嵌入式系统在车辆导航监控系统中的应用研究

湖南文理学院课程设计报告课程名称： 嵌入式系统课程设计 专业班级： 自动化11101班 48号 学生姓名： 罗 桂 花 指导教师： 杨峰老师 完成时间： 2014年 6 月5日 报告成绩： 评阅意见： 评阅教师 日期 湖南文理学院制目录一、设计要求1二、设计的作用与目的1三、系统的总体设计方案23.1相关技术介绍23.2系统的整体设计43.3车载监控终端的设计53.3.1硬件部分功能设计63.3.2软件部分功能设计6四、系统软件设计74. 1嵌入式操作系统的选择74. 2 Windows CE开发环境的建立84. 3 Windows CE平台的定制移植84.3.1配兰平台94.3.2 修改平台104.3.3 生成操作系统镜像114.3.4 输出平台SDK114.4 Windows CE平台应用程序开发工具选择11五、系统硬件设计125.1硬件系统总体设计125.2核心板设计125.3主板各主要模块设计15六、结论17七、心得体会18八、参考文献19嵌入式系统在车辆导航监控系统中的应用研究一、设计要求嵌入式GIS系统是目前GPS定位系统应用的一个热点，发展十分迅速。尽管它的发展历史不长，但己引起各方面的广泛关注，有着巨大的市场潜力。以嵌入式GIS系统为核心的智能交通系统(ITS)可以广泛应用于交通调度管理，车辆防盗，物流运输等方面，可以大大提高交通使用率，缓解道路交通拥挤的难题，为国家节约资源，为企业降低成本。本文结合GPS全球卫星定位技术、GIS地理信息处理技术、CDMA数据通信技术以及嵌入式系统等新技术进行了车辆监控系统的开发研究，初步实现了全天候定位、电子地图显示、视频图像采集与无线传输等功能的GPS车辆监控系统。本文重点对车载GPS终端的设计和实现进行了论述，主要讨论了GPS模块、语音留言模块、视频图像采集与辅助倒车模块、无线传输模块的具体实现。介绍了如何在嵌入式Linux平台下开发设计应用程序。本文还对监控中心的设计和实现进行了讨论。本课题在设计过程中，对硬件实现采用集成化的思想，充分利用开发板的资源；软件设计采用模块化思想，提高系统的可扩展性和可维护性，增长软件的生命周期。在嵌入式操作系统的选取上采用嵌入式Linux系统，因为它具有如下优点：广泛的硬件支持，内核高效稳定，开放源码，软件丰富，完善的网络通信和文件管理机制。二、设计的作用与目的现在我国的车辆导航监控系统主要是建立在GPS/GSM/GPR/CDMA技术整合与运用的基础上，这种科学的管理手段必然会在将来在各个地方各个领域得到广泛的运用。近年来GPS的行业应用快速发展，呈现出与业务结合、多样化发展的特征。车辆导航监控系统方面的研发，为提高各运输企业运营管理效率提供了强有力的保障。本文设计了基十Wince 6.0嵌入式操作系统的车辆导航监控系统。主要对车辆导航监控系统中车载终端硬件平台搭建，软件开发环境搭建，车载终端与监控中心通信，车载终端客户端与监控中心服务器应用程序等进行了设计和阐述，实现了车辆导航监控系统的基本功能。 车辆导航监控系统设计由基于嵌入式车载导航终端设计和监抓中心上位机平台设计两大部分组成。嵌入式车载导航终端完成的主要功能包括:通过GPS模块接收卫星信号;对接收到的卫星信号进行处理实现车辆的实时定位;通过运行相应的地图软件对车辆进行导航;通过GPRS无线通讯模块向监控中心上位机发送车辆实时信息;接收上位机下传的管理信息，实现接打电话收发短信的功能。监控中心上位机平台主要功能包括:接收嵌入式车载导航终端上传的车辆信息;对相关车辆的位置信息实时显示;对相关车辆进行实时监测和管理;通过数据库对重要信息进行存储。车辆导航监控系统是工TS系统的重要组成部分。它将卫星定位技术(GPS)，地理信息系统(GIS)以及现代通信技术融于一身。车辆导航监控系统可以在GPS和GIS系统的协助下借用先进的通信工具，对车辆进行实时路线监控，从而引导车辆避开拥塞路段提高道路交通通信能力，缓解交通拥挤和堵塞，使人们节约出行时间，减少开销。综上所述，将GIS、GPS技术运用于我国的交通运输行业具有重要的现实意义。它可以提高交通运输的安全性、可靠性，改善服务质量，提高运输管理水平， 创造良好的社会效益和经济效益。