嵌入式系統(tǒng)在車輛導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用綜述

1、嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用學(xué)生姓名學(xué)號(hào)所屬學(xué)院專 業(yè) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)班級(jí)2017 屆結(jié)課論文塔里木大學(xué)教務(wù)處制塔里木大學(xué)課程論文目錄摘要 . 11.嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展領(lǐng)域 . 22.嵌入式系統(tǒng)在車輛導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)中的發(fā)展 . . 33.系統(tǒng)的總體方案 . 43.1相關(guān)技術(shù)介紹 . 43.2系統(tǒng)的組成 . 73.3車載監(jiān)控終端 . 93.3.1硬件部分功能 . 93.3.2軟件部分功能 . 94.系統(tǒng)軟件組成 . 104.1Windows CE 開發(fā)環(huán)境的建立 . 104.2Windows CE 平臺(tái)的定制移植 . 114.2.1平臺(tái)配置 . 124.2.2修改平臺(tái) . 134.2.3生成操作系統(tǒng)鏡像

2、. 144.2.4輸出平臺(tái) SDK. 144.3 Windows CE 平臺(tái)應(yīng)用程序開發(fā)工具選擇 . . 155.系統(tǒng)硬件組成 . 155.1硬件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) . 155.2核心板 . 165.3主板各主要模塊設(shè)計(jì) . 186.小結(jié) . 227.心得體會(huì) . 22參考文獻(xiàn) . 23塔里木大學(xué)課程論文嵌入式系統(tǒng)在車輛導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用摘 要 嵌入式系統(tǒng) (Embedded System)是一種包括硬件和軟件的完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)， 它 的定義是： “嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可剪裁， 適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積和功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 ” 嵌入

3、式系統(tǒng)所用的計(jì)算機(jī)是嵌入到被控對(duì)象中的專用微處理器，但是功能比通用計(jì)算 機(jī)專門化，具有通用計(jì)算機(jī)所不能具備的針對(duì)某個(gè)方面特別設(shè)計(jì)的、合適的運(yùn)算速度、 高可靠性和較低比較成本的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式 GIS 系統(tǒng)是目前 GPS定位系統(tǒng)應(yīng)用的一個(gè)熱點(diǎn)，發(fā)展十分迅速。盡管它的 發(fā)展歷史不長， 但是己經(jīng)引起各方面的廣泛關(guān)注， 有著巨大的市場潛力。 以嵌入式 GIS 系統(tǒng)為核心的智能交通系統(tǒng) (ITS) 可以廣泛應(yīng)用于交通調(diào)度管理，車輛防盜，物流運(yùn)輸 等方面，可以大大提高交通使用率，緩解道路交通擁擠的難題，為國家節(jié)約資源，為 企業(yè)降低成本。關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng) 微處理器 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 嵌入式 GIS 系統(tǒng)第

4、 1 頁 共 23 頁塔里木大學(xué)課程論文1.嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展領(lǐng)域1工業(yè)控制：基于嵌入式芯片的工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備將獲得長足的發(fā)展，目前已經(jīng)有 大量的 8、16、32 位嵌入式微控制器在應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)化是提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、 減少人力資源主要途徑，如工業(yè)過程控制、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)安全、石油化工系統(tǒng)。2交通管理：在車輛導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測與汽車服務(wù)方面，嵌入式系統(tǒng)技 術(shù)已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用， 內(nèi)嵌 GPS模塊，GSM模塊的移動(dòng)定位終端已經(jīng)在各種運(yùn)輸行 業(yè)獲得了成功的使用。目前 GPS設(shè)備已經(jīng)從尖端產(chǎn)品進(jìn)入了普通百姓的家庭，只需要 幾千元，就可以隨時(shí)隨地找到你的位置。3信息家電：這將稱為嵌入式系統(tǒng)最大

5、的應(yīng)用領(lǐng)域，冰箱、空調(diào)等的網(wǎng)絡(luò)化、智 能化將引領(lǐng)人們的生活步入一個(gè)嶄新的空間。即使你不在家里，也可以通過電話線、 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。在這些設(shè)備中，嵌入式系統(tǒng)將大有用武之地。4家庭智能管理系統(tǒng)：水、電、煤氣表的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表，安全防火、防盜系統(tǒng)， 其中嵌有的專用控制芯片將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工檢查，并實(shí)現(xiàn)更高，更準(zhǔn)確和更安全的性 能。目前在服務(wù)領(lǐng)域，如遠(yuǎn)程點(diǎn)菜器等已經(jīng)體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)勢。5POS網(wǎng)絡(luò)及電子商務(wù)： 公共交通無接觸智能卡發(fā)行系統(tǒng)， 公共電話卡發(fā)行系統(tǒng)， 自動(dòng)售貨機(jī)，各種智能 ATM終端將全面走入人們的生活。6. 環(huán)境工程與自然：水文資料實(shí)時(shí)監(jiān)測，防洪體系及水土質(zhì)量監(jiān)測、堤壩安全， 地震監(jiān)測

