（電路與系統(tǒng)專業(yè)論文）基于嵌入式Linux的車載智能導(dǎo)航終端設(shè)計[電路與系統(tǒng)專業(yè)優(yōu)秀論文].pdf

摘要 摘要 本文在分析了車載導(dǎo)航設(shè)備發(fā)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上，研究基于a d s p b f 5 3 3d s p 處理器和嵌入式l i n u x 操作系統(tǒng)的智能導(dǎo)航終端的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)。 論文從軟、硬件兩個方面詳細(xì)討論了車載智能導(dǎo)航終端的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)。硬件 方面，采用a d i 公司的a d s p b f 5 3 3d s p 作為核心處理器，設(shè)計了包括存儲模塊、 l c d 、觸摸屏和g p s 模塊的硬件電路，并討論了各模塊電路的工作原理和實(shí)現(xiàn)方 法。軟件方面，以嵌入式l i n u x 操作系統(tǒng)為平臺，在p c 機(jī)上建立了一套完整的 交叉開發(fā)環(huán)境，并在該環(huán)境下完成了u b o o t 和u c l i n u x 到智能導(dǎo)航終端硬件平臺 的移植。在對l i n u x 操作系統(tǒng)下平臺設(shè)備注冊過程和幀緩沖設(shè)備驅(qū)動結(jié)構(gòu)進(jìn)行分 析的基礎(chǔ)上，丌發(fā)了l c d 的驅(qū)動程序，使設(shè)備有一個良好的輸出平臺。完成了將 圖形用戶界面軟件m i n i g u i 到導(dǎo)航終端的移植，并設(shè)計了導(dǎo)航應(yīng)用程序。 智能導(dǎo)航終端的設(shè)計充分利用了a d s p b f 5 3 3 處理器的高效控制處理、易用 性等特點(diǎn)，嵌入式l i n u x 軟件平臺的采用確保了系統(tǒng)軟件的可移植性和擴(kuò)展性。 這些對類似的設(shè)計具有很好的參考價值。 關(guān)鍵詞：車載導(dǎo)航u c l i n u xa d s p b f 5 3 3m i n i g u l a b s t r a c t a b s t r a c t b a s e do nt h ea n a l y s i so fv e h i c l en a v i g a t i o ne q u i p m e n t ，t h er e s e a r c ho nt h ed e s i g n a n di m p l e m e n t a t i o no fa d s p - b f 5 33p r o c e s s o ra n de m b e d d e dl i n u xo p e r a t i n gs y s t e m b a s e di n t e l l i g e n tv e h i c l en a v i g a t i o nt e r m i n a lw a sm a d ei nt h et h e s i s i nt h et h e s i s ，t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fv e h i c l en a v i g a t i o nt e r m i n a lh a v e b e e na n a l y z e di nd e t a i lf r o mb o t hh a r d w a r ea n ds o f t w a r e i nh a r d w a r e ，t h ea d i s a d s p - b f 5 3 3d s pw a su s e da st h ec o r ep r o c e s s o r t h eh a r d w a r ed e s i g ni sc o m p o s e d o fs e v e r a lm o d u l e s ，s u c ha s ，m e m o r ym o d u l e ，l c d ，t o u c hs c r e e na n dg p sm o d u l e a l s o ，t h ep r i n c i p l ea n di m p l e m e n t a t i o no ft h e s em o d u l e sw e r ed i s c u s s e d i ns o f t w a r e ， t h ee m b e d d e dl i n u xo p e r a t i n gs y s t e mw a su s e df o r t h ep l a t f o r m ac o m p l e t e c r o s s - d e v e l o p m e n te n v i r o n m e n tw a se s t a b l i s h e do nt h eh o s tp e r s o n a lc o m p u t e r t h e u - b o o ta n du c l i n u xw a sp o r t e dt ot h ei n t e l l i g e n tn a v i g a t i o nt e r m i n a lh a r d w a r ep l a t f o r m u n d e rt h a te n v i r o n m e n t t h el c dd e v i c ed r i v e rd e v e l o p m e n tw a sd i s c u s s e da f t e rt h e a n a l y s i so ff r a m eb u f f e rd r i v e rs t r u c t u r ea n dt h ep l a t f o r md e v i c er e g i s t r a t i o np r o c e s s t h el c dd e v i c ed r i v em a k e st h ee q u i p m e n th a v eag o o do u t p u tp l a t f o r m t h e m i n i g u lw a si n t r o d u c