三、系统的总体设计方案3.1相关技术介绍(1) GPS技术GPS即全球定位系统(Global Positioning System)是美国第二代卫星导航系统，是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，是美国从20世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS包括三大部分，即空间卫星部分一GPS卫星星座，地面控制部分一地面监系统，用户接收部分一GPS信号接收机。空间卫星部分:在飞越注入站上空时，接收由地面注入站用S波段发送到卫星的导航电文和其他相关信息，并通过GPS信号形成电路适时地发送给广大用户。地面控制部分:由1个主控站、3个注入站和5个监测站组成。主要用来测量和计算每颗卫星的星历，编辑成电文发送给卫星，即卫星所提供的广播星历。用户接收部分:GPS接收机的基本构成如图1所示。它主要由天线单元和接收单元两部分组成。主要是用来接收GPS信号，并对其进行变换、放大和处理，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。GPS主要特点全球覆盖连续导航定位。由于GPS卫星数目较多且分布合理，所以地球上任何地点均可连续同步地观测到至少4颗卫星，从而保障了全球、全天候连续实时定位需要。实时定位速度快。利用GPS技术一次定位和测速工作在一秒至数秒内便可完成，现在最快的GPS接收机一次定位时为半秒钟。被动式导航定位。利用GPS定位时，用户设备只需接收GPS信号就可以进行导航定位，而不需要用户发射任何信号。这种被动式导航定位不仅隐蔽性好，而且可容纳无数的用户。抗干扰性好、保密性强。由于GPS系统采用了伪随机噪声码技术，因而GPS卫星所发送的信号具有良好的抗干扰性和保密性。功能多，精度高。GPS可为各类用户连续地提供动态目标的三维位置、三维速度和时间信息。图1 GPS接收机的基本构成GPS定位原理GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为己知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。(2) GIS技术地理信息系统(Geographical Information System，简称GIS)，是20世纪60年代开始迅速发展起来的地理学研究技术，是随着地理科学、计算机技术、遥感技术和信息科学的发展而发展起来多种学科交叉的产物。地理信息系统(GIS)就是一种利用计算机对有关地理、空间位置的数据信息进行存储、处理、查询和显示的计算机支持系统。它具有以下三个方面的特征:以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力，并能产生高层次的地理信息;由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。(3) GPRS技术因为车载终端不可能利用有线方式与外界进行通信，必须要使用一种便捷的方式，而GPRS是目前阶段解决移动通信信息服务的一种较完美方案。GPRS简介GPRS(General Packet Radio Service)为通用分组无线业务的简称，是欧洲电信协会GSM系统中有关分组数据所规定的标准。是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。GPRS充分利用共享无线信道，实现数据终端的高速、远程接入。作为现有GSM网络向第三代移动通信演变的过渡技术(2.5G)，目前通过升级GSM网络实现，采用TDMA方式传输话音，采用分组方式传输数据GPRS系统结构GPRS的系统结构如图2所示。它是在GSM基础上引入三个关键组件组成:SGSN(服务GPRS支持节点)、GGSN(网关GPRS支持节点)和PCU(分组控制单元)。GSN是GPRS骨干无线接入网的接口，它将分组交换到正确的基站子系统(BSS)其任务包括提供对移动台的加密、认证、会话管理、移动管理和逻辑链路管理，它也提供到HLU等数据的连接。图2 GPRS系统结构GGSN是外部分组数据网或分组交换数据网与GPRS核心网之间的网关节点，如果外部网络IP网，GPRS可以看成一个普通的IP路由器，它服务于移动台的所有IP地址，该节点可以包括防火墙和分组过滤机制，另外，GGSN根据移动台的位置，为其指定一个SGSN的接口。3.2系统的整体设计可视化实时监控系统由车载监控终端、无线通信网络、监控中心三部分组成。系统组成结构如图3所示。(1)车载监控终端车载监控终端是整个系统的核心，主要分布在各个执法车辆上，提供给用户一个简单的操作界面，以便进行电子地图显示、地理信息查询、实时位置显示、最优路径选择等。