基于ETX與VxWorks的嵌入式車(chē)輛導航系統的設計

1 引言

車(chē)輛導航是一門(mén)融合了汽車(chē)、計算機、通信、交通、系統科學(xué)等領(lǐng)域技術(shù)的課題，一直是國內外眾多高科技公司和高校研究的重點(diǎn)。對比而言，國內的導航系統發(fā)展比較緩慢，在硬件制造、軟件功能、電子地圖等方面與國外都有較大差距，迄今為止，真正實(shí)用的高質(zhì)量導航產(chǎn)品寥寥無(wú)幾；而國外的導航系統雖然軟硬件水平先進(jìn)，但受電子地圖數據庫等因素的制約，也沒(méi)有大規模進(jìn)入國內市場(chǎng)。

近年來(lái)，嵌入式系統憑借強大的功能、小巧的體積、極低的功耗等優(yōu)良特性得以突飛猛進(jìn)的發(fā)展，逐漸滲透到了生活的各個(gè)方面，為車(chē)輛導航系統的發(fā)展帶來(lái)了新的動(dòng)力。本文介紹了一種嵌入式車(chē)輛導航系統的設計方案，采用基于X86架構的ETX（Embedded Technology Extended）硬件平臺和VxWorks嵌入式操作系統，在軟硬件方面都能較好的滿(mǎn)足導航系統的要求，具有良好的應用前景。

2 車(chē)輛導航系統的組成

本系統的功能框圖如圖-1所示，對各部分簡(jiǎn)要介紹如下：

·電子地圖數據庫：包含以預定格式存貯的數字地圖信息，是系統的軟件平臺；

·定位模塊：通過(guò)GPS、慣性導航系統或移動(dòng)通信等方法對車(chē)輛進(jìn)行定位；

·地圖匹配模塊：通過(guò)適當的匹配和識別過(guò)程來(lái)確定車(chē)輛在地圖上的位置；

·路徑規劃：根據地圖數據庫及實(shí)時(shí)定位信息幫助駕駛員規劃路線(xiàn)；

·路徑引導：引導用戶(hù)沿著(zhù)所規劃的路徑行駛；

·人機接口：提供友好的界面允許用戶(hù)與系統進(jìn)行人機交互；

·無(wú)線(xiàn)通訊模塊：允許用戶(hù)與監控中心等部門(mén)實(shí)時(shí)交換信息。

結合實(shí)際的軟硬件結構，本系統具體的框圖如圖-2所示，分成了四個(gè)層：最底層為硬件平臺層，包含了ETX嵌入式CPU模塊以及必要的傳感器/子模塊。上面三層為軟件層，其中設備驅動(dòng)層在硬件平臺和操作系統之間充當橋梁的作用，為上一層提供了與硬件設備無(wú)關(guān)的統一接口；VxWorks系統層提供庫函數、應用程序接口、任務(wù)調度機制等為用戶(hù)程序提供支持；應用軟件層是用戶(hù)自行開(kāi)發(fā)的程序，這里主要包括電子地圖和導航應用程序，也是本系統的核心部分。下面從硬件和軟件兩方面來(lái)對系統進(jìn)行介紹。

3 系統的硬件結構

（1）CPU模塊

車(chē)輛導航系統對硬件平臺的要求為：小型化、低功耗、接口豐富，并能適應復雜的環(huán)境。本系統選用的ETX嵌入式CPU模塊能夠完全滿(mǎn)足這些要求。它采用了Intel Pentium III處理器，使用ACPI，APM1.2電源管理減低了功耗，使系統無(wú)需風(fēng)扇裝置散熱。此外它采用了VIA VT8603/VT82C686A芯片組、S3 Savage 4顯卡和VIA-enhanced 聲卡，具有2個(gè)EIDE 接口, 支持Ultra DMA/33，以及4個(gè)USB 1.1，2個(gè)串口，1個(gè)EPP并口等。ETX還提供了ISA總線(xiàn)接口和PCI總線(xiàn)接口，并具有看門(mén)狗，可以有效的解決死機問(wèn)題。背面的4×100pin總線(xiàn)定義了各種標準接口信號，使用時(shí)只需在母板設計對應的插座即可，開(kāi)發(fā)起來(lái)非常方便

（2）串口擴展模塊

考慮到系統需要多個(gè)串口（與上位機通信、接收GPS信息、收發(fā)短消息、與語(yǔ)音模塊通信等），而ETX模塊只自帶了兩個(gè)串口，故采用了 TL16C554進(jìn)行串口擴展。它內部帶有16字節收發(fā)FIFO的通用異步收發(fā)器，具有獨立的收發(fā)控制電路控制4路標準的串行接口，通過(guò)軟件可分別設置每一路的中斷允許、波特率、數據幀格式等信息。TL16C554與ETX的ISA總線(xiàn)相連，通過(guò)一片CPLD完成兩者時(shí)序的轉換。由于系統的中斷資源比較緊張，而且考慮到各子模塊的數據不是很頻繁，因此采用了4個(gè)擴展串口共享中斷的方案。

（3）路徑引導模塊

本系統通過(guò)語(yǔ)音方式進(jìn)行路徑引導，采用了安徽科大訊飛公司生產(chǎn)的XF-S3111中文語(yǔ)音合成芯片。它是利用嵌入式中文語(yǔ)音合成領(lǐng)域的最新研究成果 ——InterSound3.0中文語(yǔ)音合成系統設計的一款中文語(yǔ)音合成芯片，通過(guò)異步串口接收待合成的文本，直接合成為語(yǔ)音輸出，體積較小，使用方便，是一種完整的物美價(jià)廉的語(yǔ)音解決方案。