e dt ot h ev e h i c l en a v i g a t i o nt e r m i n a l ，a l s o ，t h en a v i g a t i o n a p p l i c a t i o np r o g r a mw a sd e v e l o p e d t h ed e s i g no fi n t e l l i g e n tn a v i g a t i o nt e r m i n a lm a k e sf u l lu s eo ft h ef e a t u r e so f a d s p b f 5 3 3p r o c e s s o r ，s u c ha s ，e f f i c i e n tc o n t r o lo fp r o c e s s i n g , e a s eo fu s ea n ds oo n t h ei n t e l l i g e n tn a v i g a t i o nt e r m i n a l si nw h i c ht h ee m b e d d e dl i n u xw a su s e da st h e s o f t w a r ep l a t f o r m ，t h e r e f o r e ，t h ep o r t a b i l i t ya n ds c a l a b i l i t yi se n s u r e df o rt h es y s t e m s o f t w a r e i nt h i st h e s i s ，ag o o dr e f e r e n c ev a l u ec a nb es u p p l i e dt os i m i l a rd e s i g n k e y w o r d s ：v e h i c l en a v i g a t i o n u c l i n u xa d s p - b f 5 3 3m i n i g u l 西安電子科技大學(xué) 學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性( 或創(chuàng)新性) 聲明 秉承學(xué)校嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)j x l 和優(yōu)良的科學(xué)道德，本人聲明所呈交的論文是我個人在 導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo) 注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成 果：也不包含為獲得西安電子科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的 材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說 明并表示了謝意。 申請學(xué)位論文與資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切的法律責(zé)任。 本人簽名：強(qiáng) 同期：疊z 蘭：卑 西安電子科技大學(xué) 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 本人完全了解西安電子科技大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：研究 生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬西安電子科技大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保 留送交論文的復(fù)印件，允許查閱和借閱論文；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi) 容，可以允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存論文。同時本人保證，畢業(yè)后 結(jié)合學(xué)位論文研究課題再撰寫的文章一律署名單位為西安電子科技大學(xué)。 ( 保密的論文在解密后遵守此規(guī)定) 同期： 日期： 第一章緒論 第一章緒論 1 1 研究背景 隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，我國的汽車擁有量急 劇增加。在給人們的生活帶來方便，擴(kuò)大人們的活動范圍的同時，汽車的使用也 給人們帶來了一些新的問題：頻繁發(fā)生的交通堵塞使人們難于選擇f 確的行車路 線；處在陌生的地理環(huán)境中無法準(zhǔn)確的了解周圍的交通條件和自己的位置；需要 服務(wù)時卻可能不了解周圍服務(wù)設(shè)施的分御而難以就近得到需要的服務(wù)等等。因此， 隨著活動范圍的不斷擴(kuò)大，人們越來越需要知道自己當(dāng)前所處的位置和環(huán)境信息， 以做出合理的判斷【l 】。本文所研究的車載智能導(dǎo)航終端可以向駕駛員提供車輛位 置以及周邊地理環(huán)境信息，輔助駕駛員快速、準(zhǔn)確地到達(dá)目的地，方便人們的出 行。 論文研究基于a d s p b f 5 3 3d s p 處理器和嵌入式l i n u x 操作系統(tǒng)的智能導(dǎo)航 終端的設(shè)計。車載智能導(dǎo)航終端通過g p s 定位模塊來獲取車輛的經(jīng)緯度坐標(biāo)信 息，并輔助以電子地圖信息來定位車輛的準(zhǔn)確道路位置信息，可以給用戶提供電 子地圖顯示、地理信息查詢、最優(yōu)路徑選擇等功能。基于嵌入式的智能導(dǎo)航終端 如圖1 1 所示主要由三部分組成：硬件平臺部分、軟件平臺部分和導(dǎo)航應(yīng)用軟件 部分。 硬件平臺 網(wǎng) l 時鐘等i 圖1 1 車載智能導(dǎo)航終端系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 其中，硬件部分主要包括以處理器為核心的最小系統(tǒng)、液晶顯示模塊、g p s 接收機(jī)以及其它各種外設(shè)。軟件部分主要包括系統(tǒng)引導(dǎo)部分( b o o t l o a d e r ) 、嵌入 式操作系統(tǒng)( u c l i n u x ) 和圖形用戶界面軟件等。