基于ARM的智能車載終端設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3 車載終端的軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)選用源代碼開放的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC／OS-II，下面從μC／OS-II操作系統(tǒng)的移植和用戶應(yīng)用程序的編寫兩方面介紹系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。
3．1 μC／OS-II操作系統(tǒng)的移植
μC／OS-II的移植實(shí)際上就是對(duì)與MCU相關(guān)的代碼進(jìn)行重寫或修改，移植的主要工作是對(duì)與處理器有關(guān)的3個(gè)文件OS CPU．H、OS-CPU．C和OS CPU A．S的編寫。
OS_CPU．H：主要包括了數(shù)據(jù)類型、堆棧入口寬度、堆棧增長方向、開關(guān)中斷的宏和進(jìn)行任務(wù)切換的宏定義，宏可由typedef或#define來定義。
OS_CPU．C：該文件中用C語言編寫了6個(gè)與操作系統(tǒng)相關(guān)的函數(shù)：OSTaskStkInit()、OSTaskCreateHook()、OSTaskDelHook()、OSTaskSw Hook()、OSTaskStatHook()、OSTimeTickHook()。其中，OSTaskStkInit()為堆棧初始化函數(shù)，必須根據(jù)具體的堆棧結(jié)構(gòu)進(jìn)行編寫；OSTaskC reare()和OSTaskCreateExt()通過調(diào)用該函數(shù)，初始化任務(wù)的堆棧結(jié)構(gòu)；后5個(gè)函數(shù)為鉤子函數(shù)，必須聲明，在移植初期可以為空函數(shù)。
OS_CPU_A．S：該文件中需要對(duì)處理器的寄存器進(jìn)行操作，需要修改3個(gè)與處理器相關(guān)的函數(shù)：最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)調(diào)用函數(shù)OSgtartHighRdy()、任務(wù)切換函數(shù)OSCtxSw()、中斷任務(wù)切換函數(shù)OSIntCtxSw()。
3．2 用戶應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用多任務(wù)、多進(jìn)程模式，將各功能應(yīng)用程序設(shè)計(jì)為不同的功能模塊，加載為多個(gè)不同優(yōu)先級(jí)的并發(fā)進(jìn)程。各功能模塊優(yōu)先次序如下：IC刷卡應(yīng)用程序設(shè)為第1優(yōu)先級(jí)，GPS定位信息采集和處理程序設(shè)為第2優(yōu)先級(jí)，GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)為第3優(yōu)先級(jí)，LCD顯示程序設(shè)置為第4優(yōu)先級(jí)。
3．2．1 刷卡模塊程序設(shè)計(jì)
ZLG500A讀寫卡模塊與IC卡之間的通信流程如圖5所示。

首先，模塊上電復(fù)位后，請(qǐng)求標(biāo)準(zhǔn)／所有的卡。如果在天線有效范圍內(nèi)有一張以上的卡存在，調(diào)用反沖突函數(shù)uchar miffsanticoll(uchar Bcnt，uchar idata*_SNR)，并取得所選擇的卡的唯一序列號(hào)。選中卡之后，根據(jù)所要訪問的卡內(nèi)存儲(chǔ)器位置，使用相應(yīng)的密鑰進(jìn)行3輪確認(rèn)。在成功確認(rèn)后，可以對(duì)卡內(nèi)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀、寫、增值、減值等一系列操作。以上這些步驟可以直接調(diào)用周立功公司提供的讀寫卡模塊C51函數(shù)庫實(shí)現(xiàn)。
在主程序中，設(shè)置定時(shí)器0作為SPI串行接口的看門狗定時(shí)器，該定時(shí)器被設(shè)置成50 ms溢出。數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)開定時(shí)器中斷，若中斷之前通信未能完成(ZLG500A在SDATA線上未返回響應(yīng)信號(hào))，而造成該定時(shí)器產(chǎn)生中斷，則取消本次傳輸，發(fā)送子程序返回SPI_ERR；數(shù)據(jù)接收時(shí)關(guān)中斷，用軟件判斷溢出次數(shù)，若在500 ms內(nèi)未收到ZLG500A返回的數(shù)據(jù)，則退出本次命令的執(zhí)行，命令返回SPI_ERR。
3．2．2 GPS數(shù)據(jù)解析及處理
車載終端工作時(shí)，GPS模塊會(huì)源源不斷地把接收到的GPS導(dǎo)航定位信息通過串行口輸出給ARM微處理器，這些數(shù)據(jù)信息主要由幀頭、幀尾和幀內(nèi)數(shù)據(jù)組成。系統(tǒng)所需的GPS數(shù)據(jù)，如經(jīng)緯度、時(shí)間日期、速度等信息，均包含在“$GPRMC”幀內(nèi)。“$GPRMC”的幀格式如下：
$GPRMC，024813．640，A，31 58．4608，N，11848．3737，E，10．05，324．27，150706，，，A*50
數(shù)據(jù)接收時(shí)，首先通過依次檢測(cè)“$GPRMC”的ASCII碼是否正確。若檢測(cè)無誤，則確認(rèn)該幀為有效幀，再接收幀內(nèi)數(shù)據(jù)并進(jìn)行解析。然后按照表1的協(xié)議封裝成UDP數(shù)據(jù)包，通過GPRS傳輸?shù)街骺刂行模骺刂行耐ㄟ^軟件將車輛的位置實(shí)時(shí)顯示在電子地圖上。GPS數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議如表1所列。

3．2．3 GPRS數(shù)據(jù)傳輸
由于本系統(tǒng)所用的GPRS模塊SIM300C內(nèi)部嵌入了TCP／IP協(xié)議棧，因此只要發(fā)送相關(guān)AT指令，嵌入式TCP／IP協(xié)議就可完成SIM300C接入Internet的工作，實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋?br /> 利用AT指令控制SIM300C模塊建立無線信道，并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟襟E如下：
①AT+CIPCSGP=1，“CMNET” 設(shè)置GPRS連接方式。
②AT+CLPORT=“TCP”，“3030” 設(shè)置TCP端口號(hào)。
③AT+CIPSTART=“TCP”，“主站IP地址”，“端口號(hào)” 建立TCP連接，主站的IP地址必須為公網(wǎng)的IP地址，連接成功后返回“CONNECT OK”。
④AT+CIPSEND等待模塊返回“>”后，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)送入GPRS模塊中，然后再發(fā)送回車，數(shù)據(jù)即可發(fā)送出去。
若建立連接后長時(shí)間沒有數(shù)據(jù)傳輸，移動(dòng)網(wǎng)關(guān)將會(huì)自動(dòng)關(guān)閉連接，重新分配IP地址。所以，為了保證網(wǎng)絡(luò)的正常連接，采用每2 min發(fā)送一個(gè)心跳包的方式。

結(jié)語
本文提出了一種基于ARM微處理器和μC／OS-II操作系統(tǒng)的智能車載終端設(shè)計(jì)方案，利用GPS、GPRS和IC卡讀寫等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)公交刷卡消費(fèi)和實(shí)時(shí)定位監(jiān)控等功能的一體化，將城市中所有的公交車連成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，形成一個(gè)城市交通物聯(lián)網(wǎng)的雛形。實(shí)驗(yàn)證明，該智能車載終
端具有模塊化、功耗低、性能穩(wěn)定、可擴(kuò)展等特點(diǎn)。