成功移植到多種硬件和操作系統平臺上。

1 系統總體設計

本系統采用ARM7內核的LPC2103處理器，軟件上采用占用硬件資源較少、實(shí)時(shí)性能和可移植性能優(yōu)良的μC/OS-II操作系統，圖形界面采用MiniGUI。

1.1 系統實(shí)現功能

系統實(shí)現主要功能包括：實(shí)時(shí)采集GPS數據并進(jìn)行處理;查詢(xún)當前地理位置;通過(guò)MiniGUI圖形用戶(hù)界面顯示GPS數據。

1.2 整體硬件結構

系統整體硬件結構如圖1所示。

系統采用的LPC2103是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真的16/32位ARM?TDMI-S CPU的微處理器，帶有32 KB高速FLASH、8 KB SRAM，小型LQFP48封裝，低功耗，帶有2個(gè)URAT以及多個(gè)I/O接口，符合系統要求。GPS模塊SP3232E與LPC2103的串口0接口，負責數據的采集。受LPC2103引腳數量限制，4×4的鍵盤(pán)采用I2C輸入、輸出的7920芯片與LPC2103接口。LCD顯示采用TFT6758，液晶屏幕2.2 in，240×320點(diǎn)像素。

1.3 系統軟件結構

系統軟件結構如圖2所示，基于MiniGUI的應用程序通過(guò)ANSI C庫以及MiniGUI自身提供的API來(lái)實(shí)現自己的功能。底層驅動(dòng)包括鍵盤(pán)以及TFT6758液晶顯示，為便于移植MiniGUI通過(guò)圖形抽象層和輸入抽象層與輸入、輸出設備接口。

2 系統硬件設計

2.1 控制系統最小系統

控制系統最小系統如圖3所示。

LPC2103最小系統需要模擬和數字3.3 V電源以及核心電源1.8 V。為便于波特率的設置，晶振頻率采用11.059 2 MHz。PO.14引腳通過(guò)10 kΩ電阻上拉禁止 ISP功能。DBGSEL引腳接高電平使能調試狀態(tài)，正常工作時(shí)接低電平。由阻容電路構成低電平復位電路，SW-PB按鍵按下產(chǎn)生處理器復位信號。

2.2 GPS接口電路

該電路主要作用是接收GPS模塊發(fā)送數據，保存到處理器存儲單元，處理后等待MiniGUI圖形用戶(hù)界面顯示。GPS模塊采用九針串口數據輸出，RS232電平，需要 SP3232E電平轉換芯片與LPC2103的串口O連接。SP3232E是3 V工作電源的RS232電平轉換芯片。

2.3 鍵盤(pán)電路

本系統采用4×4小鍵盤(pán)，用于數據輸入和模擬鼠標。S13模擬左鍵，S15模擬右鍵，S9、S10、S11、s14分別模擬向左、下、右、上移動(dòng)鼠標，其余為數字輸入鍵。由于LPC2103引腳數量限制，采用有I2C接口的7290芯片做鍵盤(pán)接口。鍵盤(pán)電路復位與系統復位共用nRST復位信號。有按鍵按下時(shí)，中斷信號通過(guò)EINTO送入LPC2103外部中斷處理單元。7290的I2C接口加4.7 kΩ的上拉電阻與LPC2103的I2C串行總線(xiàn)接口，I/O引腳為PO.2和PO.3。鍵盤(pán)電路如圖5所示。

2.4 TFT6758 LCD接口電路

系統顯示采用2.2 in的TFT6758液晶屏，LCD控制器為HD66781。IM3和IM0引腳接地，采用16位總線(xiàn)方式與LPC2103連接，16位數據由DBl～DB8、DB1O～DB17輸入， TFT6758液晶屏的控制引腳CS、RS、WR、RD分別由P0.4～P0.7控制。其中PO.5高電平為數據操作，低電平為命令操作。TFT6758的復位由PO.24引腳控制。CAT32TDI為T(mén)FT6758白光LED驅動(dòng)的升壓芯片，可以驅動(dòng)4個(gè)串聯(lián)的白光LED。CAT32TDI的關(guān)閉由PO.26引腳控制。為在沒(méi)有配置LPC2103引腳時(shí)也能輸出背光，加10 kΩ上拉電阻。CAT32TDI為恒流輸出，大小由1.5 kΩ電阻控制，電流大小為15 mA。TFT6758 LCD接口電路如圖6所示。

3 系統軟件設計

3.1 μC/OS-II在LPC2103上的移植

與處理器無(wú)關(guān)的μC/OS-II源代碼可以直接在網(wǎng)上下載;與處理器相關(guān)的代碼需要自己根據LPC2103編寫(xiě)，其中OS_CPU.H定義與處理器相關(guān)的常數、宏以及類(lèi)型。OS_CPU A.ASM實(shí)現的功能包括：使就緒優(yōu)先級最高任務(wù)運行;任務(wù)級切換;中斷后任務(wù)切換;實(shí)現周期性時(shí)鐘源。OS CPU C.C主要實(shí)現任務(wù)堆棧的初始化。INCLUDES.H主頭文件包含程序所需的頭文件，方便程序編寫(xiě)。通過(guò)OS_CFG..H文件實(shí)現操作系統的配置和裁剪。

3.2 MiniGUI在LPC2103上的移植

(1)MiniGUI的GAL移植

為便于移植，MiniGUI引入圖形抽象層GAL，定義了一組不依賴(lài)任何特殊硬件的抽象接口，所有頂層的圖形操作建立在抽象接口上，類(lèi)似于操作系統的驅動(dòng)程序。根據液晶驅動(dòng)模塊和LPC2103的硬件連接編寫(xiě)液晶驅動(dòng)程序lcddriver.c和lcddriver.h。根據系統硬件編寫(xiě)圖形引擎程序commlcd.c。圖形引擎程序需要調用液晶驅動(dòng)程序中的函數。

(2)MiniGUI的IAL移植

MiniGUI通過(guò)INPUT數據結構表示輸入引擎，該數據結構定義在ial.h文件中。INPUT數據結構定義很多函數指針，這些函數指針指向設定的IAL對應函數，從而實(shí)現硬件輸入。程序輸入引擎為comminput.c，通過(guò)底層鍵盤(pán)驅動(dòng)程序comm_driver.c讀取鍵盤(pán)輸入數據。該驅動(dòng)程序把16個(gè)鍵模擬成O～9數字鍵和鼠標的左右鍵。

(3)MiniGUI的交叉編譯

使用ADSl.2集成開(kāi)發(fā)環(huán)境建立MiniGUI Lib工程，工程下添加MiniGUI源文件以及配置文件，編譯生成MiniGUI_Lib.a庫文件。Lib.a文件是針對LPC2103和μC/OS-II操作系統的POSIX的線(xiàn)程庫，并提供了內存管理接口以及I/O接口，共占用3 MB動(dòng)態(tài)內存，使用1個(gè)μC/OS-II互斥信號量，優(yōu)先級42，每增加1個(gè)線(xiàn)程信號量增加3個(gè)，最大線(xiàn)程16個(gè)，任務(wù)優(yōu)先級43～58，1個(gè)MiniGUI線(xiàn)程堆棧(8 KB)。