嵌入式GPS導航系統(tǒng)設計
隨著科技化的角度持續(xù)加快,迫使有越來越多的人必須在緊湊的時間及地點進行工作,而當城市化的速度不斷地膨脹后,不僅導致交通網(wǎng)絡日益復雜,人們必要的移動性也有越來越頻繁的趨勢。
使得每個人對空間信息有了更多的依賴,使得人們對于「我身處在何方?」、「前往的目的地?」、「如何前往?」等問題,存在著前所未有的需求性。因此,以嵌入式系統(tǒng)為主要平臺的數(shù)碼地理整合性應用與其因應方案,也就是手持式、車載GPS全球衛(wèi)星導航系統(tǒng),便可解決對此人們急迫的需求性。
圖說:附加功能仍持續(xù)呈現(xiàn)高度擴張,過去車用導航系統(tǒng)中不需要AM/FM收音機、DVD/VCD影音系統(tǒng)、CD/MP3播放器,又或者兼具語音導航的音效系統(tǒng)、擁有存放地圖的存儲器等諸多功能性。
嵌入式GPS導航系統(tǒng) 體現(xiàn)最佳化導航系統(tǒng)
今日GPS衛(wèi)星導航定位的應用已愈來愈普及,但大多數(shù)人對它的認識仍限定在行車導航的用途之上,不過針對廣泛的應用市場,車載式GPS的應用只是開端而已,其實它在國防、地理信息和建筑工程等領域已是不可或缺的重要技術,而下一步,GPS將走入每個人的生活,成為人手一支的GPS手機或手持導航設備(PND)。
這可以由嵌入式GPS導航系統(tǒng)的核心技術來看,以三星ARM9系列中的16/32位RISC處理器S3C2410A芯片為例,該芯片強大的實時處理能力和豐富的外圍界面非常適合嵌入式系統(tǒng)的開發(fā),而該系統(tǒng)就是基于該芯片的這些特點而設計的。該系統(tǒng)以S3C2410A微處理器為核心,與2片32M的SDRAM(HY57V561620CT)和64M的NAND Flash(K9F1208U0B)整合為最小的一套系統(tǒng);另外,就是在系統(tǒng)外部加裝可用于收GPS信號的GPS模塊,用于顯示的液晶面板,以及UDA1341TS的語音芯片系統(tǒng)。
建立系統(tǒng)平臺完善架構 兼容性是主要目標
主要來說,其系統(tǒng)平臺架構的建立,可細分為2個主要部分,也就是主控的計算機主機的操作系統(tǒng)的選擇和交叉編輯設備與工具鏈的建立。在計算機的主機上,其操作系統(tǒng)可以有多種選擇,包括:安裝Linux發(fā)行版、在Windows下使用虛擬機或者使用Cygwin。由于現(xiàn)今Microsoft Windows統(tǒng)領著全球超過半數(shù)的計算機系統(tǒng),而許多開發(fā)者開始使用虛擬機等手段來實現(xiàn)在Windows平臺下進行嵌入式Linux的開發(fā),但這些方法都會或多或少地帶來些兼容性問題。開發(fā)嵌入式Linux最好的選擇便是在計算機主機上安裝Linux發(fā)行版,因為這樣與Windows毫無關聯(lián),可占有系統(tǒng)全部資源,擁有系統(tǒng)最高性能和最佳的兼容性。
其次,就是在建立交叉式編輯設備的工具鏈方面,必須注意一點就是在計算機運行系統(tǒng)的選擇?,F(xiàn)在可供選擇的運行系統(tǒng)有glibc、uClibc以及newlib等。glibc是由GNU項目提供的標準系統(tǒng),因為主要是針對計算機而應用設計,主體架構較為巨大,不過卻能供應最佳的兼容性。如果一般的嵌入式開發(fā)可選用uClibc,而uClibc原本就是uCLinux開發(fā)過程中的一個C語言庫,現(xiàn)已經(jīng)獨立于uCLinux項目并且進一步完善。它對glibc的大部分函數(shù)進行了重寫,并且目標就定位于嵌入式,所以其相對glibc而言要小巧很多。此外由于它的函數(shù)與glibc保持一致,這樣很多原本基于glibc開發(fā)的軟件基本不需要更改,便能使uClibc在編輯的過程中獲得最佳化,使得在嵌入式系統(tǒng)上占用的存儲器和磁盤空間更少,不過由于不是標準的運行系統(tǒng),因此uClibc擁有著一定的兼容性問題。
圖說:使用在不同設備上的GPS導航設備,比方說,手持式導航設備或者是汽車上所嵌入式的GPS導航架構,這都是要選擇適當?shù)挠布軜嬛埃仨氁刃写_認的使用范疇及定位方向。(www.u-blox.com)