同时负责接收GPS卫星定位信息并解算出车辆的位置、速度等信息;采集有关车辆状态信息、报警信息的数据，并把这些数据通过GPRS无线网络，按照通信协议，传送到监控中心;接收并执行来自监控中心的命令等;同时还应具有防盗、报警、远程控制等功能。 图3系统组成结构(2)无线通信网络无线通信网络是连接车载终端与监控中心的纽带，是组成整个系统的关键。为了能保证系统数据传输的准确和通信系统覆盖范围的广泛，并考虑到城市电磁环境的影响，本系统采用了GPRS无线网络传输数据。(3)监控中心监控中心由监控计算机和监控软件组成。监控中心平台是以电子地图为基础对数据库的监视和控制的操作平台，具有很方便的信息数据库和电子地图操作功能。监控计算机是一台具有固定IP地址的主机，可接入Internet等外部数据网。监控中心接收车载终端上传的车辆位置、状态等信息，进行相应数据转换处理后，与监控计算机系统上的GIS电子地图进行匹配，并根据需要在电子地图上实时显示车辆位置、状态等信息。3.3车载监控终端的设计车载终端主要分为硬件与软件两大部分，其结构如图4所示。 图4车载终端结构3.3.1硬件部分功能设计(1)车载计算机:是车载终端的核心部件，主要负责与GPS模块、GPRS模块的通信，提供人机交互的接口LCD显示屏及触摸屏，同时支撑嵌入式操作系统所需的底层硬件资源和相关的硬件部件。(2) GPS模块:主要是接收GPS定位导航信息，实时提供车辆的位置、速度、时间等信息。(3) GPRS模块:主要负责与监控中心的通信。(4) LCD显示屏及触摸屏:主要是提供人机交互的平台，通过LCD显示屏提供给用户一个简单的友好的界面，触摸屏负责给计算机提供用户的输入命令等。3.3.2软件部分功能设计(1)嵌入式操作系统:主要用于对终端的硬件资源进行统一管理及调度，为系统的应用软件提供一个良好的开发环境;为嵌入式地理信息系统(Embedded GIS)提供一个软件平台:提高系统的开发效率。(2)地理信息系统:包含以规定的标准化格式存储的电子地图以及与地图有关的信息数据，能够提供地图与信息数据的查询、显示、浏览等服务，支持应用程序的调用。(3)操作界面:是用户与终端的人机交互接口，用于接受用户的操作指令，把电子地图、定位信息、行驶路线等以直观友好的方式显示给用户，并能在电子地图上实时提供车辆的位置。(4)路径规划:即按一定的条件(如最短行车距离或时间)快速生成从出发点到目的地的最佳行车路线供驾驶员参考。如果能获取实时的交通信息，还能对行驶的路线作及时调整以适应当前交通状况。(5)定位导航:利用电子地图中的道路信息数据对GPS原始的定位数据进行自动修正，将车辆位置匹配到合适的道路上，同时将匹配的结果显示到电子地图。(6)信息查询:主要是针对用户感兴趣的目标进行查询，并将查询的结果以醒目的方式显示出来。四、系统软件设计4. 1嵌入式操作系统的选择(1)嵌入式操作系统简介嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件，它是嵌入式系统中极为重要的组成部分。最早的嵌入式系统是不使用操作系统的，但随着嵌入式处理器复杂程序的提高，以及微内核设计和模块化思想进入嵌入式领域，嵌入式操作系统也随之出现。它的引入大大提高了嵌入式系统的功能，方便了嵌入式应用软件的设计开发。目前常见的嵌入式操作系统有VxWorks, cC/OS- II、Windows CE, Linux, Palm OS等。本文从此次的应用需求出发，并考虑对开发工具的支持，结合对各嵌入式操作系统特点分析的基础上，最终选择Windows CE作为本终端的操作系统。(2) Windows CE简介Windows CE是微软公司推出的面向嵌入式领域的一款操作系统，支持多线程、完全抢占执行和多任务。它最大程度的继承了桌面Windows操作系统的丰富功能，同时又加入了许多新特性，以适应嵌入式领域的实际情况和要求。为了适应多种硬件平台，Windows CE被设计成一个完全的模块化操作系统，能十分灵活地对各种特殊产品进行定制，其基本内核只需要200 KB ROM，能够支持触摸屏和最高像素32位颜色深度的彩色显示屏及多种串行和网络通信技术。Windows CE可分为四个主要模块，如图5所示，它们分别是内核模块、对象存储次件系统模块、网络与通信模块、GWES模块(图形、窗口、事件子系统)。内核模块中的大部分组件是所有Windows CE配置所需的，其它一些可选的组件是在实现包括类似电话、多媒体和GDI图形等功能的操作系统时需要的。 