應(yīng)用軟件部分包括實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航功能 囂 基丁嵌入式l i n u x 的下載智能導(dǎo)航終端設(shè)計 的所有軟件和算法。 智能導(dǎo)航終端的設(shè)計充分利用了a d s p b f 5 3 3 處理器的高效控制處理、易用 性等特點(diǎn)；將嵌入式系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用于智能導(dǎo)航終端可以使系統(tǒng)軟件具有較好的移 植性和擴(kuò)展性，這些對類似的設(shè)計具有很好的參考價值。 1 2 車載導(dǎo)航設(shè)備的發(fā)展?fàn)顩r 在國際上，現(xiàn)代車輛導(dǎo)航方面的研究已經(jīng)具有相當(dāng)長的歷史了，伴隨著美國 g p s 系統(tǒng)的發(fā)展，車輛導(dǎo)航技術(shù)得到了普及和推廣。汽車導(dǎo)航裝置早在在2 0 世 紀(jì)8 0 年代就問世了，而真f 進(jìn)入市場是在2 0 世紀(jì)9 0 年代初期。由于全球定位系 統(tǒng)的全面投入應(yīng)用，車載導(dǎo)航裝置爿得以推廣，車載導(dǎo)航設(shè)備的發(fā)展過程大致可 分為三代： 第一代基于航位推算( d r ，d e a d r e c k o n i n g ) 系統(tǒng)的導(dǎo)航設(shè)備，這種設(shè)備的定位 方法是：從一個已知坐標(biāo)位置丌始根據(jù)車載體在該點(diǎn)的行駛方向、速度和行駛時 問來推算出下一時刻的坐標(biāo)位割5 1 。其基本原理是利用方向傳感器和速度傳感器 測量運(yùn)動車輛的行駛距離、速度和方位，然后推算出車輛的瞬時位置，可以實(shí)現(xiàn) 連續(xù)自主式定位。這種定位方式在運(yùn)行時間較短時可以獲得較好的精確度，但由 于其推算過程是一個累加過程，方向傳感器的誤差隨時問的延長而積累，另外推 算只能確定相對位置和航向。導(dǎo)航丌始時，需要預(yù)知車輛的初始絕對位置和方向， 因此，航位推算方法并不能單獨(dú)、長時間地使用。 第二代基于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)( i n e r t i a ln a v i g a t i o ns y s t e m ，i n s ) 的導(dǎo)航設(shè)備是一 種不依賴于外部信息、也不向外部輻射能量的自主式導(dǎo)航設(shè)備。其工作環(huán)境不僅 包括空中、地面，還可以在水下。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的基本工作原理是以牛頓力學(xué)定 律為基礎(chǔ)，通過測量載體在慣性參考系的加速度，將它對時間進(jìn)行積分，再把它 變換到導(dǎo)航坐標(biāo)系中，就能夠得到在導(dǎo)航坐標(biāo)系中的速度、偏航角和位置等信息。 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)：不依賴于外部信息，不受外界電磁干擾，能提供位 置、速度、方向等數(shù)據(jù)，產(chǎn)生的導(dǎo)航信息連續(xù)性好、噪聲低，數(shù)據(jù)更新率高，可 適應(yīng)各種工作環(huán)境等等。但是也有許多缺點(diǎn)：定位誤差隨時間增大，長期精度差； 使用前需要較長的初始對準(zhǔn)時間；不能給出時間信息。 第三代基于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)( g l o b a lp o s i t i o ns y s t e m ，g p s ) 的導(dǎo)航設(shè)備。g p s 即全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，也即全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是以全球2 4 顆定位人造衛(wèi)星為基 礎(chǔ)，向全球各地全天候地提供三維位置、三維速度等信息的一種無線電導(dǎo)航定位 系統(tǒng)，是美國開發(fā)研制的迄今為止最好的應(yīng)用最廣泛的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。 g p s 由三部分構(gòu)成：一是地面控制部分，由主控站、地面天線、監(jiān)測站及通 訊輔助系統(tǒng)組成，主要任務(wù)：一是給g p s 系統(tǒng)提供時間標(biāo)準(zhǔn)、調(diào)整軌道衛(wèi)星偏差、 第一章緒論 監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行情況并進(jìn)行調(diào)整；二是空間部分，由2 4 顆衛(wèi)星組成，其中2 l 顆工 作衛(wèi)星，3 顆備用衛(wèi)星，均勻分布在6 個軌道上，并進(jìn)行特定的時空配置最終保 證地球上任何地點(diǎn)、任何時刻均能至少觀測到4 顆衛(wèi)星，從而滿足地面用戶實(shí)時 全天候的精密導(dǎo)航和定位服務(wù)；三是用戶裝置部分，由g p s 接收機(jī)和衛(wèi)星天線組 成主要功能是接收g p s 衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航電文，經(jīng)過精密的數(shù)據(jù)處理和加工實(shí)現(xiàn)準(zhǔn) 確的導(dǎo)航和定位【4 】【6 】。 g p s 最初是由美國研制的空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其主要目的是為陸、海、 空三大領(lǐng)域提供實(shí)時、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報收集、核爆監(jiān)測 和應(yīng)急通訊等一些軍事活動，是美國全球戰(zhàn)略的重要組成部分，同時這項(xiàng)技術(shù)也 逐漸運(yùn)用到社會經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域【4 】。