GPS導航應用軟件 關乎導航系統(tǒng)優(yōu)劣
基本上,軟件功能也是決定導航系統(tǒng)好壞的重要關鍵之一;首先是操作系統(tǒng)的選擇,由于是車載嵌入式系統(tǒng),車廠對內(nèi)裝設備的可靠性要求遠高于消費性或家用等設備系統(tǒng),而作為導航系統(tǒng)的計算機主要機體的操作系統(tǒng),以及分別使用buildroot和crosstool建立兩條采用不同的運行系統(tǒng)的交叉編輯設備工具鏈。由于系統(tǒng)開發(fā)需要使用U-Boot的TFTP功能下載Linux內(nèi)核,以及Linux的NFS網(wǎng)絡文件系統(tǒng),所以首先需要對Fedora Core 5設置TFTP,以及NFS,而后需要設置一個接口通信軟件與開發(fā)平臺上進行互動之用,因此,在選擇上可采用Kermit通訊協(xié)定,進行資料的傳輸。使用2不同運行系統(tǒng)的交叉編輯器工具鏈的主要原因在于,導航應用程序使用uClibc有兼容性問題,所以不得不采用glibc,而為了減少占用資源,而U-Boot、Linux內(nèi)核和Busybox仍然采用的是uClibc。
在系統(tǒng)平臺建立之后,Linux操作系統(tǒng)提供了底層的操作,包括:文件系統(tǒng)的管理、存儲器分配以及基本快閃存儲器的燒錄讀取,但并沒有提供最佳的的顯示界面,而再同一時間為了體現(xiàn)出地理數(shù)據(jù)的顯示與導航功能,就需要在操作系統(tǒng)上放入圖形用戶界面支持系統(tǒng)和地理信息開發(fā)平臺。
整個軟件系統(tǒng)依靠響應不同窗口或者控制元件所發(fā)出的訊息,進行一部體現(xiàn)出各式各樣的導航系統(tǒng)功能,再透主窗口建立后注冊mGIS控件,可以較為方便的實現(xiàn)一些常用的地圖操作。主窗口建立后,將會創(chuàng)建許多用于子窗口,包括:用于顯示地圖經(jīng)緯度信息、時間。最后,在速度的靜態(tài)功能上,則可用于實現(xiàn)快速便捷操作的工具欄,用于實現(xiàn)GPS功能關閉和地圖數(shù)據(jù)加載的菜單欄。
圖說:手持式GPS系統(tǒng)電路結構圖。GPS的應用范圍十分廣泛,也必然有其市場的賣點,但要將GPS做到手機當中,仍有不少瓶頸需要突破。手機的GPS應用與車載導航差異甚大,前者要求在行走的環(huán)境中能獲得精準的定位信息,而手機用戶又經(jīng)常會處于收訊不良的室內(nèi)或巷弄當中。(www.Edom.com)
「Find My Way」是GPS衛(wèi)星導航的終極目標
Find My Way嵌入式移動地圖導航系統(tǒng)經(jīng)過最初設計、實現(xiàn)及應用檢驗,已經(jīng)具備基本的功能,可初步滿足個人移動導航信息系統(tǒng)的需求。能完成數(shù)碼地圖的加載、縮放、拖動、搜索、簡易導航、測距、GPS功能開閉等功能。同時必須要針對較為可行的矢量地圖的制作方法,能依據(jù)使用的場合不同,較快速的完成地圖數(shù)據(jù)源的制作及相關信息的添加,有一定的擴展能力。
當然由于時間和能力的有限,這款產(chǎn)品也有其一定的不足,值得進一步的深入研究,例如:在打開GPS接收模塊之后,系統(tǒng)的響應速度將有顯著的下降,雖然已經(jīng)對Linux核心和編輯器經(jīng)過適當?shù)膬?yōu)化過程,但情況并沒有顯著的改善。問題可能在硬件平臺的處理速度和可調(diào)用的資源有限,也有可能在軟件接收上的程序結構不合理,嵌套過多。
GPS接收信號有時會發(fā)生信號接收的不穩(wěn)定,出現(xiàn)信號的偏移,超過標稱的誤差值。問題可能在開發(fā)平臺的設計電路中對于數(shù)據(jù)信號線的照排上,沒有使信號線等距,也沒有設置合理的信號隔離和保護帶,導致最終出現(xiàn)了不應有的誤差。但從軟件上著手,如何糾正這樣的誤差也是值得研究的一個方向,不過,在本文中只說明了固定點導航,并不能完成從任意點至任意點的導航,導航功能可以從軟件方面繼續(xù)深入的研究,包括對地圖格式的選擇等,這些都是未來必須要面對到的問題與挑戰(zhàn)。