基于SOPC技術(shù)的便攜式定位系統設計

定位數據的采集主要采集GPS和數字指南針的定位數據，采用串口接收中斷的方式。NIOS II中，串口包括6個(gè)16位的寄存器，在軟件中對應的數據結構為：

typedef volatile struct
{ int np_uartrxdata; //接收數據寄存器，只讀
int np_uarttxdata; //發(fā)送數據寄存器，只寫(xiě)
int np_uartstatus; //狀態(tài)寄存器，只讀
int np_uartcontrol; //控制寄存器，可讀寫(xiě)
int np_uartdivisor; // 波特率除數寄存器，可讀寫(xiě)
int np_uartendofpacket; // 數據包結束符寄存器，可讀寫(xiě)
} np_uart;

串口被當成字符設備，對其訪(fǎng)問(wèn)可以通過(guò)標準輸入(stdin)和標準輸出(stdio)來(lái)完成，也可以通過(guò)打開(kāi)和寫(xiě)文件的方式，本系統采用直接訪(fǎng)問(wèn)寄存器方式，采用系統自動(dòng)生成的訪(fǎng)問(wèn)宏，這樣可以采用精簡(jiǎn)Newlib C，減少程序代碼長(cháng)度，并采用串口中斷方式接收數據，NIOS II中使用中斷首先要向系統注冊，并且要打開(kāi)硬件中斷。中斷采集GPS信號主要程序如下：

IOWR_ALTERA_AVALON_UART_CONTROL(UART2_BASE, 0X80) //向串口2控制寄存器寫(xiě)命令字，打開(kāi)串口2接收中斷，0x80為開(kāi)接收中斷命令字，串口2為與GPS模塊通信串口。
int alt_irq_register (alt_u32 UART2_IRQ,
void* context,
void (*UART2_ISR)(void*, alt_u32));
//向系統注冊中斷，UART2_IRQ為串口2中斷號，中斷號越小優(yōu)先級越高，context為中斷服務(wù)程序UART2_ISR ( ) 的一個(gè)形參
Static UART2_ISR (void *contex,alt_u32 id)
//中斷服務(wù)程序，串口有數據送入引起串口中斷，執行該服務(wù)程序
{ *[buffer+i]=IORD_ALTERA_AVALON_UART_RXDATA(UART2_BASE)
//從串口2接收GPS定位數據，并存入緩沖。
… …
}

3.3.3 定時(shí)器中斷方式程序實(shí)現

系統采用定時(shí)中斷方式與監控中心通信，將定位數據發(fā)往監控中心。NIOS II提供了兩種類(lèi)型的時(shí)鐘，HAL系統時(shí)鐘(HAL system clock)和基于時(shí)標驅動(dòng)(timestamp driver)的時(shí)鐘，后者適用于對時(shí)鐘具有高精度的場(chǎng)合。系統時(shí)鐘提供了定時(shí)的功能，使用定時(shí)器和使用中斷方式一樣，首先要通過(guò)alt_alarm_start ( )函數向系統注冊一個(gè)時(shí)鐘中斷，再在時(shí)鐘中斷服務(wù)程序中實(shí)現GPRS發(fā)送，alt_alarm_start ( )函數聲明如下：

alt_alarm_start (alarm,alt_ticks_per_second( ),GPRS_ISR ( ),NULL)
其中alarm為定時(shí)中斷變量，由系統自動(dòng)初始化，第二個(gè)形參為注冊時(shí)鐘中斷后多長(cháng)時(shí)間后開(kāi)始執行服務(wù)程序，alt_ticks_per_second ( )為每秒系統時(shí)鐘的“滴答”數，此處為一秒后開(kāi)始執行，GPRS_ISR ( )為服務(wù)程序，NULL為服務(wù)程序的形參，此處為空。

定時(shí)中斷服務(wù)程序完成將定位數據通過(guò)GPRS模塊發(fā)往監控中心，通過(guò)串口向GPRS寫(xiě)數據實(shí)現，通過(guò)下條語(yǔ)句實(shí)現：IOWR_ALTERA_AVALON_UART_TXDATA(BASE, DATA) //向串口寫(xiě)數據，BASE為串口基地址，DATA為要寫(xiě)入數據。
3.4 軟件開(kāi)發(fā)中應注意的問(wèn)題

針對NIOS II軟核處理軟件開(kāi)發(fā)特點(diǎn)，總結以下需要注意的幾點(diǎn)：

(1) HAL系統庫作為NIOSⅡ處理器支持的軟件包，可以給軟件開(kāi)發(fā)人員提供便利，包括自動(dòng)初始化系統，可以使用ANSI C標準庫等，但這樣是以增加代碼長(cháng)度為代價(jià)的。

(2) 進(jìn)行NIOSⅡ軟核處理器的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)時(shí)可以通過(guò)多種方式減少軟件代碼和提高工作效率，包括使用自定義初始化函數alt_main( )，使用精簡(jiǎn)Newlib C庫，優(yōu)化軟件編譯參數，自定義指令等，但這樣無(wú)疑對軟件開(kāi)發(fā)人員提出了更高的要求。

(3) 編寫(xiě)中斷服務(wù)程序時(shí)要注意防止系統“死鎖”，尤其是使用ANSI C標準庫函數訪(fǎng)問(wèn)IO設備時(shí)。

4 試驗結果

該系統樣機與GPS單一定位的定位系統在武漢徐東地下通道進(jìn)行了對比試驗。試驗結果如圖5、圖6所示。從對比結果可以看出，GPS單一定位的定位系統在地下通道區出現了定位盲區，而本系統接收終端在地下通道行走時(shí)，監控中心地圖上還可以實(shí)時(shí)顯示軌跡，克服了以往單一GPS定位系統的定位盲區，驗證了該系統的可行性并體現了其優(yōu)越性。

5 總結

圖5 GPS單一定位軌跡 圖6 本系統定位軌跡

本文采用SOPC技術(shù)，設計并實(shí)現了一種基于NIOSII軟核處理器的便攜式組合定位系統，并采用GPS和數字指南針組合定位，克服了單一GPS定位的盲區。與傳統的便攜式定位產(chǎn)品相比，該系統具有開(kāi)發(fā)周期短，開(kāi)發(fā)成本低，產(chǎn)品生命周期長(cháng)，適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。該系統體積小，便于攜帶，并可以縫制在衣服、飾物品中。適合于老人、小孩、智障人群佩戴，以便對他們進(jìn)行監控，防止他們走失，也適合一些特殊行業(yè)，例如郵政、公安、電力、冶金行業(yè)，市場(chǎng)前景可觀(guān)。