基于嵌入式LINUX的智能車(chē)載終端系統的設計

隨著(zhù)國內汽車(chē)使用量增加，公路建設在跨越式發(fā)展，道路的復雜程度越來(lái)越大，這些因素給車(chē)輛安全運行帶來(lái)了困難。如何讓車(chē)輛安全行駛，并能夠對車(chē)輛進(jìn)行有效監管，已經(jīng)成為駕車(chē)人和交管部門(mén)重點(diǎn)關(guān)注的焦點(diǎn)。智能交通系統ITS(Intelligent Transportation Systems)，通過(guò)引進(jìn)信息管理技術(shù)，優(yōu)化傳統的交通管理系統，形成新型現代交通管理系統，體現出信息化、智能化和社會(huì )化的特點(diǎn)。在智能交通系統中，車(chē)載終端是重要組成部分，它使用衛星全球定位GPS功能對道路上運行的車(chē)輛，進(jìn)行實(shí)時(shí)監管、控制和調度。具體設計實(shí)現時(shí)，使用GPS接收機，接收車(chē)輛實(shí)時(shí)運動(dòng)位置信息，并將這些數據發(fā)送到車(chē)輛監控中心;監控中心根據接收到的車(chē)輛運行狀態(tài)數據，以及當前道路實(shí)際監測狀況，向車(chē)載終端發(fā)送控制指令，以達到對運行車(chē)輛的調度和監控。

當前，電子技術(shù)飛速發(fā)展，出現一些處理能力強、外設接口豐富的處理器芯片，比如ARM(Advanced RISC Machines)系列處理器，為開(kāi)發(fā)多功能的車(chē)載終端提供了硬件技術(shù)基礎;此外，LINUX操作系統日漸成熟穩定，且外設驅動(dòng)支持豐富，被廣泛應用于消費電子產(chǎn)品中，為開(kāi)發(fā)智能車(chē)載終端提供了強大的軟件支撐平臺。

文中根據車(chē)載終端系統的功能需求，提出了一種基于ARM和LINUX的智能車(chē)載終端系統的設計方案。在該設計方案中，硬件平臺主要圍繞S3C44B0X處理器，配置GPS定位信息模塊、GPRS通訊模塊以及其他外設;軟件平臺以嵌入式LINUX為平臺，對操作系統組件做適當的功能裁減，輔助必要的業(yè)務(wù)數據處理程序。

1 硬件設計方案

本智能車(chē)載終端系統的硬件組成主要包括4個(gè)部分：GPS定位模塊、GPRS通信模塊、觸摸屏模塊和ARM控制模塊，系統的硬件結構見(jiàn)圖1所示。本系統中的觸摸屏模塊選用了成熟的解決方案，下面著(zhù)重說(shuō)明本系統中GPS定位模塊、GPRS通信模塊和ARM控制模塊的設計方案。

1.1 ARM控制模塊設計

本智能車(chē)載終端系統中的ARM控制模塊，主要用于設置GPS定位模塊、GPRS通信模塊、觸摸屏模塊以及外設器件的工作方式，使得各個(gè)硬件組件按照設計方式工作。

考慮到本系統的業(yè)務(wù)邏輯控制并不是異常復雜，經(jīng)過(guò)慎重比較，選擇了集成ARM公司的ARM7TDMI核的嵌入式微處理器S3C44B0X，作為主控制模塊的處理器。S3C44B0X處理器內設豐富，集成了LCD控制器、存儲器控制器、IIC總線(xiàn)控制器、IIS總線(xiàn)控制器等設備控制器，還有UART等外部接口。使用這款處理器，既簡(jiǎn)化了系統整體硬件設計，又降低了硬件成本。

1.2 GPS定位模塊設計

本智能車(chē)載終端系統中的GPS定位模塊，主要負責接收定位衛星的定位信息，通過(guò)RS232接口連接ARM主控模塊，傳遞定位數據，用于計算行車(chē)的位置和坐標。

考慮到在通常行車(chē)環(huán)境下，GPS定位模塊只能與4～8顆衛星同時(shí)通信。在設計本系統的GPS模塊時(shí)，考慮了高性?xún)r(jià)比的選擇標準，選擇了上海麗浪公司的GPS—R25型GPS模塊。該GPS模塊有這樣的特性：支持12通道C/A碼接收控制，同時(shí)監控12路衛星信號;內部集成16位ARM處理器內核，電池可在正常使用中充電;數據誤差范圍為1～5m;有串行接口;達到工業(yè)級標準。

