基于ETX與VxWorks的嵌入式車輛導航系統(tǒng)的設計

（4）無線通訊模塊

本系統(tǒng)的無線通訊部分采用了短消息方式，選用了深圳科靈通科技有限公司生產的短消息模塊DTR2000。它主要由西門子公司生產的工業(yè)級GSM模塊和一款高性能的處理器組成，可通過短消息功能實現無線數據傳送的功能，且支持中文傳輸。其傳輸數據透明，協(xié)議簡單，能夠方便的進行模塊之間以及模塊與手機之間的通訊。

（5）其它

本系統(tǒng)采用了GPS定位方式，通過彩色LCD進行電子地圖及定位點的顯示，并采用了可與ETX直接相連的CF卡作為存儲設備。

4 系統(tǒng)的軟件設計

由于車輛導航系統(tǒng)對多任務性、實時性、穩(wěn)定性的要求比較高，因此本系統(tǒng)采用了VxWorks嵌入式操作系統(tǒng)。它包括了進程管理、存儲管理、設備管理、文件系統(tǒng)管理、網絡協(xié)議及系統(tǒng)應用等幾個部分，而且高度可裁減，只占用很小的存儲空間，保證了其能以較高的效率運行于導航系統(tǒng)中。VxWorks包括微內核wind、高級的網絡支持、強有力的文件系統(tǒng)和I/O管理、C++和其他標準支持等核心功能。微內核wind處于VxWorks操作系統(tǒng)的核心，支持所有的實時特征：快速任務切換、中斷支持、搶占式和時間片輪轉調度等，能夠很好的滿足導航系統(tǒng)對實時性和多任務的要求。

本系統(tǒng)的軟件功能框圖如圖-3所示，分為VxWorks環(huán)境下的驅動程序和應用軟件兩部分。前者主要是對TL16C554驅動的開發(fā)，而其它設備（如顯卡，網卡等）由于VxWorks自帶了X86的相關驅動而不必涉及。TL16C554的驅動開發(fā)可參照VxWorks自帶的串行驅動模板來進行,這里只簡單描述一下開發(fā)步驟。VxWorks系統(tǒng)的串行設備驅動不是直接掛在IO系統(tǒng)中，而是由虛擬設備ttyDrv在中間充當轉換層。因此驅動需要根據系統(tǒng)接口實現驅動并掛到ttyDrv上。首先需要修改config.h、sysSerial.c等文件中的相關參數，然后再編寫具體的驅動程序實現設備的 I/O操作，包括TL16C554的初始化函數、I/O控制函數、中斷處理函數等。這樣，系統(tǒng)在初始化時就會將設備和驅動程序安裝好，應用程序就可以按照與設備無關的統(tǒng)一方式進行I/O操作了。

應用軟件的開發(fā)包括電子地圖和導航應用程序設計兩部分的設計：

（1）電子地圖的設計

電子地圖的設計包括圖形界面和地圖數據庫兩部分。本系統(tǒng)通過VxWorks的WindML（Wind River Multimedia Library）實現了電子地圖的圖形界面。WindML主要是用來實現基本的圖形、視頻和音頻技術以及設計標準設備驅動程序框架，它提供了一個統(tǒng)一的圖形硬件接口以及處理輸入設備和輸入設備事件的能力。電子地圖數據庫的數據結構采用了Arc—Node結構。該結構的基本原理是采用“以直代曲”的思想，即在允許的精度范圍內，通過加入多個節(jié)點將現實中的真實道路用一系列線段來模擬或近似表示，整個道路網絡就是由Arc（小段的線段）和Node（Arc的兩個端點）組成，并具有明確的拓撲關系，可以實現路徑規(guī)劃。本系統(tǒng)實現了北京市四環(huán)以內的電子地圖，并實現了地圖瀏覽、地點查詢、路徑規(guī)劃等功能。

（2）導航應用程序的設計

導航應用程序包括了對電子地圖的操作、GPS定位、收發(fā)短消息、語音提示、人機接口等功能的實現。在設計中，根據VxWorks提供的良好的多任務特性，將不同的導航功能模塊分給了不同任務去執(zhí)行，通過任務間通信機制保證多任務的同步。其中系統(tǒng)的主任務負責實現硬件設備的初始化（如串口、看門狗的配置等）、電子地圖的初始化和首次顯示、發(fā)起子任務等功能，其流程圖可如圖-4所示。

主任務中發(fā)起了四個子任務，分別負責響應用戶的輸入、標準串口的數據輸入、ISA總線16C554的數據輸入以及實現路徑規(guī)劃算法。前三個功能獨立出來是因為這些功能的觸發(fā)時間都是不確定的，需要單獨監(jiān)視；最后一個則因為需要較大的運算量。這里只以接收串口數據的子任務為例進行分析。該任務需要監(jiān)視兩個串口的信息：GPS數據和從語音模塊返回的狀態(tài)信息。VxWorks將I/O系統(tǒng)設計成為與設備無關的接口，因此對串口的操作可以視為對文件的操作。串口的打開，關閉和寫操作均比較簡單，而串口的讀操作采用了select函數，利用其觸發(fā)機制阻塞任務。有數據到來時，任務才會被激活并從串口讀取數據，然后通過任務間通信機制，通知主任務進行相應的處理，如進行地圖更新、輸出語音提示等操作。

5 結束語

經過實驗，本系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠的運行。系統(tǒng)的實驗結果可如圖-5所示，展示了其GPS定位和路徑規(guī)劃的功能。本系統(tǒng)功能的實現證明了ETX平臺以及VxWorks操作系統(tǒng)的優(yōu)良性能，表明兩者的結合具有開發(fā)簡單、性能可靠等優(yōu)點，有著良好的應用前景。

參 考 文 獻

[1] 張其善等. 智能車輛定位導航系統(tǒng)及應用. 北京：科學出版社，2002

[2] 探矽工作室. 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)圣經. 北京：中國鐵道出版社，2003

[3] 陳智育等. VxWorks程序開發(fā)實踐. 北京：人民郵電出版社，2004

[4] 何江水等. VxWorks漢字的顯示支持. 微計算機信息，2005年第五期