自從2 0 0 0 年美國取消了選擇可用性( s a ) 技術(shù)之后，目前民用g p s 的精度得到了大大的提高，定位精度已經(jīng)達(dá)到1 0 米左 右。 目前，車輛導(dǎo)航設(shè)備主要采用以下幾種定位方案：g p s 電子地圖( g p s m m ) 、 g p s 航位推算( g p s d r ) 、g p s 慣性導(dǎo)航( g p s i n s ) 、g p s 航位推算電子地圖 ( g p s d r m m ) 和g p s 慣性導(dǎo)航電子地圖( g p s d r m m ) 。第一種方法采用具 有g(shù) p s 定位的各種優(yōu)點(diǎn)，并可以結(jié)合電子地圖進(jìn)行顯示；g p s 航位推算( g p s d r ) 和g p s 慣性導(dǎo)航( g p s i n s ) 都可以自主導(dǎo)航，但誤差隨工作時間積累而增大且 無電子地圖匹配不易校f 和顯示，故很少使用：g p s 航位推算電子地圖 ( g p s d r m m ) 和g p s 慣性導(dǎo)航電子地圖( g p s d r m m ) 是將前面方法的融 合的結(jié)果，具有可靠性高、導(dǎo)航與定位精度高等特點(diǎn)，但設(shè)計較復(fù)雜。 由于g p s 電子地圖( g p s m m ) 方案比較簡單實(shí)用，以及g p s 抗干擾性能 的提高，目前仍然是車輛導(dǎo)航采用的主要方案之一，本文設(shè)計的車載導(dǎo)航終端也 采用這種方案。 1 3 本文的主要內(nèi)容及章節(jié)安排 本文的研究課題來源于a d i 大學(xué)生創(chuàng)新競賽選題。論文在分析了國內(nèi)外車載 導(dǎo)航設(shè)備的發(fā)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上，研究基于b l a e k f i n 系列d s pb f 5 3 3 和嵌入式l i n u x 的車載智能導(dǎo)航終端的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。圍繞基于嵌入式l i n u x 的車載智能導(dǎo)航終端 的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，論文主要介紹了車載智能導(dǎo)航終端硬件設(shè)計、b o o t l o a d e r 和操作 系統(tǒng)的移植、驅(qū)動程序的開發(fā)圖形用戶界面的實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容。 本文的章節(jié)安排如下： 第一章主要介紹了智能車載導(dǎo)航終端的研究背景、車載導(dǎo)航設(shè)備的發(fā)展?fàn)顩r 和論文的章節(jié)安排。 第二章介紹了車載智能導(dǎo)航終端的硬件設(shè)計。首先，對主處理器a d s p b f 5 3 3 4 基丁嵌入式l i n u x 的乍載智能導(dǎo)航終端設(shè)計 進(jìn)行了介紹。然后，介紹了存儲模塊、觸摸屏和g p s 模塊的電路設(shè)計。 第三章介紹了車載智能導(dǎo)航終端的軟件平臺搭建過程，包括交叉丌發(fā)環(huán)境的 建立、u b o o t 的移植和u c l i n u x 的移植。 第四章介紹了圖形用戶界面的實(shí)現(xiàn)，包括l c d 硬件電路設(shè)計、基于 f r a m e b u f f e r 的l c d 驅(qū)動程序設(shè)計和圖形用戶界面軟件m i n i g u l 的移植、導(dǎo)航程 序的開發(fā)以及測試結(jié)果分析。 第五章對本論文所做的工作進(jìn)行了總結(jié)，指出了系統(tǒng)需要完善的地方，并提 出下一步的發(fā)展方向。 第二章乍載智能導(dǎo)航終端硬什設(shè)計 第二章車載智能導(dǎo)航終端硬件設(shè)計 2 1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 車載智能導(dǎo)航終端的硬件平臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2 1 所示，以a d i 公司的 a d s p b f 5 3 3d s p 為核心，外圍電路主要包括存儲模塊、l c d 、觸摸屏和g p s 模 塊。其中存儲模塊包括：存儲啟動代碼的n o rf l a s 、存儲系統(tǒng)運(yùn)行時的程序和 數(shù)據(jù)的s d r a m 、存儲嵌入式操作系統(tǒng)和地圖數(shù)據(jù)的n a n df l a s h 。 存儲模塊 ； 剖觸摸屏 n o rf l a s hi n a n df l a s h a d s p b f 5 3 3 蚓l c d s d r a m l 阜蚓g p s 圖2 1 硬什結(jié)構(gòu)框圖 本章將對處理器和各個模塊的設(shè)計分別進(jìn)行介紹，其中l(wèi) c d 電路設(shè)計將在第 四章與l c d 驅(qū)動程序一起介紹，本章不再進(jìn)行介紹。 2 2 1a d s p b f 5 3 3 處理器 2 2 主處理器介紹 a d s p b f 5 3 3 處理器是在b l a c k f i n 系列d s p 的基礎(chǔ)上推出的高性能d s p ，它 在同類產(chǎn)品中具有最快的速度和最低的功耗。a d s p b f 5 3 3 處理器的功能框圖如 圖2 2 【7 ) 所示。a d s p b f 5 3 3 處理器內(nèi)核可以在7 5 6 m h z 上持續(xù)工作，達(dá)到 1 5 1 2 m a c s 的運(yùn)算速度，同時內(nèi)部集成有2 個雙通道的d m a 控制器，具有靈活 的存儲器引導(dǎo)模式。 