基于嵌入式Linux系統的導航軟件設計思路

1 引言

隨著(zhù)汽車(chē)等各種車(chē)輛交通工具的普及，車(chē)輛導航設備的需求也變得日益旺盛。作為車(chē)載設備。不僅要有可靠的性能，而且需要具有便攜、低功耗和低價(jià)格等特點(diǎn)。而采用基于A(yíng)RM微處理器的嵌入式系統與GPS模塊相配合的GPS導航終端機的設計方案，可以很好的滿(mǎn)足這一系統需求。為此，本文介紹了一種利用ARM9開(kāi)發(fā)板和GPS模塊實(shí)現GPS導航功能的終端機的軟硬件結構和設計方法。

2 GPS導航系統結構

本文所介紹的GPS全球定位導航系統按功能可分為嵌入式主控模塊、GPS模塊、顯示模塊、擴展模塊及供電模塊等五大部分。

嵌入式主控模塊基于S3C2440處理器，主要負責對GPS導航模塊數據的響應、處理和控制。在硬件上，主控模塊就是一個(gè)嵌入式開(kāi)發(fā)板，包括觸摸LCD接口電路、SD卡接口電路、FLASH、SDRAM等。而在軟件上，主控模塊上應當運行嵌入式Linux系統。而嵌入式Linux操作系統的主要作用是管理程序模塊進(jìn)程并調度進(jìn)程等。

GPS模塊主要用于接收導航衛星數據，并以特定的格式發(fā)送給主控模塊。顯示模塊可選用3.5寸TFT帶觸摸屏LCD，主要用于與用戶(hù)進(jìn)行交互。擴展模塊主要指的是SD卡。供電模塊主要為系統正常工作提供電源。圖1所示是該系統的結構圖。

3 GPS數據的提取

GR-87型GPS模塊的輸出語(yǔ)句遵循NMEA-0183標準。該標準的語(yǔ)句都是以“$”開(kāi)始，以《CR》《LF》結束。 “$”之后是5字符地址，頭兩個(gè)字符為發(fā)送者識別碼(GPS為“GP”)，后3位為語(yǔ)句名稱(chēng)。定位信息中的數據由“，”來(lái)劃分。GPS模塊一般每秒可以輸出一次NMEA-0183格式語(yǔ)句。在導航系統中，一般只需要用到時(shí)間、日期、經(jīng)緯度、速度。而由于RMC語(yǔ)句完整包含了系統所需的上述信息，因此。只需要對RMC語(yǔ)句進(jìn)行提取即可。圖2所示是對GPS數據進(jìn)行提取的具體流程。

4 導航地圖的實(shí)現

在獲得了經(jīng)緯度等定位信息之后，還需要將它們直觀(guān)的顯示在電子地圖或其它顯示媒體上，這樣才能真正起到導航的作用。要想將其準確的顯示在電子地圖上，就需要用一定的算法進(jìn)行轉化，即地圖匹配算法。

一般來(lái)說(shuō)，地圖匹配的基本思路是通過(guò)車(chē)輛的GPS軌跡與地圖上矢量化的路段對象進(jìn)行匹配，從而尋找當前所行進(jìn)的道路，并將當前的GPS定位點(diǎn)投影到道路上。

地圖匹配的關(guān)鍵是確定匹配點(diǎn)，設計時(shí)可以用投影法來(lái)尋找匹配點(diǎn)。投影法的基本思路是依據點(diǎn)到直線(xiàn)的距離來(lái)確定最小的值為投影的匹配點(diǎn)，并用最鄰近法進(jìn)行處理，然后通過(guò)設置閾值來(lái)濾掉錯誤匹配點(diǎn)，得到初步結果，從而完成點(diǎn)到線(xiàn)的匹配。

具體的實(shí)現方法是先預處理道路層，再將道路轉換為折線(xiàn)段，找到當前道路，然后把當前定位點(diǎn)投影到道路上，再找到離定位點(diǎn)最近的公路圖層中的一條線(xiàn)段，之后再計算得到點(diǎn)到線(xiàn)上距離最短的點(diǎn)，最后查找各層中在誤差范圍之內的道路。

其算法的基本流程代碼如下：

導航地圖的實(shí)現可以采用嵌入式圖形界面工具Qt embedded來(lái)實(shí)現。該圖形界面為人機交互界面，用戶(hù)可以通過(guò)屏幕來(lái)了解導航信息，也可以直接操作觸摸屏來(lái)操作系統，如地圖的縮放、查看定位信息等。

5 結束語(yǔ)

由于A(yíng)RM處理器具有低功耗、高性能等特點(diǎn)，因此可以廣泛用于各種便攜式電子產(chǎn)品中。本設計在現有的電子產(chǎn)品基礎上，通過(guò)外接GPS模塊來(lái)擴展GPS導航功能，可為用戶(hù)在節省費用的同時(shí)又不損失太多的便攜性。為此，作者希望使用ARM開(kāi)發(fā)板和GPS模塊相結合來(lái)實(shí)現GPS導航功能的方法，可以為智能設備擴展GPS功能提供一個(gè)參考。