图5 windows CE体系结构4. 2 Windows CE开发环境的建立(1)宿主机硬件平台由于嵌入式系统资源受限，嵌入式系统的开发一般采用宿主机/目标机模式，经交叉编译生成目标平台上可运行的二进制文件，最后下载到目标平台运行。因此在进行嵌入式开发前，首先应建立和配置好交叉开发环境。配置和调试Windows CE需要一台高性能开发工作站和一台目标调试设备。本文所(2) Microsoft Platform Builder简介Microsoft Platform Builder(以下简称PB)是微软的一个定制基于Windows CE.net操作系统的嵌入式平台的集成开发环境，如图4.2所示。它提供了供开发人员快速建立基于Windows CE.net的嵌入式系统所需的各种工具。通过这些工具可以方便地根据不同的硬件，定制、裁剪出符合不同系统要求的Windows CE.net操作系统。它运行在桌面Windows下，开发人员可以通过交互式的环境来设计和定制内核、选择系统特性，然后进行编译和调试。同时，开发人员还可以利用PB来进行驱动程序开发和应用程序项目的开发等。与其他微软开发工具相似，它包含工作空间(Workspace)，特性目录区(Catalog)，调试窗口价ebug Window)和程序编辑窗口(Edit Window)。在工作空间可以查看所定制Windows CE操作系统所包含的组件，在这里可以为项目添加所需的组件;在编辑窗口可以修改或者编写相应的程序，调试窗口可以反馈调试过程或编译过程中的信息。4. 3 Windows CE平台的定制移植Windows CE操作系统是基于组件模型的，它由一些基本的操作系统函数和可选函数组成。基本函数应该适合每一个使用Windows CE操作系统的硬件，而可选函数则可以依据硬件条件进行选择搭建基于Windows CE操作系统的平台需要完成以下主要工作:导入和硬件平台相关的.cec文件;利用标准开发向导，根据Windows CE的架构创建一个平台;利用附加项和目录特征客户化平台;为特定的目标设备创建一个自引导程序和板级支持包(Board Suport Package);加入BSP文件编译操作系统镜像文件，通过以太网将镜像文件下载到目标设备，并调试平台;平台搭建并调试成功，为平台应用程序开发者导出软件开发工具包(SD殉。使用PB集成开发环境搭建Windows CE操作系统的平台的具体过程如图6所示。 图6定制Windows CE操作系统的过程4.3.1配兰平台包括两部分:系统配置和平台BSP配置。即选择操作系统的基本配置，并为特定的平台选择相应的微处理器和板级支持包BSP(Board Support Packet)，导入和硬件平台相关的.cec文件。开发机安装PB后，安装程序将在开发机硬盘上创建一个目录树。其中Windows CE主目录包括:platform, public, private, sdk, others等目录。这些目录中的文件可分为三类:开发工具、支持包及相应的头文件和配置文件。其中platform下是按照不同平台存放的BSP，例如CEPC平台、EMULATOR平台，包括平台特定的驱动程序和引导程序、图形引擎的部分驱动程序、核心HAL驱动等。public下存放Windows平台下的平台开发工具，包括大量驱动程序、应用程序开发包。private是Windows CE.net的共享源代码，主要包括应用服务、资源管理器、通信支持、数据存储管理器、图形用户界面以及事件系统、Windows CE.net操作系统核心代码。sdk下按照平台体系结构存放各种开发工具，例如编译器等。others的内容包括MFC, ATL的共享代码、库文件以及.net的共享库等。这一步如果要深入，还有很多细节工作要做。大体上需要在public目录生成自己的操作系统配置包、platform目录中生成自己的平台硬件目录，当然可以先拷贝Microsoft提供的样板，然后进行修改。4.3.2 修改平台这一步充分体现了Windows CE的模块化特征。如图4.3所示，该步的工作主要包括开发驱动程序、创建或添加用户特性以及修改配置文件。在PB中，定制平台系统的构成以模块的方式进行管理，包括驱动程序，用户可以从开发机已安装的模块集中添加所需的模块，该模块集以CEC文件的形式存在。PB集成开发环境主界面的两个工作区:workspace和catalog，它们分别以直观的方式显示开发人员已经选定的特性列表(这些特性都将用到一个新定制的操作系统中)和操作系统可选特性的一个集合。