6、網(wǎng)，實(shí)時(shí)氣象信息網(wǎng)，水源和空氣污染監(jiān)測。在很多環(huán)境惡劣，地況復(fù)雜的 地區(qū)，嵌入式系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)無人監(jiān)測。第 2 頁 共 23 頁塔里木大學(xué)課程論文這些應(yīng)用中，可以著重于在控制方面的應(yīng)用。就遠(yuǎn)程家電控制而言，除了開發(fā)出 支持 TCP/IP 的嵌入式系統(tǒng)之外，家電產(chǎn)品控制協(xié)議也需要制訂和統(tǒng)一，這需要家電生 產(chǎn)廠家來做。同樣的道理，所有基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制器件都需要與嵌入式系統(tǒng)之間實(shí) 現(xiàn)接口，然后再由嵌入式系統(tǒng)來控制并通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)控制。所以，開發(fā)和探討嵌入式 系統(tǒng)有著十分重要的意義。2.嵌入式系統(tǒng)在車輛導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)中的發(fā)展現(xiàn)在我國的車輛導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)主要是建立在 GPS/GSM/GPR/CD技MA術(shù)整合與運(yùn)

7、用的 基礎(chǔ)上，這種科學(xué)的管理手段必然會(huì)在將來在各個(gè)地方各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的運(yùn)用。近 年來 GPS的行業(yè)應(yīng)用快速發(fā)展，呈現(xiàn)出與業(yè)務(wù)結(jié)合、多樣化發(fā)展的特征。車輛導(dǎo)航監(jiān) 控系統(tǒng)方面的研發(fā)，為提高各運(yùn)輸企業(yè)運(yùn)營管理效率提供了強(qiáng)有力的保障。主要對(duì)車 輛導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)中車載終端硬件平臺(tái)搭建，軟件開發(fā)環(huán)境搭建，車載終端與監(jiān)控中心 通信，車載終端客戶端與監(jiān)控中心服務(wù)器應(yīng)用程序等進(jìn)行了設(shè)計(jì)和闡述，實(shí)現(xiàn)了車輛 導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能。車輛導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)由基于嵌入式車載導(dǎo)航終端設(shè)計(jì)和監(jiān)控中心上位機(jī)平臺(tái) 設(shè)計(jì)兩大部分組成。 嵌入式車載導(dǎo)航終端完成的主要功能包括 : 通過 GPS模塊接收衛(wèi)星 信號(hào); 對(duì)接收到的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)

8、行處理實(shí)現(xiàn)車輛的實(shí)時(shí)定位 ;通過運(yùn)行相應(yīng)的地圖軟件對(duì) 車輛進(jìn)行導(dǎo)航 ;通過 GPRS無線通訊模塊向監(jiān)控中心上位機(jī)發(fā)送車輛實(shí)時(shí)信息 ;接收上位 機(jī)下傳的管理信息，實(shí)現(xiàn)接打電話收發(fā)短信的功能。監(jiān)控中心上位機(jī)平臺(tái)主要功能包 括:接收嵌入式車載導(dǎo)航終端上傳的車輛信息 ; 對(duì)相關(guān)車輛的位置信息實(shí)時(shí)顯示 ; 對(duì)相 關(guān)車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和管理 ; 通過數(shù)據(jù)庫對(duì)重要信息進(jìn)行存儲(chǔ)。第 3 頁 共 23 頁塔里木大學(xué)課程論文3.系統(tǒng)的總體方案3.1相關(guān)技術(shù)介紹(1)GPS技術(shù)GPS即全球定位系統(tǒng) (Global Positioning System)是美國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是在子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的

9、，是美國從20世紀(jì) 70 年代開始研制，歷時(shí) 20 年，耗資 200億美元，于 1994年全面建成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí) 時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。空間衛(wèi)星部分 : 在飛越注入站上空時(shí)， 接收由地面注入站用 S波段發(fā)送到衛(wèi)星的導(dǎo) 航電文和其他相關(guān)信息，并通過 GPS信號(hào)形成電路適時(shí)地發(fā)送給廣大用戶。地面控制部分 :由 1個(gè)主控站、 3個(gè)注入站和 5個(gè)監(jiān)測站組成。主要用來測量和計(jì) 算每顆衛(wèi)星的星歷，編輯成電文發(fā)送給衛(wèi)星，即衛(wèi)星所提供的廣播星歷。用戶接收部分 :GPS接收機(jī)的基本構(gòu)成如圖 1 所示。它主要由天線單元和接收單元 兩部分組成。主要是用來接收 GPS信號(hào)，并

10、對(duì)其進(jìn)行變換、放大和處理，解譯出 GPS 衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)地計(jì)算出測站的三維位置，甚至三維速度和時(shí)間。GPS主要特點(diǎn)全球覆蓋連續(xù)導(dǎo)航定位。由于 GPS衛(wèi)星數(shù)目較多且分布合理，所以地球上任何地 點(diǎn)均可連續(xù)同步地觀測到至少 4 顆衛(wèi)星，從而保障了全球、全天候連續(xù)實(shí)時(shí)定位需要。 實(shí)時(shí)定位速度快。利用 GPS技術(shù)一次定位和測速工作在一秒至數(shù)秒內(nèi)便可完成，現(xiàn)在 最快的 GPS接收機(jī)一次定位時(shí)為半秒鐘。第 4 頁 共 23 頁塔里木大學(xué)課程論文抗干擾性好、保密性強(qiáng)。由于 GPS系統(tǒng)采用了偽隨機(jī)噪聲碼技術(shù)，因而 GPS衛(wèi)星 所發(fā)送的信號(hào)具有良好的抗干擾性和保密性。 功能多，精度高。 GPS可為各類

