基于嵌入式LINUX的智能車載終端系統(tǒng)的設(shè)計

隨著國內(nèi)汽車使用量增加，公路建設(shè)在跨越式發(fā)展，道路的復雜程度越來越大，這些因素給車輛安全運行帶來了困難。如何讓車輛安全行駛，并能夠?qū)囕v進行有效監(jiān)管，已經(jīng)成為駕車人和交管部門重點關(guān)注的焦點。智能交通系統(tǒng)ITS(Intelligent Transportation Systems)，通過引進信息管理技術(shù)，優(yōu)化傳統(tǒng)的交通管理系統(tǒng)，形成新型現(xiàn)代交通管理系統(tǒng)，體現(xiàn)出信息化、智能化和社會化的特點。在智能交通系統(tǒng)中，車載終端是重要組成部分，它使用衛(wèi)星全球定位GPS功能對道路上運行的車輛，進行實時監(jiān)管、控制和調(diào)度。具體設(shè)計實現(xiàn)時，使用GPS接收機，接收車輛實時運動位置信息，并將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到車輛監(jiān)控中心;監(jiān)控中心根據(jù)接收到的車輛運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，以及當前道路實際監(jiān)測狀況，向車載終端發(fā)送控制指令，以達到對運行車輛的調(diào)度和監(jiān)控。

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

文中根據(jù)車載終端系統(tǒng)的功能需求，提出了一種基于ARM和LINUX的智能車載終端系統(tǒng)的設(shè)計方案。在該設(shè)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(shè);軟件平臺以嵌入式LINUX為平臺，對操作系統(tǒng)組件做適當?shù)墓δ懿脺p，輔助必要的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理程序。

1 硬件設(shè)計方案

本智能車載終端系統(tǒng)的硬件組成主要包括4個部分：GPS定位模塊、GPRS通信模塊、觸摸屏模塊和ARM控制模塊，系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)見圖1所示。本系統(tǒng)中的觸摸屏模塊選用了成熟的解決方案，下面著重說明本系統(tǒng)中GPS定位模塊、GPRS通信模塊和ARM控制模塊的設(shè)計方案。

1.1 ARM控制模塊設(shè)計

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

考慮到本系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯控制并不是異常復雜，經(jīng)過慎重比較，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(nèi)設(shè)豐富，集成了LCD控制器、存儲器控制器、IIC總線控制器、IIS總線控制器等設(shè)備控制器，還有UART等外部接口。使用這款處理器，既簡化了系統(tǒng)整體硬件設(shè)計，又降低了硬件成本。

1.2 GPS定位模塊設(shè)計

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

考慮到在通常行車環(huán)境下，GPS定位模塊只能與4～8顆衛(wèi)星同時通信。在設(shè)計本系統(tǒng)的GPS模塊時，考慮了高性價比的選擇標準，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，同時監(jiān)控12路衛(wèi)星信號;內(nèi)部集成16位ARM處理器內(nèi)核，電池可在正常使用中充電;數(shù)據(jù)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(shè)計

本智能車載終端系統(tǒng)中的GPRS通信模塊，是車載終端與后臺監(jiān)控中心的通信通道，實現(xiàn)將處理好的GPS數(shù)據(jù)和其他監(jiān)控數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控中心，并接收后臺監(jiān)控中心發(fā)送給車載終端的控制數(shù)據(jù)。

本系統(tǒng)選用的GPRS模塊是索尼愛立信公司推出的GR47模塊，其主要特點：采用實時操作系統(tǒng);內(nèi)置完整的TCP/IP協(xié)議，允許一個TCP/UDP傳輸機制，以最小的前期配置和操作來被使用;內(nèi)嵌控制器，方便集成用戶的應用，減少外部控制器的需求。GR47支持雙頻GSM帶寬900MHZ/1800MHZ，可以通過SMS短信息服務(wù)、CSD、HSCSD或GPRS來收發(fā)資料，并支持語音處理和傳真?？赏ㄟ^AT命令或嵌入式應用訪問其TCP/IP協(xié)議棧。由于GR47模塊內(nèi)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(shè)計方案

2.1 軟件模塊設(shè)計

本智能車載終端系統(tǒng)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(qū)動子模塊。

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(shè);從外設(shè)存儲芯片中加載用戶配置信息;響應并處理前臺用戶給出的控制命令，以及來自后臺監(jiān)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(shù)據(jù)，一方面對定位數(shù)據(jù)進行解析處理，從中提取位置信息，轉(zhuǎn)交主控子模塊，顯示實時位置信息，便于車輛行駛?cè)肆私猱斍暗乩砦恢?另一方面對定位數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換處理，然后借助GPRS通信接口，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)發(fā)送給后臺監(jiān)控中心，方便后臺控制中心實時了解車輛運行信息。

GPRS報文通信子模塊：負責接收監(jiān)控中心傳遞來的GPRS通信格式報文，并對接收到的報文按照約定的數(shù)據(jù)格式進行轉(zhuǎn)換處理，通過內(nèi)部消息，將轉(zhuǎn)換后的報文數(shù)據(jù)送交至主控子模塊繼續(xù)處理;另外為GPS數(shù)據(jù)采集/處理子模塊提供GPRS數(shù)據(jù)報文發(fā)送接口，按照GPRS約定格式的數(shù)據(jù)發(fā)送至后臺監(jiān)控中心。

顯示驅(qū)動子模塊：接收用戶輸入控制，比如：設(shè)置導航線路、發(fā)送行車狀態(tài)等;顯示定位信息數(shù)據(jù)，以及監(jiān)控中心發(fā)來的控制命令。

2.2 多線程應用設(shè)計

借助于嵌入式LINUX系統(tǒng)的多線程技術(shù)、中斷的快速響應機制、以及消息驅(qū)動機制，結(jié)合智能車載終端系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能，進行如下線程設(shè)計，如圖2所示。

主要線程功能說明：

1)主控線程：本線程主要實現(xiàn)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(shè)器件初始化;接收報文接收線程發(fā)送的內(nèi)部消息，處理后臺監(jiān)控中心的控制指令;接收GPS數(shù)據(jù)采集/處理線程發(fā)送的內(nèi)部消息，實時更新顯示地理位置信息;響應處理前臺觸摸屏控制用戶的設(shè)置，設(shè)定行駛線路以及其他行車狀態(tài)：