该步骤需要修改的配置文件包括:bib文件、reg文件、dat文件、db文件，它们都可以用文本编辑器访问。若主文件名为Common，表示是通用配置文件，若主文件名为Platform，表示是某一个BSP的配置文件，若主文件名是Project，表示是所定制平台的配置文件。修改配置文件可裁减优化WinCE，用户根据需要可创建自己的配置文件。bib文件定义了包含在内核镜像中的文件和模块的名称、加载位置，主要的bib文件有Common.bib, Config.bib, Project.bib, Platform.bib等。reg注册表文件建立操作系统映象的注册表入口，注册表存储了大量的配置信息，包括应用程序信息、设备驱动程序的配置、系统配置信息和用户参数等。当目标平台冷启动时，Makeimg.exe使用.reg文件创建默认注册表。Platform.reg配置与平台有关的注册表信息，如设备驱动程序入口，Project.reg设置与工程有关的注册表项。db文件是WinCE提供内置的轻量级数据库管理文件，其属性数据库由一张记录表组成，每个记录包含不同的属性信息:标志属性的ID号、类型和值。使用ADOCE可以容易的访问属性数据库，还可使用SQL语句查询信息。dat文件中安排了最终操作系统中文件系统的目录结构，它定义了目录和指定文件位置，当冷启动CE时，filesys.exe用这些数据创建目录、快捷方式。4.3.3 生成操作系统镜像当前两步准备就绪后，就可以生成操作系统镜像文件，然后下载到目标机。下载可以通过串口、并口或网线，具体可以设置PB开发环境和目标机。当开发机PB环境中己准备下载操作系统镜像，目标机启动程序就可以将该镜像下载到目标机。本文采用网线进行下载。下载完毕，如果正常的话，PB中设置的远程服务也会启动起来，如:TargetControl (CES均、Target Messages (CETerm), Debugger和Data Visualization Tools等。此时，PB中就可以控制目标机中运行的系统，查看、启动或关闭进程等等。同时，PB还提供一系列远程控制工具对目标机中运行的系统进行配置，远程调试器可以很方便对目标机中运行的程序进行调试。由于根据开发的需要，目标机可能要不断更换，而且目标设备和开发用的目乒机硬件配置肯定不一样。在这样的情况下，如果新的目标机采用不同的硬件体系结构，可能会需要开发OEM适配层(OAL), BSP或BootLoader以支持目标机的启动下载。不过，一般的系统开发往往都是以开发基于Windows CE的软件为重点，因此，在选择目标设备时尽量采用PB直接支持的硬件体系结构，如果不能避免， OEM厂商往往会提供Windows CE的这些硬件支持包。4.3.4 输出平台SDK前面的工作主要是为了定制能在目标机上正确运行的Windows CE操作系统，这是个不断修改、调试、再修改调试的反反复复的过程。如果最终的Windows CE操作系统符合要求，用户准备在此操作系统之上开发应用的话，就可以输出适合该平台的SDKo这样做的目的是为了方便编写应用程序。生成的SDK很容易安装到其他的编辑器上面。例如，可以把自己生成的SDK安装到EVC下面，这样当需要新建一个工程时，定制的SDK就会出现在选择画面中。4.4 Windows CE平台应用程序开发工具选择在.NET技术出现之前，微软为Windows CE.net提供了两个开发工具，分别是Embedded Visual C+和Embedded Visual Basic，使用的计算机语言分别为C+和BASIC。在.NET出现之后，微软又推出了Visual Studio.NET(简称VS.NET)开发工具集，还在其中新加入了C#语言。虽然可供选择的开发工具更多了，并且VS.NET使WindowsCE.net下软件开发变得更容易，但是EVC仍然是广大软件开发者的首选。五、系统硬件设计5.1硬件系统总体设计一般嵌入式设备的硬件架构都是以嵌入式微处理器为核心，通过处理器接口扩展以及平台硬件的支持，把众多的外设单元集成进整个系统中，并通过CPLD等逻辑转换器件和其它硬件电路完成对外设模块进行读写和控制操作的支持，本系统也是如此。图7是硬件系统结构框图。本系统采用核心板和底板的设计方案，核心板和底板采用两个160PIN连接器连接。在核心板上主要资源有基于Intel XScale架构内核的嵌入式处理器PXA270 64MB SDRAM, 32MB Nor Flash及电源管理模块，形成一最小化运行系统。