11、用戶連續(xù) 地提供動(dòng)態(tài)目標(biāo)的三維位置、三維速度和時(shí)間信息。圖 1 GPS 接收機(jī)的基本構(gòu)成GPS定位原理GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置作為己知的起算數(shù)據(jù)， 采用空 間距離后方交會(huì)的方法，確定待測點(diǎn)的位置。(2) GIS 技術(shù)地理信息系統(tǒng) (Geographical Information System ，簡稱 GIS) ，是 20世紀(jì) 60 年 代開始迅速發(fā)展起來的地理學(xué)研究技術(shù)，是隨著地理科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、遙感技術(shù)和 信息科學(xué)的發(fā)展而發(fā)展起來多種學(xué)科交叉的產(chǎn)物。 地理信息系統(tǒng) (GIS) 就是一種利用計(jì) 算機(jī)對(duì)有關(guān)地理、空間位置的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、查詢和顯示的計(jì)算機(jī)支持

12、系 統(tǒng)。第 5 頁 共 23 頁塔里木大學(xué)課程論文以地理研究和地理決策為目的，以地理模型方法為手段，具有空間分析、多要素 綜合分析和動(dòng)態(tài)預(yù)測的能力， 并能產(chǎn)生高層次的地理信息 ; 由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持進(jìn)行空間 地理數(shù)據(jù)管理，并由計(jì)算機(jī)程序模擬常規(guī)的或?qū)ｉT的地理分析方法，作用于空間數(shù)據(jù)， 產(chǎn)生有用信息，完成人類難以完成的任務(wù)。(3) GPRS技術(shù)因?yàn)檐囕d終端不可能利用有線方式與外界進(jìn)行通信， 必須要使用一種便捷的方式， 而 GPRS是目前階段解決移動(dòng)通信信息服務(wù)的一種較完美方案。GPRS簡介GPRS(General Packet Radio Service) 為通用分組無線業(yè)務(wù)的簡稱，是歐洲電信 協(xié)

13、會(huì) GSM系統(tǒng)中有關(guān)分組數(shù)據(jù)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。是一種基于 GSM系統(tǒng)的無線分組交換技 術(shù)，提供端到端的、廣域的無線 IP 連接。GPRS充分利用共享無線信道，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)終端 的高速、遠(yuǎn)程接入。作為現(xiàn)有 GSM網(wǎng)絡(luò)向第三代移動(dòng)通信演變的過渡技術(shù) (2.5G) ，目 前通過升級(jí) GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，采用 TDMA方式傳輸話音，采用分組方式傳輸數(shù)據(jù)GPRS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)GPRS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。它是在 GSM基礎(chǔ)上引入三個(gè)關(guān)鍵組件組成 :SGSN服( 務(wù) GPRS支持節(jié)點(diǎn)) 、GGSN網(wǎng)( 關(guān) GPRS支持節(jié)點(diǎn))和PCU(分組控制單元 )。GSN 是 GPRS骨干無線接入網(wǎng)的接口，它將分組交換到正確的基站子

14、系統(tǒng) (BSS) 其任務(wù)包括 提供對(duì)移動(dòng)臺(tái)的加密、認(rèn)證、會(huì)話管理、移動(dòng)管理和邏輯鏈路管理，它也提供到 HLU等數(shù)據(jù)的連接。第 6 頁 共 23 頁圖 2 GPRS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)GGSN是外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)或分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)與 GPRS核心網(wǎng)之間的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)， 如果外 部網(wǎng)絡(luò) IP 網(wǎng)， GPRS可以看成一個(gè)普通的 IP 路由器，它服務(wù)于移動(dòng)臺(tái)的所有 IP 地址， 該節(jié)點(diǎn)可以包括防火墻和分組過濾機(jī)制，另外， GGSN根據(jù)移動(dòng)臺(tái)的位置，為其指定一 個(gè) SGSN的接口。3.2系統(tǒng)的組成可視化實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)由車載監(jiān)控終端、無線通信網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控中心三部分組成。系 統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。(1)車載監(jiān)控終端車載監(jiān)控終端是

15、整個(gè)系統(tǒng)的核心，主要分布在各個(gè)執(zhí)法車輛上，提供給用戶一個(gè) 簡單的操作界面，以便進(jìn)行電子地圖顯示、地理信息查詢、實(shí)時(shí)位置顯示、最優(yōu)路徑 選擇等。同時(shí)負(fù)責(zé)接收 GPS衛(wèi)星定位信息并解算出車輛的位置、速度等信息 ; 采集有關(guān) 車輛狀態(tài)信息、報(bào)警信息的數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)通過 GPRS無線網(wǎng)絡(luò)，按照通信協(xié)議， 傳送到監(jiān)控中心 ;接收并執(zhí)行來自監(jiān)控中心的命令等 ; 同時(shí)還應(yīng)具有防盜、報(bào)警、遠(yuǎn)程 塔里木大學(xué)課程論文控制等功能。第 7 頁 共 23 頁塔里木大學(xué)課程論文圖 3 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)(2)無線通信網(wǎng)絡(luò)無線通信網(wǎng)絡(luò)是連接車載終端與監(jiān)控中心的紐帶，是組成整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵。為了 能保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確和通信系