1.3 GPRS通信模塊設計

本智能車(chē)載終端系統中的GPRS通信模塊，是車(chē)載終端與后臺監控中心的通信通道，實(shí)現將處理好的GPS數據和其他監控數據發(fā)送給監控中心，并接收后臺監控中心發(fā)送給車(chē)載終端的控制數據。

本系統選用的GPRS模塊是索尼愛(ài)立信公司推出的GR47模塊，其主要特點(diǎn)：采用實(shí)時(shí)操作系統;內置完整的TCP/IP協(xié)議，允許一個(gè)TCP/UDP傳輸機制，以最小的前期配置和操作來(lái)被使用;內嵌控制器，方便集成用戶(hù)的應用，減少外部控制器的需求。GR47支持雙頻GSM帶寬900MHZ/1800MHZ，可以通過(guò)SMS短信息服務(wù)、CSD、HSCSD或GPRS來(lái)收發(fā)資料，并支持語(yǔ)音處理和傳真?？赏ㄟ^(guò)AT命令或嵌入式應用訪(fǎng)問(wèn)其TCP/IP協(xié)議棧。由于GR47模塊內嵌了TCP/IP協(xié)議棧，因而可以直接使用AT命令對其控制，使用方便。

2 軟件設計方案

2.1 軟件模塊設計

本智能車(chē)載終端系統的軟件部分主要包括：主控子模塊、GPS采集/處理子模塊、GPRS報文通信子模塊和顯示驅動(dòng)子模塊。

主控子模塊：負責初始化硬件通信接口、GPS定位模塊控制器、GPRS通信模塊控制器、觸摸屏控制器以及其他外設;從外設存儲芯片中加載用戶(hù)配置信息;響應并處理前臺用戶(hù)給出的控制命令，以及來(lái)自后臺監控中心的控制指令。

GPS采集/處理子模塊：負責接收GPS定位模塊的定位數據，一方面對定位數據進(jìn)行解析處理，從中提取位置信息，轉交主控子模塊，顯示實(shí)時(shí)位置信息，便于車(chē)輛行駛人了解當前地理位置;另一方面對定位數據進(jìn)行數據格式轉換處理，然后借助GPRS通信接口，將轉換后的數據發(fā)送給后臺監控中心，方便后臺控制中心實(shí)時(shí)了解車(chē)輛運行信息。

GPRS報文通信子模塊：負責接收監控中心傳遞來(lái)的GPRS通信格式報文，并對接收到的報文按照約定的數據格式進(jìn)行轉換處理，通過(guò)內部消息，將轉換后的報文數據送交至主控子模塊繼續處理;另外為GPS數據采集/處理子模塊提供GPRS數據報文發(fā)送接口，按照GPRS約定格式的數據發(fā)送至后臺監控中心。

顯示驅動(dòng)子模塊：接收用戶(hù)輸入控制，比如：設置導航線(xiàn)路、發(fā)送行車(chē)狀態(tài)等;顯示定位信息數據，以及監控中心發(fā)來(lái)的控制命令。

2.2 多線(xiàn)程應用設計

借助于嵌入式LINUX系統的多線(xiàn)程技術(shù)、中斷的快速響應機制、以及消息驅動(dòng)機制，結合智能車(chē)載終端系統需要實(shí)現的功能，進(jìn)行如下線(xiàn)程設計，如圖2所示。

主要線(xiàn)程功能說(shuō)明：

1)主控線(xiàn)程：本線(xiàn)程主要實(shí)現對GPS模塊控制器、GPRS模塊控制器、觸摸屏模塊控制器、以及其他外設器件初始化;接收報文接收線(xiàn)程發(fā)送的內部消息，處理后臺監控中心的控制指令;接收GPS數據采集/處理線(xiàn)程發(fā)送的內部消息，實(shí)時(shí)更新顯示地理位置信息;響應處理前臺觸摸屏控制用戶(hù)的設置，設定行駛線(xiàn)路以及其他行車(chē)狀態(tài)：