基于Linux和ARM9的物流信息化終端平臺(tái)上對(duì)終端定位功能實(shí)現(xiàn)

前 言

物流的定位方案與技術(shù)的選擇對(duì)提高現(xiàn)代物流配送管理效率，減少運(yùn)營(yíng)成本具有重要的影響。物流終端定位要求較高的定位精度，能提供全天候連續(xù)不間斷的定位信息支持，能滿足復(fù)雜地形條件的定位需求。

本文針對(duì)當(dāng)前物流行業(yè)終端定位功能的需求進(jìn)行分析，針對(duì)當(dāng)前定位技術(shù)現(xiàn)狀，提出相適應(yīng)的物流終端定位功能實(shí)現(xiàn)方案，并在基于嵌入式Linux和ARM9硬件核心的物流信息化終端平臺(tái)上對(duì)終端定位功能進(jìn)行了初步的實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

移動(dòng)定位技術(shù)的現(xiàn)狀分析目前，移動(dòng)定位技術(shù)已經(jīng)非常成熟，較廣的應(yīng)用主要可以分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是GPS等利用衛(wèi)星進(jìn)行后方交匯的定位技術(shù);另一類(lèi)是利用移動(dòng)通信網(wǎng)技術(shù)提供位置服務(wù)的定位技術(shù)。常用的有：基于Cell-ID的定位技術(shù);基于AFLT(Advanced Forward Link TrilateratiON)的定位技術(shù);GPS定位技術(shù);GPS輔助定位技術(shù)(A-GPS)等。

GPS是當(dāng)前在物流信息化中研究最廣泛的定位技術(shù)之一，但是，當(dāng)GPS終端在建筑密集的地方或在隧道等定位信號(hào)難以接收的地理位置時(shí)，往往不易獲取有效的定位信息。而且，GPS定位功能無(wú)法滿足倉(cāng)儲(chǔ)等高精度定位需求的場(chǎng)合，還需要進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)充與完善。

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

基于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的總體情況及物流管理過(guò)程中對(duì)定位數(shù)據(jù)的需求分析，并綜合考慮各種定位技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及技術(shù)成熟度、實(shí)現(xiàn)成本等因素，擬在物流配送網(wǎng)絡(luò)中采用GPS輔助定位系統(tǒng)(GPS+Cell-ID+RFID+圖形道路匹配相結(jié)合)的定位技術(shù)。其主要考慮如下：

1)充分利用現(xiàn)有硬件資源。GPS、GSM、RFID模塊為本物流信息終端課題已擬定的硬件平臺(tái)，除GPS專(zhuān)為定位功能服務(wù)外，GSM和RFID模塊同時(shí)具有通信和標(biāo)簽信息采集的功能。在不擴(kuò)充硬件資源的前提下，最大限度地提高定位功能的服務(wù)質(zhì)量。

2)Cell-ID定位。確保終端在GPS定位失去信號(hào)的情況下，保持最低限度的定位信息的提供。Cell-ID方式在城市及人口密集區(qū)域能提供相對(duì)高的精度，與GPS在城市高層建筑、林蔭道、地下隧道等遮蔽情況下性能的降低有較好的互補(bǔ)。由于GSM相對(duì)于CDMA具有更小的小區(qū)半徑，因此具有相對(duì)高的Cell-ID定位精度。在本方案中擬采用GSM的CELLID定位方式。

3)RFID定位。通過(guò)讀取用于標(biāo)識(shí)地理坐標(biāo)的標(biāo)簽數(shù)據(jù)來(lái)獲取定位信息。其定位精度僅取決于標(biāo)簽存儲(chǔ)定位信息的精確性，理論上可以達(dá)到任意高精度。可用于倉(cāng)庫(kù)、碼頭等需要高精度定位信息的場(chǎng)所，來(lái)提供定位信息和其它輔助功能。

4)圖形道路匹配。當(dāng)前物流運(yùn)輸主要是利用汽車(chē)等運(yùn)輸工具在固定的路線上進(jìn)行，當(dāng)路線基本確定的情況下，可通過(guò)圖形道路匹配對(duì)定位信息進(jìn)行適當(dāng)糾正。但是，這一般適用于道路不太密集的區(qū)域或路線固定的情況，可在本方案中作為可選功能模塊提供，適用于鐵路、高速公路等道路信息明確的場(chǎng)合，尤其適用于鐵路運(yùn)輸。

軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

系統(tǒng)硬件開(kāi)發(fā)板CPU采用的是三星公司的內(nèi)部集成ARM920T處理器核的S3C2410芯片。GPS模塊提供衛(wèi)星定位信號(hào);GSM/GPRS模塊提供通信與CELLID定位信息獲取;RFIDS模塊提供標(biāo)簽信息采集和RFID定位功能。終端通過(guò)GSM/GPRS通信網(wǎng)絡(luò)與物流信息控制中心建立聯(lián)系，提交相關(guān)數(shù)據(jù)采集信息和接收物流信息控制中心指令。

系統(tǒng)軟件采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，移植QT/Embedded 3.3.4和SQLITE數(shù)據(jù)庫(kù)，采用QT嵌入式編程實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要以S3C2410平臺(tái)為核心，將從GPS模塊、GSM/GPRS模塊、RFID模塊提取的定位信息進(jìn)行相應(yīng)分析處理，完成物流信息終端導(dǎo)航定位功能。

宿主機(jī)開(kāi)發(fā)環(huán)境建立由于目標(biāo)平臺(tái)資源所限，需要搭建交叉編譯環(huán)境，本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中采用的平臺(tái)如下：

宿主機(jī)：RED HAT 9.0; QT/Embedded 3.3.4;SQLITE 2.8.16;cross-2.95.3.tar.bz2目標(biāo)機(jī)：Linux Kernel 2.4.18;QT/Embedded 3.3.4;SQLITE 2.8.16 為了正確交叉編譯QT/Embedded，需要確保UUID、ZLIB、JPEG、GIF、PNG、SQLITE等QT中所需要的頭文件 、庫(kù)文件在交叉編譯前正確安裝，并移植相應(yīng)的庫(kù)文件至目標(biāo)機(jī)中。在交叉編譯QT/Embedded 3.3.4前正確設(shè)置環(huán)境變量，本系統(tǒng)QT/Embedded 3.3.4交叉編譯選項(xiàng)為：./configure -embedded arm -shared -debug -no-cups -thread -plugin-sql-sqlite -no-ipv6 -qt-mouse-Linuxtp，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)裁減。

軟件關(guān)鍵技術(shù)分析

1)GPS定位信息提取

目前常用的GPS-OEM模塊均支持NMEA-0183的數(shù)據(jù)格式。NMEA-0183是以語(yǔ)句來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)的，每條語(yǔ)句都相對(duì)獨(dú)立并有完整意義。語(yǔ)句包含若干由ASCII文本字符組成的字段， 每條語(yǔ)句都以“$”開(kāi)頭，以回車(chē)換行結(jié)束，數(shù)據(jù)包含在字段中，字段之間由逗號(hào)分 隔。每條語(yǔ)句的第一個(gè)字段表明語(yǔ)句的意義，在標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)句中，“$”后的兩位字符為“talkerID”，表示發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備，如GP表示GPS;接著的三位字符為“sentenceID”，表示了該語(yǔ)句的類(lèi)型，如GGA，RMC等。語(yǔ)句中每個(gè)字段的含義隨語(yǔ)句類(lèi)型而定，語(yǔ)句的最后一個(gè)字段是檢驗(yàn)和(checksum)，由“*”和兩位十六進(jìn)制數(shù)字及回車(chē)換行符組成，檢驗(yàn)和是“$”和“*”之間所有字符的邏輯異或運(yùn)算結(jié)果，用于檢驗(yàn)和確認(rèn)數(shù)據(jù)的傳輸是否正確。

對(duì)于終端導(dǎo)航而言，“$GPRMC”幀格式可以滿足大部分需求，其幀長(zhǎng)相對(duì)較短，便于信息處理。因此，在本系統(tǒng)中，選取“$GPRMC”幀進(jìn)行定位信息提取。系統(tǒng)通過(guò)RS232串口從GPS-OEM模塊中接收定位數(shù)據(jù)，從接收數(shù)據(jù)中的“$GPRMC”幀提取時(shí)間、經(jīng)緯度、速度、方位角等定位導(dǎo)航信息。其程序模塊主體結(jié)構(gòu)如下：