16、統(tǒng)覆蓋范圍的廣泛，并考慮到城市電磁環(huán)境的影 響，本系統(tǒng)采用了 GPRS無線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。(3)監(jiān)控中心監(jiān)控中心由監(jiān)控計(jì)算機(jī)和監(jiān)控軟件組成。監(jiān)控中心平臺(tái)是以電子地圖為基礎(chǔ)對(duì)數(shù) 據(jù)庫的監(jiān)視和控制的操作平臺(tái)，具有很方便的信息數(shù)據(jù)庫和電子地圖操作功能。監(jiān)控 計(jì)算機(jī)是一臺(tái)具有固定 IP 地址的主機(jī)，可接入 Internet 等外部數(shù)據(jù)網(wǎng)。監(jiān)控中心接 收車載終端上傳的車輛位置、狀態(tài)等信息，進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理后，與監(jiān)控計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)上的 GIS 電子地圖進(jìn)行匹配，并根據(jù)需要在電子地圖上實(shí)時(shí)顯示車輛位置、狀態(tài) 等信息。第 8 頁 共 23 頁塔里木大學(xué)課程論文3.3車載監(jiān)控終端車載終端主要分為硬件與軟件兩大部

17、分，其結(jié)構(gòu)如圖 4 所示圖 4 車載終端結(jié)構(gòu)3.3.1硬件部分功能(1)車載計(jì)算機(jī) : 是車載終端的核心部件， 主要負(fù)責(zé)與 GPS模塊、GPRS模塊的通信， 提供人機(jī)交互的接口 LCD顯示屏及觸摸屏，同時(shí)支撐嵌入式操作系統(tǒng)所需的底層硬件 資源和相關(guān)的硬件部件。(2)GPS模塊: 主要接收 GPS定位導(dǎo)航信息，提供車輛的位置、速度、時(shí)間等信息。(3)GPRS 模塊: 主要負(fù)責(zé)與監(jiān)控中心的通信。(4)LCD 顯示屏及觸摸屏 :主要是提供人機(jī)交互的平臺(tái)，通過 LCD顯示屏提供給用 戶一個(gè)簡單的友好的界面，觸摸屏負(fù)責(zé)給計(jì)算機(jī)提供用戶的輸入命令等。3.3.2軟件部分功能(1)嵌入式操作系統(tǒng) : 主要用于

18、對(duì)終端的硬件資源進(jìn)行統(tǒng)一管理及調(diào)度，為系統(tǒng)的 應(yīng)用軟件提供一個(gè)良好的開發(fā)環(huán)境 ; 為嵌入式地理信息系統(tǒng) (Embedded GIS) 提供一個(gè)軟 件平臺(tái): 提高系統(tǒng)的開發(fā)效率。第 9 頁 共 23 頁塔里木大學(xué)課程論文(2)地理信息系統(tǒng) : 包含以規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)化格式存儲(chǔ)的電子地圖以及與地圖有關(guān)的信 息數(shù)據(jù)，能夠提供地圖與信息數(shù)據(jù)的查詢、顯示、瀏覽等服務(wù)，支持應(yīng)用程序的調(diào)用。(3)操作界面 :是用戶與終端的人機(jī)交互接口，用于接受用戶的操作指令，把電子 地圖、定位信息、行駛路線等以直觀的顯示給用戶，并能在電子地圖上實(shí)時(shí)提供車輛 的位置。(4)路徑規(guī)劃 :即按一定的條件 (如最短行車距離或時(shí)間 )快速

19、生成從出發(fā)點(diǎn)到目的 地的最佳行車路線供駕駛員參考。如果能獲取實(shí)時(shí)的交通信息，還能對(duì)行駛的路線作 及時(shí)調(diào)整以適應(yīng)當(dāng)前交通狀況。(5)定位導(dǎo)航 :利用電子地圖中的道路信息數(shù)據(jù)對(duì) GPS原始的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)修 正，將車輛位置匹配到合適的道路上，同時(shí)將匹配的結(jié)果顯示到電子地圖。(6)信息查詢 : 對(duì)用戶感興趣的目標(biāo)查詢， 并將查詢的結(jié)果以醒目的方式顯示出來。4.系統(tǒng)軟件組成4. 1 Wind ows CE 開發(fā)環(huán)境的建立(1) 宿主機(jī)硬件平臺(tái)嵌入式系統(tǒng)是先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)以及各種具體應(yīng)用相結(jié) 合的產(chǎn)物，是不斷創(chuàng)新的新型集成知識(shí)系統(tǒng)。由于嵌入式系統(tǒng)資源受限，嵌入式系統(tǒng) 的開發(fā)一般采