6 基丁嵌入式l i n u x 的印載智能導(dǎo)航終端設(shè)計 幽2 2a d s p b f 5 3 3 功能框圖 a d s p b f 5 3 3 有如下的特點(diǎn)f 2 】【7 】： 1 6 位定點(diǎn)d s p 內(nèi)核，可以實(shí)現(xiàn)7 5 6 m h z 的持續(xù)工作頻率： 0 7 1 2 v 核心電壓，3 3 vi o ，靈活的軟件控制動念電源管理； 豐富的片內(nèi)存儲空間： l 1 指令存儲器包括8 0 k bs r a m ，其中1 6 k b 可配置成4 組聯(lián)合c a c h e ； l 1 數(shù)據(jù)存儲器包括2 個3 2 k b 的s r a mb a n k ，每個b a n k 均由兩個1 6 k b s r a m 組成，其中一個1 6 k b 可配置成c a c h e ； 4 k bl 1 暫存數(shù)據(jù)s r a m ，訪問速度與l 1 存儲器同樣為處理器最快速度， 不可配置為c a c h e ； 具有存儲器管理單元( m m u ) 提供存儲器保護(hù)，片內(nèi)片外共用4 g b 統(tǒng)一 尋址空間； 豐富的外設(shè)接口：1 6 個g p i o ；1 個支持i r d a 的通用串行口；1 個s p i 兼容串行接口；2 個雙通道全雙工同步串行接e l ( s p o r t ) ，支持8 個立體聲1 2 s 通道；一個支持i t u r 6 5 6 視頻數(shù)據(jù)格式的并行外設(shè)接口( p p i ) ；1 個外部總 線接口單元( e b i u ) ，支持片外同步或異步存儲器； 完善的定時計數(shù)資源，片內(nèi)集成1 個看門狗定時器( w a t c hd o g ) 、1 個 實(shí)時鐘( r t c ) 模塊、3 個支持p w m 的定時計數(shù)器； 靈活的引導(dǎo)模式( s p i 或外部存儲器資源) ； 內(nèi)置1 2 個通道d m a ； 片內(nèi)自帶1 6 3 p l l 。 第二章下載智能導(dǎo)航終端硬什設(shè)計 7 2 2 2a d s p b f 5 3 3 外設(shè)接口 a d s p b f 5 3 3 不僅有強(qiáng)大的處理能力、分層次內(nèi)存管理機(jī)制、靈活的動念中 斷管理機(jī)制，而且有非常豐富且性能優(yōu)異的外設(shè)接口，極大簡化了系統(tǒng)的設(shè)計。 下面是主要外設(shè)功能的簡單說明： ( 1 ) 同步串1 2 1 ( s p o r t o 1 ) ：a d s p b f 5 3 3 處理器提供2 個雙通道同步串行端 口( s p o r t 0 和s p o l 玎1 ) 來完成串行和多處理器的通信工作。每個s p o r t 都有 2 套獨(dú)立的發(fā)送和接收引腳，支持3 到3 2 位長度的串行數(shù)據(jù)字，以最高有效位在 前或最低有效位在前的格式傳送。每個端口都有獨(dú)立的收發(fā)d m a 通道并可以產(chǎn) 生中斷。 ( 2 ) 并行外設(shè)接口( p p i ) ：a d s p b f 5 3 3 處理器提供可直接與并行a d 和d a 轉(zhuǎn)換器、i t u r 6 0 1 6 5 6 視頻編碼和解碼器以及其它通用外設(shè)連接的并行接口 ( p p i ) 。p p i 包括一個專用時鐘引腳，多達(dá)3 個幀同步引腳和多達(dá)1 6 個數(shù)據(jù)引腳。 輸入時鐘支持系統(tǒng)時鐘一半的并行數(shù)據(jù)傳輸率。在i t u r 6 5 6 模式下，p p i 接收并 分析8 或1 0 位視頻數(shù)據(jù)流。此外，片內(nèi)還支持嵌入的控制和同步信息的解碼。 p p i 的通用模式可應(yīng)用于各種數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊希撃Ｊ街饕譃? 個 不同的子塊，每塊可提供高達(dá)每p p ic l k1 6 位數(shù)據(jù)傳送糾7 1 。 ( 3 ) d m a 控制器：a d s p b f 5 3 3 共有8 個外設(shè)d m a 控制和4 個內(nèi)存d m a 控制器，可以在外設(shè)和內(nèi)存、內(nèi)存之間、外部存儲器和內(nèi)部存儲器之間快速的傳 遞數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳送和內(nèi)核可以并行，所以a d s p b f 5 3 3 具有很高的數(shù)據(jù)傳輸帶寬。 d m a 控制器能夠支持一維( 1 d ) 或二維( 2 d ) d m a 傳輸。d m a 傳輸?shù)某跏蓟?可以由寄存器或名為描述子塊的參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。 ( 4 ) 串行外設(shè)接口( s p i ) ：a d s p b f 5 3 3 處理器有1 個s p i 兼容的端口，能夠 使控制器與多個s p i 兼容的設(shè)備通信。此s p i 的波特率和時鐘的相位極性都是可 編程的，而且集成有一個d m a 控制器可配置為發(fā)送或接收數(shù)據(jù)流。s p i 的d m a 控制器在任意給定時間，只能進(jìn)行單向訪問。 ( 5 ) 1 6 個可編程端口：每個管腳都可以通過標(biāo)志方向控制寄存器( f i o ) 配置 為輸入或輸出方式；每個管腳還能配置為中斷產(chǎn)生管腳，配置中斷的產(chǎn)生方式； a d s p b f 5 3 3 可編程端口的靈活性，可為系統(tǒng)的擴(kuò)展和控制其他器件提供方便。 ( 6 ) 外部總線接口( e b i u ) ：外部總線接口單元( e b i u ) 既可以用于異步設(shè) 備( 例如：f l a s h 、e p r o m 、r o m 、s 刪和存儲器映射i o 設(shè)備) 也可以用 于同步設(shè)備( 例如：s d r a m ) 。它們的總線寬度均為1 6 位，其中a l 為1 6 位字 的最低位。8 位的外圍設(shè)備必須像1 6 位設(shè)備一樣分配1 6 位地址，但只使用其低 8 位數(shù)據(jù)。p c i 3 3 兼容的s d r a m 控制器可以通過編程與高達(dá)1 2 8 m b y t e s 的 s d r a m 接口。內(nèi)部最高可以配有4 個s d r a mb a n k s ，s d r a m 控制器允許為內(nèi) 基丁嵌入式l i n u x 的印載智能導(dǎo)航終端設(shè)計 部s d r a m 的每個b a n k s 同時打開一個通道，從而提高系統(tǒng)性能。