基于ETX與VxWorks的嵌入式車輛導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（4）無(wú)線通訊模塊

本系統(tǒng)的無(wú)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(chǎn)的短消息模塊DTR2000。它主要由西門子公司生產(chǎn)的工業(yè)級(jí)GSM模塊和一款高性能的處理器組成，可通過(guò)短消息功能實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳送的功能，且支持中文傳輸。其傳輸數(shù)據(jù)透明，協(xié)議簡(jiǎn)單，能夠方便的進(jìn)行模塊之間以及模塊與手機(jī)之間的通訊。

（5）其它

本系統(tǒng)采用了GPS定位方式，通過(guò)彩色LCD進(jìn)行電子地圖及定位點(diǎn)的顯示，并采用了可與ETX直接相連的CF卡作為存儲(chǔ)設(shè)備。

4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

由于車輛導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)多任務(wù)性、實(shí)時(shí)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(jìn)程管理、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、文件系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及系統(tǒng)應(yīng)用等幾個(gè)部分，而且高度可裁減，只占用很小的存儲(chǔ)空間，保證了其能以較高的效率運(yùn)行于導(dǎo)航系統(tǒng)中。VxWorks包括微內(nèi)核wind、高級(jí)的網(wǎng)絡(luò)支持、強(qiáng)有力的文件系統(tǒng)和I/O管理、C++和其他標(biāo)準(zhǔn)支持等核心功能。微內(nèi)核wind處于VxWorks操作系統(tǒng)的核心，支持所有的實(shí)時(shí)特征：快速任務(wù)切換、中斷支持、搶占式和時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度等，能夠很好的滿足導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性和多任務(wù)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(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用軟件兩部分。前者主要是對(duì)TL16C554驅(qū)動(dòng)的開發(fā)，而其它設(shè)備（如顯卡，網(wǎng)卡等）由于VxWorks自帶了X86的相關(guān)驅(qū)動(dòng)而不必涉及。TL16C554的驅(qū)動(dòng)開發(fā)可參照VxWorks自帶的串行驅(qū)動(dòng)模板來(lái)進(jìn)行,這里只簡(jiǎn)單描述一下開發(fā)步驟。VxWorks系統(tǒng)的串行設(shè)備驅(qū)動(dòng)不是直接掛在IO系統(tǒng)中，而是由虛擬設(shè)備ttyDrv在中間充當(dāng)轉(zhuǎn)換層。因此驅(qū)動(dòng)需要根據(jù)系統(tǒng)接口實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)并掛到ttyDrv上。首先需要修改config.h、sysSerial.c等文件中的相關(guān)參數(shù)，然后再編寫具體的驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的 I/O操作，包括TL16C554的初始化函數(shù)、I/O控制函數(shù)、中斷處理函數(shù)等。這樣，系統(tǒng)在初始化時(shí)就會(huì)將設(shè)備和驅(qū)動(dòng)程序安裝好，應(yīng)用程序就可以按照與設(shè)備無(wú)關(guān)的統(tǒng)一方式進(jìn)行I/O操作了。

應(yīng)用軟件的開發(fā)包括電子地圖和導(dǎo)航應(yīng)用程序設(shè)計(jì)兩部分的設(shè)計(jì)：

（1）電子地圖的設(shè)計(jì)

電子地圖的設(shè)計(jì)包括圖形界面和地圖數(shù)據(jù)庫(kù)兩部分。本系統(tǒng)通過(guò)VxWorks的WindML（Wind River Multimedia Library）實(shí)現(xiàn)了電子地圖的圖形界面。WindML主要是用來(lái)實(shí)現(xiàn)基本的圖形、視頻和音頻技術(shù)以及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序框架，它提供了一個(gè)統(tǒng)一的圖形硬件接口以及處理輸入設(shè)備和輸入設(shè)備事件的能力。電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)采用了Arc—Node結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)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(nèi)，通過(guò)加入多個(gè)節(jié)點(diǎn)將現(xiàn)實(shí)中的真實(shí)道路用一系列線段來(lái)模擬或近似表示，整個(gè)道路網(wǎng)絡(luò)就是由Arc（小段的線段）和Node（Arc的兩個(gè)端點(diǎn)）組成，并具有明確的拓?fù)潢P(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了北京市四環(huán)以內(nèi)的電子地圖，并實(shí)現(xiàn)了地圖瀏覽、地點(diǎn)查詢、路徑規(guī)劃等功能。

（2）導(dǎo)航應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)

導(dǎo)航應(yīng)用程序包括了對(duì)電子地圖的操作、GPS定位、收發(fā)短消息、語(yǔ)音提示、人機(jī)接口等功能的實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)中，根據(jù)VxWorks提供的良好的多任務(wù)特性，將不同的導(dǎo)航功能模塊分給了不同任務(wù)去執(zhí)行，通過(guò)任務(wù)間通信機(jī)制保證多任務(wù)的同步。其中系統(tǒng)的主任務(wù)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)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(wù)等功能，其流程圖可如圖-4所示。

主任務(wù)中發(fā)起了四個(gè)子任務(wù)，分別負(fù)責(zé)響應(yīng)用戶的輸入、標(biāo)準(zhǔn)串口的數(shù)據(jù)輸入、ISA總線16C554的數(shù)據(jù)輸入以及實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃算法。前三個(gè)功能獨(dú)立出來(lái)是因?yàn)檫@些功能的觸發(fā)時(shí)間都是不確定的，需要單獨(dú)監(jiān)視；最后一個(gè)則因?yàn)樾枰^大的運(yùn)算量。這里只以接收串口數(shù)據(jù)的子任務(wù)為例進(jìn)行分析。該任務(wù)需要監(jiān)視兩個(gè)串口的信息：GPS數(shù)據(jù)和從語(yǔ)音模塊返回的狀態(tài)信息。VxWorks將I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)成為與設(shè)備無(wú)關(guān)的接口，因此對(duì)串口的操作可以視為對(duì)文件的操作。串口的打開，關(guān)閉和寫操作均比較簡(jiǎn)單，而串口的讀操作采用了select函數(shù)，利用其觸發(fā)機(jī)制阻塞任務(wù)。有數(shù)據(jù)到來(lái)時(shí)，任務(wù)才會(huì)被激活并從串口讀取數(shù)據(jù)，然后通過(guò)任務(wù)間通信機(jī)制，通知主任務(wù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，如進(jìn)行地圖更新、輸出語(yǔ)音提示等操作。

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，本系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)現(xiàn)證明了ETX平臺(tái)以及VxWorks操作系統(tǒng)的優(yōu)良性能，表明兩者的結(jié)合具有開發(fā)簡(jiǎn)單、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)，有著良好的應(yīng)用前景。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 張其善等. 智能車輛定位導(dǎo)航系統(tǒng)及應(yīng)用. 北京：科學(xué)出版社，2002

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

[3] 陳智育等. VxWorks程序開發(fā)實(shí)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(jì)算機(jī)信息，2005年第五期