20、用宿主機(jī) / 目標(biāo)機(jī)模式，經(jīng)交叉編譯生成目標(biāo)平臺(tái)上可運(yùn)行的二進(jìn)制文 件，最后下載到目標(biāo)平臺(tái)運(yùn)行。在進(jìn)行嵌入式開發(fā)前，首先應(yīng)建立和配置好交叉開發(fā) 環(huán)境。配置和調(diào)試 Windows CE需要一臺(tái)高性能開發(fā)工作站和一臺(tái)目標(biāo)調(diào)試設(shè)備。第 10 頁 共 23 頁塔里木大學(xué)課程論文(2) Microsoft Platform Builder 簡介Microsoft Platform Builder(以下簡稱 PB)是微軟的一個(gè)定制基于 WindowsCE.net 操作系統(tǒng)的嵌入式平臺(tái)的集成開發(fā)環(huán)境，如圖 4.2 所示。它提供了供開發(fā)人員 快速建立基于 Windows CE.net 的嵌入式系統(tǒng)所需的各種工

21、具。它運(yùn)行在桌面 Windows 下，開發(fā)人員可以通過交互式的環(huán)境來設(shè)計(jì)和定制內(nèi)核、選擇系統(tǒng)特性，然后進(jìn)行編 譯和調(diào)試。同時(shí)，開發(fā)人員可以利用 PB來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)和應(yīng)用程序項(xiàng)目的開發(fā)等。與其他微軟開發(fā)工具相似，它包含工作空間 (Workspace) ，特性目錄區(qū) (Catalog) ， 調(diào)試窗口價(jià) ebug Window)和程序編輯窗口 (Edit Window)。在工作空間可以查看所定制 WindowsC E操作系統(tǒng)所包含的組件， 在這里可以為項(xiàng)目添加所需的組件 ; 在編輯窗口可 以修改或者編寫相應(yīng)的程序，調(diào)試窗口可以反饋調(diào)試過程或編譯過程中的信息。4. 2 Wind ows CE 平臺(tái)

22、的定制移植Windows CE操作系統(tǒng)是基于組件模型的，它由一些基本的操作系統(tǒng)函數(shù)和可選函 數(shù)組成。基本函數(shù)應(yīng)該適合每一個(gè)使用 Windows CE操作系統(tǒng)的硬件，可選函數(shù)則可以 依據(jù)硬件條件進(jìn)行選擇搭建基于 Windows CE操作系統(tǒng)的平臺(tái)需要完成以下主要工作 :導(dǎo)入和硬件平臺(tái)相關(guān)的 .cec 文件;利用標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)向?qū)В鶕?jù) Windows CE的架構(gòu)創(chuàng) 建一個(gè)平臺(tái) ; 為特定的目標(biāo)設(shè)備創(chuàng)建一個(gè)自引導(dǎo)程序和板級(jí)支持包 (Board Suport Package);加入 BSP文件編譯操作系統(tǒng)鏡像文件， 通過以太網(wǎng)將鏡像文件下載到目標(biāo)設(shè) 備，并調(diào)試平臺(tái) ; 平臺(tái)搭建并調(diào)試成功，為平臺(tái)應(yīng)用程序開

23、發(fā)者導(dǎo)出軟件開發(fā)工具包 (SD 殉。使用 PB集成開發(fā)環(huán)境搭建 Windows CE操作系統(tǒng)的平臺(tái)的過程如圖 6 所示。第 11 頁 共 23 頁塔里木大學(xué)課程論文圖 6 定制 Windows CE 操作系統(tǒng)的過程4.2.1 平臺(tái) 配置包括兩部分 : 系統(tǒng)配置和平臺(tái) BSP配置，即選擇操作系統(tǒng)的基本配置。并為特定的 平臺(tái)選擇相應(yīng)的微處理器和板級(jí)支持包 BSP(Board Support Packet) ，導(dǎo)入和硬件平臺(tái) 相關(guān)的 .cec 文件。Windows CE.net 操作系統(tǒng)核心代碼。 sdk 下按照平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)存放各種開發(fā)工具，例如編譯器等。 others 的內(nèi)容包括 MFC, ATL

24、的共享代碼、庫文件及 .net 的共享庫等。這一步如果要深入，還有很多細(xì)節(jié)工作要做。大體上需要在 public 目錄生成自己 的操作系統(tǒng)配置包、 platform 目錄中生成自己的平臺(tái)硬件目錄，當(dāng)然可以先拷貝 Microsoft 提供的樣板，然后進(jìn)行修改。第 12 頁 共 23 頁塔里木大學(xué)課程論文4.2.2修改平臺(tái)這一步充分體現(xiàn)了 Windows CE的模塊化特征。如圖 4.3 所示，該步的工作主要包 括開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序、創(chuàng)建或添加用戶特性以及修改配置文件。在 PB中，定制平臺(tái)系統(tǒng)的構(gòu)成以模塊的方式進(jìn)行管理，包括驅(qū)動(dòng)程序，用戶可以 從開發(fā)機(jī)已安裝的模塊集中添加所需的模塊，模塊集以 CEC文件的形

25、式存在。 PB集成 開發(fā)環(huán)境的兩個(gè)工作區(qū) :workspace 和 catalog ，分別以直觀的方式顯示開發(fā)人員已經(jīng) 選定的特性列表和操作系統(tǒng)可選特性的一個(gè)集合。該步驟需要修改的配置文件包括 :bib 文件、 reg 文件、 dat 文件、 db 文件，它們 都可以用文本編輯器訪問。若主文件名為 Commo，n 表示是通用配置文件，若主文件名 為 Platform ，表示是某一個(gè) BSP的配置文件，若主文件名是 Project ，表示是所定制 平臺(tái)的配置文件。修改配置文件可裁減優(yōu)化 WinCE，用戶根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建自己的配置文件。bib 文件定義了包含在內(nèi)核鏡像中的文件和模塊的名稱、加載位置，主