異步存儲器的 控制器也能夠通過編程控制多達(dá)4 個b a n k 的時序參數(shù)靈活的各種異步存儲設(shè)備。 無論使用設(shè)備的大小如何，每個b a n k 的空問都占據(jù)1 m b y t e 。這樣，只有裝滿4 個1 m b y t e 的存儲器時地址空間才能連續(xù)【l o 】。 2 3 存儲模塊 本系統(tǒng)的存儲模塊主要由三部分組成：n o rf l a s h 、s d r a m 和n a n d f l a s h 。其中n o rf l a s h 作為系統(tǒng)引導(dǎo)代碼存儲器，在本系統(tǒng)中主要用于存儲 b o o t l o a d e r 引導(dǎo)程序。s d r a m 用于存儲系統(tǒng)運(yùn)行時的數(shù)據(jù)和程序。n a n df l a s h 用于存儲嵌入式l i n u x 系統(tǒng)內(nèi)核和其他應(yīng)用程序。下面分別介紹各部分的電路設(shè) 計。 2 3 1n o rf l s a h 接口電路設(shè)計 本系統(tǒng)采用s t m i c r o e l e c t r o n i c s 公司的p s d 4 2 5 6 g 6 v 作為系統(tǒng)引導(dǎo)代碼存儲 器。p s d 4 2 5 6 g 6 v 的f l a s h 包括1 m 字節(jié)的主f l a s h 存儲空間、6 4 k 字節(jié)的輔 助f l a s h 存儲空間、3 2 k 字節(jié)的s r a m 存儲空間和2 5 6 字節(jié)的用于配置 p s d 4 2 5 6 g 6 v 的i o 接口的配置寄存器。p s d 4 2 5 6 g 6 v 與a d s p b f 5 3 3 處理器的 連接如圖2 3 所示。 a d s p b f 5 3 3 p s d 4 2 5 6 g 6 v a m s o p c 6 a w e c n n ，0 a o ec n t l l a b e l c n t l 2 - 一 a 1 9 ：1 6 卜、 p c i l 5 ：0 】 a 1 5 ：l 】 卜、 a d 15 ：0 】 一 a b e 0- _ ra d 0 】 d 1 5 ：8 】 g p g 1 5 ：0 】 d 7 ：0 】g p f 1 5 ：0 圖2 3a d s p b f 5 3 3 與p s d 4 2 5 6 g 6 v 連接 a d s p b f 5 3 3 通過e b i u 接口與p s d 4 2 5 6 g 6 v 相連接。a d s p b f 5 3 3 的e b i u 接i z l 信號如表2 1 所示。在與p s d 4 2 5 6 g 6 v 連接是不使用麗信號，將麗信 號作為讀使能信號連接到p s d 4 2 5 6 g 6 v 的c n t l l 引腳，該引腳為p s d 4 2 5 6 g 6 v 的讀使能引腳。在本系統(tǒng)中f l a s h 的地址空間為0 x 2 0 0 00 0 0 0 - - o x 2 0 0 ff f f f 。 第二章下載智能導(dǎo)航終端硬f ，l ：設(shè)計 9 表2 1a d s p b f 5 3 3 e b i u 接口信號 e b i u 端口引腳 引腳類型描述 a d d r 1 9 ：1 】 o 外部地址總線 d a t a 1 5 ：0 】 i o 外部數(shù)據(jù)總線 a m s l 3 ：0 l 0 異步存儲器選擇 a w e o 異步存儲器寫使能 a r e o 異步存儲器讀使能 a o e o 異步存儲器輸山使能 a r d yi 異步存儲器準(zhǔn)備響應(yīng) a b e i ：0 l o 字仃使能 2 3 2s d r a m 接口電路設(shè)計 本系統(tǒng)采用m t 4 8 l c 3 2 m 1 6 6 4 m bs d r a m 作為外部動態(tài)存儲器。 m t 4 8 l c 3 2 m 1 6 6 4 m b 是3 2 m 1 6 位的存儲器，本系統(tǒng)中s d r a m 占用的地址空 間為0 x 0 0 0 00 0 0 0 - - - 0 x 01f ff f f f 。a d s p b f 5 3 3 的e b i u 接口帶有s d r a m 控制器， 可以實(shí)現(xiàn)與s d r a m 的無縫連接，連接示意圖如圖2 4 所示。 a d s p b f 5 3 3m t 4 8 l c 3 2 ml6 a d 0 d 1 5 一1卜、 d o d 1 5 a 1 a 1 3 卜、 a o a 1 2 a 1 8 a 1 9 卜、 b a 0 b a l s w e w e s c a s c a s s r a s r a s s m s c s a b e 0l d q m a b e lu d q m c l k o u tc l k s c k e c k e 圖2 4a d s p b f 5 3 3 與m t 4 8 l c 3 2 m 1 6 連接示意圖 2 3 3n a n df l a s h 接口電路設(shè)計 n a n df l a s h 具有體積小、容量大、讀寫速度快等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用于保存 系統(tǒng)程序和數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)采用三星公司的6 4 mn a n df l a s hk 9 f 1 2 0 8 u o d 作為系 統(tǒng)軟件和數(shù)據(jù)的存儲器。利用a d s p b f 5 3 3 的e b i u 接口配合p f 接口實(shí)行對 l o 基丁嵌入式l i n u x 的下載智能導(dǎo)航終端設(shè)計 k 9 f 1 2 0 8 u o d 的讀寫控制。k 9 f 1 2 0 8 u o d 的數(shù)據(jù)總線寬度為8 b i t 。a d s p b f 5 3 3 與 k 9 f 1 2 0 8 u o d 的連接如圖2 5 所示。 