底板上集成了车载终端所需的各接口部件，包括lOM/100M以太网接口、LCD接口、触摸屏、RS232标准串口、AC97音频接口、PCMCIA接口，同时为了以后升级扩展的方便，还有SD卡接口、USB接口等。图7硬件系统框图同时，在系统中通过RS-232扩展了GPS模块，主要用于接收GPS导航信息。通过PCMCIA接口扩展一GPRS无线上网模块，用于同监控中心的信息交互。通过网卡接口扩展的RJ-45接口用于实现同宿主机的数据交换，下载内核等。在人机交互方面，主要通过LCD显示屏与触摸屏提供，LCD显示器提供给用户友好的界面，并通过触摸屏来响应用户的各种请求。5.2核心板设计(1) PXA27x微处理器简介PXA27x系列处理器是Intel公司2004年新推出的，它在性能上有了很大改进。它同时集成了Intel的多项专利技术，其中包括集成Intel无线MMX指令集、无线动态(Wireless Speed Step)技术和快速拍摄(Quick Capture)技术，大大提升了PXA27x多媒体、3D图像处理、视频处理方面的能力。另外，结合PXA27x系列，还发布了2D13D图形加速芯片27006，使得PXA系列处理器的功能越来越丰富。在本核心板上微处理器采用PXA系列处理器中的PXA270处理器。它采用了XScale微架构，并在此架构的基础上提高了处理媒体的效率，优化了处理器的功耗，同时添加了众多针对移动终端设备设计的新功能。PXA27x主频最高可以达到624MHzPXA27x系列包括PXA270. PXA271. PXA272和PXA273。其中PXA271集成了32MB Flash和32MB SDRAM PXA272集成 64MB Flash PXA273集成 32MB Flash Intel Wireless MMX指令集和扩展单指令多数据流指令SSE可以提供高性能、低功耗的多媒体、3D游戏和视频等应用加速。Intel Quick Capture技术可以支持高达400万像素的摄像头。支持快速预览模式、高质量图片捕捉模式和快速动画捕捉模式。无线SpeedStep电源管理技术可以根据CPU的性能的要求动态的调节功耗，可以动态地调节CPU的电压和频率来节省电源。电源管理。支持多种运行模式一运行模式、开始运行模式、空闲模式、深度空闲模式、待命模式、睡眠模式和深度睡眠模式。256KB的片内RAM o内置LCD控制器。支持24位色双屏显示，支持两个overlays窗口和一个硬件光标，内部集成7通道DMAo内部集成众多外设，如USB Host控制器、PCMCIA/SD/MMC卡控制器、I2C接口、串口、AC97控制器、实时时钟、PWM控制器、SSP串行接口等。(2)存储器接口设计 PXA27x系列处理器的存储器接口支持各种存储器芯片，包括SDRAM, Flash,SMROM, ROM, SRAM及与SRAM类似的可变延迟1/O等。PXA270处理器的存储器接口将其支持的存储器分为动态存储器和静态存储器两类。其中动态存储器分为4个块，静态存储器分为6个块。每块都有64MB的寻址空间，它的物理寻址由片选信号(ChipSelect)控制。nSDCSx】是动态存储器片选信号，nCSx】是静态存储器片选信号。Nor Flash接口设计图8是Nor Flash接口原理图，采用两片Intel的RC28F128K18C115芯片，构成了32MB的Flash存储器。这里的Flash芯片是16位的，故采用两块并联的方法进行位扩展，为处理器32位的数据总线支持。处理器启动时，从0x00000000地址开始执行代码，本系统设计为从Flash引导系统，因此它必须接到静态存储器的块0(BankO)，使用处理器的nCSO作为片选信号。Flash的其他控制引脚由处理器内部集成的Static Memory控制器进行控制。Flash主要作为Boot ROM，用来存储EBoot程序和Windows CE的系统镜像。SDRAM接口设计图9是SDRAM接口原理图，采用Infineon公司的HYB25L256160AC-7.5芯片，本系统采用两块并联位扩展方式构成64MB的SDRAM存储器，提供32位的总线支持。它连接到处理器动态存储器的第0块选用处，器的nSDCSO作为片选信号，其余引脚则由处理器内部集成的Dynamic Memory控制器进行控制。SDRAM在系统中主要用作程序的运行空间、数据及堆栈区。