26、要的 bib 文件有 Common.bib, Config.bib, , Platform.bib等。 reg 注冊(cè)表文件建立操作系統(tǒng)映象的注冊(cè)表入口，注冊(cè)表存儲(chǔ)了包括應(yīng)用程序信息、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的配置、系統(tǒng)配 置信息和用戶參數(shù)等。 Platform.reg 配置與平臺(tái)有關(guān)的注冊(cè)表信息，如設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 入口， Project.reg 設(shè)置與工程有關(guān)的注冊(cè)表項(xiàng)。 db 文件是 WinCE提供內(nèi)置的輕量級(jí) 數(shù)據(jù)庫管理文件，其屬性數(shù)據(jù)庫由一張記錄表組成，每個(gè)記錄包含不同的屬性信息 : 標(biāo) 志屬性的 ID 號(hào)、類型和值。使用 ADOCE可以容易的訪問屬性數(shù)據(jù)庫，還可使用 SQL語 句查詢信息。 dat

27、文件中安排了最終操作系統(tǒng)中文件系統(tǒng)的目錄結(jié)構(gòu)， 它定義了目錄和 指定文件位置，當(dāng)冷啟動(dòng) CE時(shí)， filesys.exe 用這些數(shù)據(jù)創(chuàng)建目錄、快捷方式。第 13 頁 共 23 頁塔里木大學(xué)課程論文4.2.3生成操作系統(tǒng)鏡像當(dāng)前兩步準(zhǔn)備就緒后，就可以生成操作系統(tǒng)鏡像文件，然后下載到目標(biāo)機(jī)。下載 可以通過串口、并口或網(wǎng)線，具體可以設(shè)置 PB開發(fā)環(huán)境和目標(biāo)機(jī)。當(dāng)開發(fā)機(jī) PB環(huán)境 中己準(zhǔn)備下載操作系統(tǒng)鏡像，目標(biāo)機(jī)啟動(dòng)程序就可以將該鏡像下載到目標(biāo)機(jī)。本文采 用網(wǎng)線進(jìn)行下載。下載完畢，如果正常的話， PB中設(shè)置的遠(yuǎn)程服務(wù)也會(huì)啟動(dòng)起來， 如:TargetControl (CES 均、 Target Mess

28、ages (CETerm), Debugger 和 Data Visualization Tools 等。此時(shí)，PB中就可以控制目標(biāo)機(jī)中運(yùn)行的系統(tǒng)，查看、啟動(dòng)或關(guān)閉進(jìn)程等等。同時(shí)， PB還提供一系列遠(yuǎn)程控制工具對(duì)目標(biāo)機(jī)中運(yùn)行的系統(tǒng)進(jìn)行配置，遠(yuǎn)程調(diào)試器可以很方 便對(duì)目標(biāo)機(jī)中運(yùn)行的程序進(jìn)行調(diào)試。由于根據(jù)開發(fā)的需要，目標(biāo)機(jī)可能要不斷更換， 而且目標(biāo)設(shè)備和開發(fā)用的目乒機(jī)硬件配置肯定不一樣。在這樣的情況下，如果新的目 標(biāo)機(jī)采用不同的硬件體系結(jié)構(gòu)，可能會(huì)需要開發(fā) OEM適配層(OAL), BSP或 BootLoader 以支持目標(biāo)機(jī)的啟動(dòng)下載。不過，一般的系統(tǒng)開發(fā)往往都是以開發(fā)基于Windows CE的軟

29、件為重點(diǎn)，因此，在選擇目標(biāo)設(shè)備時(shí)盡量采用 PB直接支持的硬件體系結(jié)構(gòu)，如果不 能避免， OEM廠商往往會(huì)提供 Windows CE的這些硬件支持包。4.2.4輸出平臺(tái) SDK前面的工作主要是為了定制能在目標(biāo)機(jī)上正確運(yùn)行的Windows CE操作系統(tǒng)，這是個(gè)不斷修改、調(diào)試、再修改調(diào)試的反反復(fù)復(fù)的過程。如果最終的Windows CE操作系統(tǒng)符合要求，用戶準(zhǔn)備在此操作系統(tǒng)之上開發(fā)應(yīng)用的話，就可以輸出適合該平臺(tái)的 SDKo 這樣做的目的是為了方便編寫應(yīng)用程序。 生成的 SDK很容易安裝到其他的編輯器上面。第 14 頁 共 23 頁塔里木大學(xué)課程論文例如，可以把自己生成的 SDK安裝到 EVC下面，這樣