a d s p b f 5 3 3 k 9 fi2 0 8 u o d p f 8a l e p f 9 c l e p f l 0 c e p f l l r d y a r e r e w e a w e r 刀 卜、 i o 7 ：0 】 d 7 ：0 】 少 圖2 5a d s p b f 5 3 3 與k 9 f 12 0 8 u o d 的迎接 在硬件設(shè)計中，利用e b i u 接口與k 9 f 1 2 0 8 進(jìn)行連接，用p f 接口控制 n a n d f l a s h 的a l e 、c l e 、c e 、r d y 。k 9 f 1 2 0 8 為8 位總線接口方式，它的 控制時序與a d s p b f 5 3 3 的e b i u 接口不能完全匹配，為了能符合n a n df l a s h 的控制時序，利用p f 管腳作輔助控制，模擬出與n a n d f l a s h 匹配的時序。在 硬件設(shè)計中，利用0 歐姆跳線電阻保留了與總線的連接，以適應(yīng)與a d s p b f 5 3 3 時序匹配的大容量f l a s h 的應(yīng)用。 2 4 觸摸屏電路設(shè)計 系統(tǒng)觸摸屏采用3 5 寸四線電阻式觸摸屏( t p l 6 1 0 0 1 ) ，a d s 7 8 4 3 作為觸摸 屏控制器。a d s 7 8 4 3 是一個內(nèi)置1 2 位模數(shù)轉(zhuǎn)換、低導(dǎo)通電阻模擬開關(guān)的串行接 口芯片，供電電壓2 7 5 v ，參考電壓v r e f 為1 v - - + v c c ，轉(zhuǎn)換電壓的輸入范圍 為0 v r e f ，最高轉(zhuǎn)換速率為1 2 5 k h z 。轉(zhuǎn)換器有4 路模擬信號輸入通道和獨(dú)特的 在線低阻開關(guān)，它允許由未選中的輸入通道為外部線路提供電源和地?？窟@樣的 輸入結(jié)構(gòu)和參考電壓設(shè)定，a d s 7 8 4 3 能極大地消除內(nèi)部開關(guān)電阻帶來的轉(zhuǎn)換誤差 【i i 】 o 硬件連接方法為在x + 、x 和y + 、y - 之間橫排和豎排連接電阻式觸摸屏， a d s 7 8 4 3 中斷腳連c p l d 的i 0 上，c p l d 內(nèi)部中斷控制器統(tǒng)一管理中斷源，并 將中斷信號輸出端連接處理器p f 管腳，從而觸發(fā)p f 中斷。由于a d s p b f 5 3 3 處 理器的i o 資源比較緊張，處理器的i o 與s p i 設(shè)備的片選控制線是復(fù)用的，為 了節(jié)約i o 資源將所有的設(shè)備都掛在一個s p i 的片選線上，由c p l d 內(nèi)部s p i 片 選控制器分配給不同的設(shè)備。這樣達(dá)到了實(shí)現(xiàn)a d s p b f 5 3 3 處理器擴(kuò)展i o 資源 的目的。s p i 的其他信號線s p is c l k ，m o s i ，m i s o 等信號線為幾個設(shè)備共用。 第二章下載智能導(dǎo)航終端硬什設(shè)計 觸摸屏電路的連接如圖2 6 所示。 。 m i s o x + 一 m o s i 一 二x s p is c l k 二 一 觸摸屏 1 件 y 。d a t a d 7 ：d 0 】、 a d s 一 b f 5 3 3 a d d r a 1 9 ：a 1 5 卜 a d s 仆i t7 8 4 3 b 5 3 3 仆j t c p l d a d s _ s p l 蹬 s p i s s 一 圖2 6 觸摸屏連接示意圖 2 5g p s 模塊 本系統(tǒng)中g(shù) p s 定位模塊負(fù)責(zé)從g p s 衛(wèi)星接收經(jīng)緯度信息，并實(shí)時的將數(shù)據(jù) 通過u a r t 串口發(fā)送給處理器控制模塊，在設(shè)計過程中，通過分析和比較，我們 選用了臺灣h o l u x 公司的g r 8 5 串口g p s 接收器。在信號捕捉及信號精度方 面，g r 8 5 具有其獨(dú)特的優(yōu)勢。其信號重新捕捉時問只需要1 0 0 m s ，最快更新率 可達(dá)到1 s 。g r 8 5 接收模塊采用串行通信方式，其數(shù)據(jù)格式定義如下：9 6 0 0 b s ， 8 個數(shù)據(jù)位，1 個停止位，無極性輸出。g r 8 5 支持六種n m e a - - 0 1 8 3 協(xié)議信息： g g a 、g l l 、g s a 、g s v 、l 洲c 、v t g 。這六種信息的區(qū)別在于用戶所能接收到 的信息類型有所差別，例如在r m c 格式中有速度的信息，而在其他的格式中卻 沒利眩l 。設(shè)計者可以根據(jù)需要選擇響應(yīng)的信息格式，本設(shè)計利用r m c 格式。 2 5 1g p s 電路設(shè)計 g p s 接收可以與處理器通過串口進(jìn)行通信，所以，首先要解決處理器和接收 機(jī)的串口通信。在接收機(jī)和處理器的數(shù)據(jù)傳輸過程中，處理器的串行端口作為和 串行設(shè)備間的編碼轉(zhuǎn)換器，提供了處理器與接收機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸通道。g r 8 5 串行接口電路圖如圖2 7 所示。 1 2 基丁嵌入式l i n u x 的下載智能導(dǎo)航終端設(shè)計 l i 2 c i + v c c 1 9l i i i| | 0l u f 4 c l - v + 3 | 10l u r i i 5 c 2 - ol u f ik l| | 0l u f6 。，專璋 _ o 、 c 2 - 1 3 一卜 - - - - o t m 砒h l 一， g r i d站b 卜、l8 、，片r 勺 l ， 一_ 1 6 i 、辛 - - - - - or ) 毋 哼 1 5 ，1 1 ：r_ o 眺 5 、j t x ao v c c o 1 50 v c c 嫂 1 4 炭50 、，c c l ，一一， 、j 封 d 即爵函r 一 r e nl m l d f o r c e o f f f o r c e o n o h d v 2 5 2g p s 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 圖2 7 g r 8 5 接口電路圖 g p s 接收機(jī)發(fā)送到計算機(jī)的數(shù)據(jù)主要由幀頭、幀尾和幀內(nèi)數(shù)據(jù)組成，幀頭主 要有“g p g g a ”、“g p g s a ”、“g p g s v ”和“g p r m c ”等。