在一般的嵌入式系统中，在系统启动并完成初始化后，程序代码或系统内核被调入SDRAM中运行，以提高系统的运行速度，系统及用户堆栈、运行数据也都存放在SDRAM中。(3)其他模块设计CPLD(Complex Programmable Logic Device)采用Xilinx公司的XC2C256系列产品，根据功能要求选用XC2C256-7TQ 144型号。 图8 Nor Flash接口 图9 SDRAM接口5.3主板各主要模块设计主板上主要是满足系统所需的各种接口，提供外设到核心板的连接。在主板上主要集成TLCD显示器、触摸屏、3个RS232接口、网络接口、JTAG调试接口、PCMCIA接口、声卡接口，同时为了以后系统升级的扩展方便还设计了SD卡接口、USB接口等。下面就主要部分作一介绍。(1)网络接口设计网络接口芯片采用SMSC公司为嵌入式应用系统推出的第三代快速以太网控制器LAN91C111 o LAN91C111的芯片上集成T遵循SMSC/CD协议的MAC(媒体层)和PHY(物理层)，符合IEEE802.3/802.U-100Base-Tx/lOBase-T规范，内部还集成 EEPROM接口，自举时再通过EEOROM接口输入到芯片中，从而实现自动初始化。其主要功能有自适应选择传输速率，支持10/100Mbps;充分支持全双工交换式以太网:支持突发数据传输，其接口原理图如10所示。图10 网络接口其中AT93C46是一具有128字节的可编程EEPROM芯片，负责对LAN91C111初始化，ST7011是一种脉冲变压器，实现对信号进行脉冲波形变换后扩展出标准的RJ45接口供用户使用。(2)音频及触摸屏接口设计音频及触摸屏接口原理图如11所示。UCB 1400是由飞利浦公司推出的一款具有集音频解码/编码功能、触摸屏控制器和功率管理接口于一体的多功能芯片。在音频处理方面，它合整合了20位立体声译码/编码器，并支持可编程抽样率、输入/输出增益和数字音响处理，如音量、静音、低音和高音控制等。它与Intel音频解码/编码97(AC97Audio Codec97)完全相容，因此可与Intel PXA270处理器的AC-Link控制器连接。其音频输出信号由经由LM4881芯片，放大后输出至耳机或扬声器。本系统触摸屏采用4线电阻式触摸屏，其四根引线分别与UCB 1400的TSPX, TSMX, TSPY和TSMY相连，而PXA270通过 AC-Link控制器与触摸屏通信，来得到位置信息。图11 音频及触摸屏接口(3)串行接口设计PXA270处理器共提供三个UART接口，其中一个全功能串口，一个蓝牙串口和一个标准串口，它们都为3.3V TTL电平，为了能与标准RS232C串行设备通信，必须要对它们进行电平转换。本系统中分别采用一片MAX3243和两片SP3223对它们进行电平的转换。其接口原理如图12所示。在本系统中，蓝牙串口用作调试串口，其它两个串口可以扩展GPS模块等。图12 RS232接口(4)其它接口主板上还包括LCD显示器接口、JTAG调试接口、USB接口、SD卡接口、PC卡接口等，因为这些在PXA270内部都集成了相应的控制器，其设计比较简单，就不再详细说明。六、结论本文所设计的车载监控终端实现了导航监控的基本功能，达到了系统设计的基本要求，同时本系统还可作为一般的自主式车载导航设备使用。本文首先设计了以Intel XScale架构内核嵌入式处理器PXA270为中心的硬件平台，然后针对设计的硬件平台进行了Windows CE嵌入式操作系统的定制移植，最后在设计的平台上进行了系统的应用开发。 本文设计的车载监控系统终端是基于全球定位系统，配合电子地图实现对移动车辆的实时定位与导航并利用地图匹配算法，提高了定位的可靠性。车载终端的一个重要功能就是利用地理信息系统的空间优势快速生成通往目的地的最优路径。本文根据已有的电子地图，采用一种较为简便方法生成道路网的拓扑关系，并根据自定义的数据结构，运用Dijkstra最短路径算法，实现了快速生成出发地至目的地的最短路径，为行车提供了方便。本文还实现了其它基本功能，如电子地图操作、地图查询、无线通信等。由于时间和条件的限制，目前只是完成了系统试验阶段的调试和功能实现，距离真正的实用阶段还有一定的距离。针对系统中存在的许多不足，还有待于进一步的深入研究。主要有:(1) 本文采用GPS单点定位方法，但它易受外界环境的干扰，尤其是在高楼林立的，或者车辆通过隧道、立交桥、涵洞等特殊地段时，GPS信号将很差甚至中断而无法定位。