用TMS320DM270在MP4上實(shí)現GPS導航

1 系統硬件要求

AV700型MP4中的核心芯片TMS320DM270是一款基于多處理器架構，并集成有DSP和ARM7RISC處理器的雙核結構。其中80MHz ARM7TDMI32位RISC微控制器作為整個(gè)系統的主控制器．以滿(mǎn)足控制和接口方面的處理需要。該控制器具有一級緩存(8 K字節)和片上程序／數據存儲器(32K字節)，TI公司的90 MHz DSP芯片可編程TMS320C54XTM則具有片上程序／數據存儲器(128 K字節)，可用于處理音頻編碼與解碼。

TMS320DM270集成有專(zhuān)門(mén)用于高計算量要求的可編程協(xié)處理器，其中SIMD圖像處理引擎(iMX)可執行DCT、反向DCT以及眾多其它處理運算中的運動(dòng)估計與補償。其它協(xié)處理器則執行可變長(cháng)度編碼／解碼、量化與逆量化等。

該器件帶有用于實(shí)時(shí)查看和數字放大的預覽引擎(Preview Engine)、用于DSC系統的硬件像素預處理器、多功能屏幕顯示(OSD)、彩色LCD數字接口、支持高達64MB和32／16位接口的120MHz SDRAM、用于NTSC／PAL混合視頻輸出的10位DAC、8／16位數字RGB／YUV輸出、串行音頻編解碼接口(McBSP)、USB1.1功能控制器設備等，另外，ARM7還有一個(gè)JTAG接口，并提供了一個(gè)功能完善的調試手段。TMS320DM270以其強大的處理能力和多媒體性能可以滿(mǎn)足將CPS導航功能嵌入到MP4設備的需要。

綜上考慮，用嵌入式系統實(shí)現該GPS導航系統是一個(gè)上佳選擇。AV700的核心芯片是TMS320DM270應用處理器，輔之以一定的外部設備，構成一個(gè)功能完整的系統。

2 GPS系統原理和結構

整個(gè)GPS系統南空間衛星、GPS模塊和用戶(hù)設備三部分組成?？臻g部分即GPS衛星群，由21顆定位衛星和3顆備份衛星組成。這些衛星可以覆蓋全球，從而使地球上任何一點(diǎn)基本上都可以接收到4顆星的衛星信號，從而實(shí)現三維定位和測速。GPS模塊部分是接收衛星信號，并經(jīng)過(guò)調制分離出經(jīng)緯度、高度、速度和時(shí)間等信息，最后通過(guò)串口發(fā)送到數字處理芯片進(jìn)行處理。用戶(hù)設備則通過(guò)接收衛星信號來(lái)實(shí)現自身定位，并通過(guò)預裝在芯片中的電子導航地圖實(shí)現路標指示，以引導使用者到達目的地。

圖1所示一個(gè)GPS導航系統的總體結構組成框圖。其中用戶(hù)設備部分有以下幾個(gè)模塊組成：GPS接收模塊、數字信號處理模塊、按鍵輸入模塊、液晶屏和音頻輸出模塊等組成。

核心硬件電路模塊以TMS320DM270處理器為核心和必要的附加設備組成，其結構如圖2所示。內存采用64 MB的SDRAM。為保證運算空間足夠大，系統還配置了64 MB的Flash閃存以用于存儲操作系統、應用程序和數據。此外還配置了相關(guān)的接口電路。

GPS模塊和TMS320DM270之間通過(guò)串口(U-ATR)進(jìn)行通信。由于GPS導航系統被嵌入到MP4上，而實(shí)現定位導航功能只是增加了MP4的一個(gè)輔助功能，所以，本系統通過(guò)擴展按鍵來(lái)輸入鍵盤(pán)信號，以控制MP4功能的切換。

該軟件可在主機上開(kāi)發(fā)，然后通過(guò)USB接口將程序和數據下載到系統中。

3 軟件模塊的設計與開(kāi)發(fā)

本系統的軟件設計模塊如圖3所示。該軟件以電子地圖分析模塊和數據庫為中心，包括GPS模塊、通訊模塊以及顯示和聲音輸出模塊。

數據庫中記錄著(zhù)各種地理信息和數據。事實(shí)上，整個(gè)城市可以看成一個(gè)以各路口和轉折點(diǎn)為節點(diǎn)的有向圖。各路段可用折線(xiàn)段表示，并可設立各轉折點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標，然后分配一定的“屬性字段”。當打開(kāi)MP4且處于GPS接收狀態(tài)時(shí)，系統將由GPS模塊接收和分析衛星信號，同時(shí)計算當前的經(jīng)緯度、速度、方向等數值，以得到MP4持有者在電子地圖上的當前位置。若能定時(shí)記錄位置移動(dòng)情況，就可以在LCD上顯示直觀(guān)的運行路線(xiàn)。此外，可以得到精確的星歷時(shí)間，以便為出行、旅游提供極大的方便。

對于導航系統的軟件，考慮到uCLinux已經(jīng)在90％以上的MP4中采用，而且uCLinux的開(kāi)放性特點(diǎn)使得很大一部分軟件可以免費進(jìn)行移植修改，這樣就可以節約大量的授權費用，許多Lin-ux高手也已經(jīng)開(kāi)發(fā)出非常豐富的應用數據包，如網(wǎng)絡(luò )瀏覽、電子郵件、游戲、個(gè)人事務(wù)處理甚至GPS電子地圖等。如果可以得到他們的支持，就能節省很多開(kāi)發(fā)時(shí)間。所以本設計采用uCLinux作為操作系統，用Hitool for uCLilux作為軟件開(kāi)發(fā)工具。其開(kāi)發(fā)流程如圖4所示。

Hitool for uCLinux是Hitool System公司的開(kāi)發(fā)套件，整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程可以在Windows環(huán)境下完成，并采用JTAC方式來(lái)調試。這種方式可以調試內核和驅動(dòng)程序，同時(shí)也可以調試應用程序。在硬件平臺(基于A(yíng)RM7處理器)建立后，可以通過(guò)仿真器將已經(jīng)準備好的uCLinux內核(linux.elf)下載到RAM上?？梢韵裾{試一個(gè)普通的嵌入式程序一樣調試Linux內核，再編譯生成“合身”的操作平臺(linux_bootrom.bin)，最后燒錄到Flash中。

該系統軟件編譯好后，便可通過(guò)USB口把編譯好的軟件下載到目標板的文件中。經(jīng)調試運行正常，即可投入試用，并可以開(kāi)發(fā)新的功能。

4 結束語(yǔ)

GPS是當今世界應用最廣泛的導航定位系統，無(wú)論在車(chē)載導航系統還是在手持式導航設備，特別是在PDA、MP4、高端手機等電子產(chǎn)品中，用高速處理器和強大的多媒體功能來(lái)實(shí)現衛星導航，具有其廣闊的發(fā)展空間。