這些幀頭標(biāo)識了后續(xù)幀內(nèi) 數(shù)據(jù)的組成結(jié)構(gòu)，各幀均以回車符和換行符作為幀尾標(biāo)識一幀的結(jié)束。對于通常 的情況，我們所關(guān)心的定位數(shù)據(jù)如經(jīng)緯度、速度、時問等均可以從“g p r m c ”幀中 獲取得到，該幀的結(jié)構(gòu)及各字段字符釋義如下： $ g p r m c ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， * h h 當(dāng)前位置的格林尼治時間，格式為h h m m s s 。 狀態(tài)，a 為有效位置，v 為非有效接收警告，即當(dāng)前天線視野上方的衛(wèi) 星個數(shù)少于3 顆。 緯度，格式為d d m m m m m m 。 標(biāo)明南北半球，n 為北半球、s 為南半球。 經(jīng)度，格式為d d m m m m m m 。 標(biāo)明東西半球，e 為東半球、w 為西半球。 地面上的速度，范圍為0 0 到9 9 9 9 。 方位角，范圍為0 0 0 0 到3 5 9 9 度。 日期，格式為d d m m y y 。 地磁變化，從0 0 0 0 到1 8 0 0 度。 地磁變化方向，為e 或w 。 至于其他幾種幀格式，除了特殊用途外，平時并不常用，雖然接收機(jī)也在源 源不斷地向主機(jī)發(fā)送各種數(shù)據(jù)幀，但在處理時一般先通過對幀頭的判斷而只對 “$ g p r m c ”幀進(jìn)行數(shù)據(jù)的提取處理。如果情況特殊，需要從其他幀獲取數(shù)據(jù)，處 理方法與之也是完全類似的。 第三章車載智能導(dǎo)航終端軟件平臺搭建 1 3 第三章車載智能導(dǎo)航終端軟件平臺搭建 本章主要介紹搭建車載智能導(dǎo)航終端軟件平臺的相關(guān)內(nèi)容，包括交叉開發(fā)環(huán) 境的建立、u - b o o t 的移植以及u c l i n u x 的移植等內(nèi)容。 3 1 建立交叉編譯環(huán)境 由于受到嵌入式系統(tǒng)資源所限，比如b f 5 3 3 e z k i t 系統(tǒng)只有2 m 的n o r f l a s h 和3 2 m 的s d r a m 空間，a d s p b f 5 3 3 的工作頻率在6 0 0 m 左右，而一 般的編譯工具鏈( c o m p i l a t i o n t o o lc h a i n ) 需要很大的存儲空間，并需要很強(qiáng)的c p u 運(yùn)算能力。為了解決這個問題，交叉編譯工具就應(yīng)運(yùn)而生了。通過交叉編譯工具， 我們就可以在c p u 能力很強(qiáng)、存儲空間足夠的主機(jī)平臺上( 比如p c 上) 編譯出 針對其它平臺的可執(zhí)行程序。 首先，我們需要在p c 機(jī)上安裝進(jìn)行嵌入式開發(fā)的操作系統(tǒng)，我選擇了r e dh a t e m e r p f i s el i n u x4 6 。通常用h o s t 表示i n t e lx 8 6 架構(gòu)的p c 主機(jī)，而用t a r g e t 表 示目標(biāo)平臺，圖3 1 即s s k 系統(tǒng)平臺開發(fā)的交叉編譯硬件示意圖。 p c 機(jī)( h o s t ) 圖3 1 交叉編譯硬件示意圖 交叉編譯工具主要由b i n u t i l s 、g c e 、g l i b c 和g d b 幾個部分組成。各部分的功 能如表3 1 所示。有時出于減小l i b c 庫的大小考慮，也可以用別的c 庫來代替g l i b c ， 例如u c l i b c 、d i e t l i b c 和n e w l i b 。 建立一個交叉編譯工具鏈?zhǔn)且粋€相當(dāng)復(fù)雜的過程，不過b l a c k f i nu e l i n u x 網(wǎng)站 上提供了編譯好的交叉編譯工具鏈，我們只需要在其提供的多個版本文件中選擇 安裝即可，一般需要2 個安裝文件：一個工具鏈版本文件和一個u c l i b c 版本文件。 我們選擇b l a c k f i n t o o l c h a i n - 0 8 r 1 8 i 3 8 6 r p m 和b l a c k f i n t o o l c h a i n u d i b c d e f a u l t 一0 8 r 1 8 i 3 8 6 r p m 。安裝命令如下： r p m - u v hb l a c k f i n - t o o l e h a i n 0 8 r l - 8 i 3 8 6 r p m r p m - u v hb l a c l f f m - t o o l c h a i n - u c l i b c m e f a u l t - 0 8 r 1 8 i 3 8 6 r p m 1 4 基丁嗷入式l i n u x 的幣載智能導(dǎo)航終端設(shè)計 表3 1 交義編澤：具鏈組成說明 名稱說明 用丁操作_ 二進(jìn)制文件的使剛程序集合，它1 i j 包括諸如a r 、a 8 、o b j d u m p 、 b i n u t i l s o b j c o p y 這樣的使剛程序。 g c c 編譯器。 所有用戶應(yīng)用程序都將鏈接劍的精簡的c 庫，避免使圳任何c 庫函數(shù)的 u c l i b c 內(nèi)核和其他應(yīng)州程序，可以在沒有該庫的情況- 卜- 進(jìn)行編譯。 g d b 調(diào)試軟什程序的i ：具。 這樣就將交叉編譯工具安裝在o p t u c l i n u x 目錄下面了。在這個目錄下面，還 會看到許多可能用到的二進(jìn)制工具，例如：b f i n u c l i n u x a r 、b f i n u c l i n u x 1 d 、 b f i n u c l i n u x a s 、b f i n u c l i n u x n n l 、b f i n u c l i n u x g c c 等等。 安裝完交叉編譯工具鏈后，需要修改環(huán)境變量p a h t ，使其包含b l a c k f i n 工 具鏈的安裝目錄。我的工具鏈安裝在默認(rèn)路徑( o p t u c l i n u x 廠b f i n u c l i n u x b i na n