30、當(dāng)需要新建一個(gè)工程時(shí)，定 制的 SDK就會(huì)出現(xiàn)在選擇畫面中。4.3 Wind ows CE 平臺(tái)應(yīng)用程序開發(fā)工具選擇在.NET技術(shù)出現(xiàn)之前，微軟為 Windows CE.net 提供了兩個(gè)開發(fā)工具，分別是Embedded Visual C+和 Embedded Visual Basic ，使用的計(jì)算機(jī)語言分別為 C+和 BASIC。在.NET 出現(xiàn)之后，微軟又推出了 Visual Studio.NET（ 簡稱 VS.NET）開發(fā)工具集， 還在其中新加入了 C#語言。雖然可供選擇的開發(fā)工具更多了，并且 VS.NET使 WindowsCE.net 下軟件開發(fā)變得更容易，但是 EVC仍然是廣大軟件開

31、發(fā)者的首選。5.系統(tǒng)硬件組成5.1 硬件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)一般嵌入式設(shè)備的硬件架構(gòu)都是以嵌入式微處理器為核心，通過處理器接口擴(kuò)展 以及平臺(tái)硬件的支持，把眾多的外設(shè)單元集成進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)中，并通過CPLD等邏輯轉(zhuǎn)換器件和其它硬件電路完成對(duì)外設(shè)模塊進(jìn)行讀寫和控制操作的支持，圖 7 是硬件系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)框圖。本系統(tǒng)采用核心板和底板的設(shè)計(jì)方案，核心板和底板采用兩個(gè)160PIN 連接器連接。在核心板上主要資源有基于 Intel XScale 架構(gòu)內(nèi)核的嵌入式處理器 PXA270 64MB SDRAM, 32MB Nor Flash及電源管理模塊。底板上集成了車載終端所需的各接口 部件，包括 lOM/100M以太網(wǎng)接口

32、、 LCD接口、觸摸屏、 RS232標(biāo)準(zhǔn)串口、 AC97音頻接 口、 PCMCIA接口，同時(shí)為了以后升級(jí)擴(kuò)展的方便，還有 SD卡接口、 USB接口等。第 15 頁 共 23 頁塔里木大學(xué)課程論文同時(shí)，在系統(tǒng)中通過 RS-232擴(kuò)展了 GPS模塊，主要用于接收 GPS導(dǎo)航信息。通過 PCMCIA接口擴(kuò)展一 GPRS無線上網(wǎng)模塊， 用于同監(jiān)控中心的信息交互。 通過網(wǎng)卡接口擴(kuò) 展的 RJ-45 接口用于實(shí)現(xiàn)同宿主機(jī)的數(shù)據(jù)交換，下載內(nèi)核等。在人機(jī)交互方面，主要 通過 LCD顯示屏與觸摸屏提供， LCD顯示器提供給用戶友好的界面， 并通過觸摸屏來響 應(yīng)用戶的各種請(qǐng)求。5.2核心板(1)PXA27x 微處

33、理器簡介PXA27x系列處理器是 Intel 公司 2004 年新推出的， 它在性能上有了很大改進(jìn)。 它 同時(shí)集成了 Intel 的多項(xiàng)專利技術(shù)，其中包括集成 Intel 無線 MMX指令集、無線動(dòng)態(tài) (Wireless Speed Step) 技術(shù)和快速拍攝 (Quick Capture) 技術(shù)，大大提升了 PXA27x多 媒體、 3D圖像處理、視頻處理方面的能力。在本核心板上微處理器采用 PXA系列處理 器中的 PXA270處理器。它采用了 XScale 微架構(gòu)，并在此架構(gòu)的基礎(chǔ)上提高了處理媒 體的效率，優(yōu)化了處理器的功耗，同時(shí)添加了眾多針對(duì)移動(dòng)終端設(shè)備設(shè)計(jì)的新功能。第 16 頁 共 23

34、 頁塔里木大學(xué)課程論文(2)存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì)PXA27x系列處理器的存儲(chǔ)器接口支持各種存儲(chǔ)器芯片， 包括 SDRAMF, lash,SMROM, ROM,S RAM及與 SRAM類似的可變延遲 1/O 等。 PXA270處理器的存儲(chǔ)器接口將其支持的 存儲(chǔ)器分為動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器和靜態(tài)存儲(chǔ)器兩類。 Nor Flash 接口設(shè)計(jì)圖 8 是 Nor Flash 接口原理圖，采用兩片 Intel 的 RC28F128K18C11芯5 片，構(gòu)成了 32MB的 Flash 存儲(chǔ)器。這里的 Flash 芯片是 16 位的，故采用兩塊并聯(lián)的方法進(jìn)行 位擴(kuò)展，為處理器 32 位的數(shù)據(jù)總線支持。處理器啟動(dòng)時(shí)，從 0 x00

35、000000地址開始執(zhí) 行代碼，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)為從 Flash 引導(dǎo)系統(tǒng)， 因此它必須接到靜態(tài)存儲(chǔ)器的塊 0(BankO)， 使用處理器的 nCSO作為片選信號(hào)。 Flash 的其他控制引腳由處理器內(nèi)部集成的 Static Memory控制器進(jìn)行控制。 Flash 主要作為 Boot ROM，用來存儲(chǔ) EBoot程序和 Windows CE 的系統(tǒng)鏡像。SDRAM接口設(shè)計(jì)圖 9 是 SDRAM接口原理圖，采用 Infineon 公司的 HYB25L256160AC-7.5芯片，本 系統(tǒng)采用兩塊并聯(lián)位擴(kuò)展方式構(gòu)成 64MB的 SDRAM存儲(chǔ)器，提供 32 位的總線支持。它 連接到處理器動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的第