要得到连续可靠的定位信息，可加入航位推算(DR-Dead Reckoning)装置，如陀螺仪和里程仪等，利用GPS/DR组合定位方法来解决GPS盲区定位问题。(2) 本文对最优路径的选择实现的是在静态条件下的最短路径问题，没有考虑实时路况信息，如道路的拥挤程序、车速限制、道路改建等因素，因此即使选择最短行车路径也不能保证用最短时间到达目的地。这就需要加入代表这些因素的判断因子，考虑不同条件时的最优路径，为司机提供更准确的选择和参考。(3) 为了能更有效地实施执法检查，可以考虑增加视频采集功能，对所检查的目标进行视频采集监视，并实时传送给监控中心，为进一步执法提供可靠依据。七、心得体会这次的课程设计让我受益匪浅，使我对嵌入式的基本知识有了进一步的提高，开始拿到题目时相当茫然，毫无头绪，根本不知道从何下手，经过好久的查阅资料，终于对嵌入式技术在电力串口设备网络化中应用的设计有所了解，此时心中难免有种欣慰的快感，获得新知识的心情是无言以表的。 在课程设计的前期，我花了大量的时间收集资料，在图书馆和电气工程学院书库查阅大量资料，结合老师的指导和同学的帮助，课程设计开始有了眉目，有了很大的进展，后面的工作也能很好的开展下去。在这次设计中，令我感受最深的就是对所学的知识综合运用与理解，同时也让我明白了过程的艰辛和困难。本次设计所涉及到的主要知识是有关嵌入式方面的，我把我本次课程设计的心得和体会简述如下：（1）类型寻优：确定好要设计的方案后，首先对其进行性能需求分析，明确该系统应该达到的各种性能指标，其次，拟定多种设计方案，对这些方案进行仿真，进行综合分析和比较，选择出最佳的设计方案。（2）系统思维：必须有系统的设计思维，把每一个细节都放到整个系统中考虑，考虑整个系统设计的可行性、完整性、稳定性和功能的实现，这样才不会局限在细节上，才能快速的完成性能优越的硬件设计。（3）把握细节：系统也是由细节构成的，在把握整个系统思维的基础上把握每一个细节，因为每一个细节都有可能决定整个系统的性能。在写代码时，把每一个变量与过程考虑清楚才可能完成整个程序。（4）勇于尝试:系统即使经过了非常严格的论证也仍然可能存在问题，或许面对问题一时没有很好的解决方案，但是有一个或许可行的大胆的想法，不要犹豫，试一试吧。勇于尝试往往能够找到更好的解决方法。（5）保持自信:无论遇到什么困难，我都相信自己一定能够找到解决的方法，有的时候只要稍微再用一点力、使一点劲，结果就会不一样。历时两周的课程设计就要结束了，我的课程设计报告也完成了。八、参考文献1、张其善，吴今培，杨东凯.智能车辆定位导航系统及应用.北京:科学出版社，20022、富立，范耀祖.车辆定位导航系统.北京:中国铁道出版社，20043、胡刚，金振伟，司小平等.车载导航技术现状及其发展趋势.系统工程.2006 4、甘浩，胡雨.基于TTS的智能车辆定位导航系统.商用汽车杂志.20055、马忠梅，李善平，康慨等.ARM&Linux嵌入式系统教程.北京:北京航空航天大学出版社6、陈则王，袁信.GIS在车辆定位导航系统中的应用.微型电脑应用.20027、陈飞翔，谢忠，周治武.嵌入式GIS的研究与开发.计算机与现代化.2003 8、常青，杨东凯，寇艳红等.车辆导航定位方法及应用.北京:机械工业出版社，20059、 Intel Corporation. Intel PXA27x processor family developers manual10、 SMSC. LAN91C111 10/100 Non-PCI ethernet single chip MAC+PHY datasheet. SMSC11、田东风.Windows CE应用程序设计.北京:机械工业出版社，200312、 Microsoft Corporation. Microsoft Windows CE.NET feature overview. Microsoft Corporation,200413、陈向群等.Windows CE.NET系统分析及试验教程.北京:机械工业出版社，200314、周毓林，宁杨，陆贵强等.Windows CE.net内核定制及应用开发.北京:电子工业出版社，200515、崔铁军，李玉，饶欣平.嵌入式GIS的发展及开发实践.测绘学院学报.200416、 Zhao Yilin. Vehicle location and navigation systems. USA: Artech House lnc17、付梦印，李杰，邓志红.一种适于车辆导航系统的快速地图匹配算法.北京理工大学学报.200521