36、 0 塊選用處， nSDCSO作為片選信號(hào)，其余引腳則由處理 器內(nèi)部集成的 Dynamic Memory控制器進(jìn)行控制。 SDRAM在系統(tǒng)中主要用作程序的運(yùn)行 空間、數(shù)據(jù)及堆棧區(qū)。系統(tǒng)啟動(dòng)并完成初始化后，程序代碼或系統(tǒng)內(nèi)核被調(diào)入 SDRAM 中運(yùn)行，以提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度，系統(tǒng)及用戶堆棧、運(yùn)行數(shù)據(jù)也都存放在SDRAM中。第 17 頁 共 23 頁塔里木大學(xué)課程論文圖 9 SDRAM接口(3)其他模塊設(shè)計(jì)CPLD(Complex Programmable Logic Device) 采用 Xilinx 公司的 XC2C256系列產(chǎn) 品，根據(jù)功能要求選用 XC2C256-7TQ 144型號(hào)。圖 8

37、Nor Flash 接口5.3主板各主要模塊設(shè)計(jì)主板上主要是滿足系統(tǒng)所需的各種接口，提供外設(shè)到核心板的連接。在主板上主要集成 TLCD顯示器、觸摸屏、 3 個(gè) RS232接口、網(wǎng)絡(luò)接口、 JTAG調(diào)試接口、 PCMCIA接口、聲卡接口， 同時(shí)為了以后系統(tǒng)升級(jí)的擴(kuò)展方便還設(shè)計(jì)了 SD卡接口、 USB接口等。面就主要部分作一介紹第 18 頁 共 23 頁塔里木大學(xué)課程論文（1）網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)接口芯片采用 SMSC公司為嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)推出的第三代快速以太網(wǎng)控制器LAN91C111o LAN91C111的芯片上集成 T遵循 SMSC/CD協(xié)議的 MAC媒（ 體層）和 PHY（物理 層），符合 IEE

38、E802.3/802.U-100Base-Tx/lOBase-T 規(guī)范，內(nèi)部還集成 EEPROM接口， 自舉時(shí)再通過 EEORO接M口輸入到芯片中，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)初始化。其主要功能有自適應(yīng) 選擇傳輸速率，支持 10/100Mbps;充分支持全雙工交換式以太網(wǎng) : 支持突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸，如圖 10 所示圖 10 網(wǎng)絡(luò)接口其中 AT93C46是一具有 128 字節(jié)的可編程 EEPRO芯M片，負(fù)責(zé)對(duì) LAN91C111初始化，ST7011是一種脈沖變壓器， 實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)進(jìn)行脈沖波形變換后擴(kuò)展出標(biāo)準(zhǔn)的 RJ45接口供用戶使用第 19 頁 共 23 頁塔里木大學(xué)課程論文(2)音頻及觸摸屏接口設(shè)計(jì)音頻及觸摸屏接口

39、原理圖如 11 所示。UCB1 400 是由飛利浦公司推出的一款具有集 音頻解碼 / 編碼功能、觸摸屏控制器和功率管理接口于一體的多功能芯片。在音頻處理 方面，它合整合了 20位立體聲譯碼 /編碼器，并支持可編程抽樣率、輸入 /輸出增益和 數(shù)字音響處理，如音量、靜音、低音和高音控制等。它與 Intel 音頻解碼 / 編碼 97(AC97Audio Codec97) 完全相容，因此可與 Intel PXA270 處理器的 AC-Link 控制 器連接。其音頻輸出信號(hào)由經(jīng)由 LM4881芯片，放大后輸出至耳機(jī)或揚(yáng)聲器。本系統(tǒng)觸 摸屏采用 4線電阻式觸摸屏， 其四根引線分別與 UCB1 400的 T

40、SPX, TSMX,T SPY和 TSMY 相連，而 PXA270通過 AC-Link 控制器與觸摸屏通信，來得到位置信息。圖 11 音頻及觸摸屏接口第 20 頁 共 23 頁塔里木大學(xué)課程論文(3)串行接口設(shè)計(jì)PXA270處理器共提供三個(gè) UART接口，其中一個(gè)全功能串口， 一個(gè)藍(lán)牙串口和一個(gè) 標(biāo)準(zhǔn)串口，它們都為 3.3V TTL 電平，為了能與標(biāo)準(zhǔn) RS232C串行設(shè)備通信，必須要對(duì) 它們進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。 本系統(tǒng)中分別采用一片 MAX3243和兩片 SP3223對(duì)它們進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換。其接口原理如圖 12 所示。藍(lán)牙串口用作調(diào)試串口，其它兩個(gè)串口可以擴(kuò)展 GPS模塊等。圖 12 RS232 接口(4)其它接口主板上還包括 LCD顯示器接口、 JTAG調(diào)試接口、 USB接口、 SD卡接口、 PC卡接口等，因?yàn)檫@些在 PXA270內(nèi)部都集成了相應(yīng)的控制器，其設(shè)計(jì)比較簡單，就不再詳細(xì)說第 21 頁 共 23 頁塔里木大學(xué)課程論文6.小結(jié)本文所闡述的車載監(jiān)控終