……

//判斷是否為$GPRMC幀頭，并進(jìn)行標(biāo)記

if(Data[i]=='$' && Data[i+3]=='R')……

//判斷是否為幀尾,幀尾以換行字符表示，數(shù)值為10 '\n'

if(Data[i]==10 && SectionID==13)

{ ……id_check=m*16+n; //得到檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的INT型

if(chk_result!=id_check) //比較異或運(yùn)算結(jié)果與檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是否一致

…… i f( Data[i]=='*' && SectionID==12 ) //異或運(yùn)算結(jié)果[!--empirenews.page--]

……

//對(duì)$至*之間的字符進(jìn)行異或運(yùn)算,得到結(jié)果chk_result

for( ; Data[n]!='*"; n++) chk_result^=Data[n];//判斷逗號(hào)，區(qū)分識(shí)別數(shù)據(jù),并判別*號(hào)，區(qū)分校驗(yàn)數(shù)據(jù)

if(Data[i]==','||(Data[i]=='*' && SectionID==12) )SectionID++;

else

{ switch(SectionID){ case 1: //提取時(shí)間m_STime[a++]=Data[i];break;case 2: //接收判別有效性數(shù)據(jù)A為有效，V為無(wú)效……case 3: //提取緯度……//提取經(jīng)度、速度、方位角、校驗(yàn)數(shù)據(jù)等其它信息。

2)Linux串口通信編程

嵌入式Linux操作系統(tǒng)使用接口標(biāo)準(zhǔn)POSIX的termios接口來(lái)控制串口的行為。在Linux系統(tǒng)中，串口等設(shè)備被當(dāng)作文件進(jìn)行處理，其程序模塊主體實(shí)現(xiàn)如下：

int fd="open"("/dev/ttyS1",O_RDWRIO_NOCTTY);//打開(kāi)串口

……new_options.c_cflag &=~PARENB;//無(wú)奇偶校驗(yàn)

new_options.c_cflag &=~CSIZE;//不隱藏?cái)?shù)據(jù)位

new_options.c_cflag &=~CSTOP8;//無(wú)停止位

new_options.c_cflag |=CS8;//8位數(shù)據(jù)位

cfsetispeed(&new_options,B4800);//設(shè)置波特率

4800bit/scfsetospeed(&new_options,B4800);

tcflush(fd,TCIOFLUSH);

tcsetattr(fd,TCSANOW,&new_options);//設(shè)置新的設(shè)備方式完成串口設(shè)置后，就可以使用read( )、write( )函數(shù)對(duì)串口進(jìn)行操作。需注意的是，串口默認(rèn)是阻塞型的，當(dāng)沒(méi)有數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)，將會(huì)阻塞掛起，這時(shí)可以通過(guò)多線程編程、串口超時(shí)設(shè)定或使用select輪詢(xún)等方式進(jìn)行調(diào)整控制。本系統(tǒng)主要采用多線程編程實(shí)現(xiàn)對(duì)串口阻塞的調(diào)控，使用的是QT的Qthread類(lèi)，也可以直接使用Linux自身的多線程函數(shù)進(jìn)行操作。

3)QT/Embedded編程

Qt/Embedded是著名的Qt庫(kù)開(kāi)發(fā)商TrolLTEch正在進(jìn)行的基于framebuffer的面向嵌入式系統(tǒng)的Qt版本。因其面向?qū)ο?、跨平臺(tái)和界面設(shè)計(jì)方便美觀而得到廣泛應(yīng)用。

本設(shè)計(jì)采用QT/Embedded 3.3.4版本，它支持SQLITE數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)，便于數(shù)據(jù)庫(kù)操作與編程。設(shè)計(jì)主要使用了QTE的畫(huà)布模塊、SQL模塊和網(wǎng)絡(luò)模塊。畫(huà)布模塊中，QCANvas庫(kù)是一個(gè)高度優(yōu)化的二維繪圖庫(kù)，與其它畫(huà)布模塊結(jié)合使用，能很方便地實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航地圖的顯示、縮放、漫游以及鷹眼等功能。而SQL模塊和網(wǎng)絡(luò)模塊能很方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)編程和網(wǎng)絡(luò)通信功能，極大地縮短了程序的開(kāi)發(fā)周期，提高了開(kāi)發(fā)效率。

初步實(shí)現(xiàn)定位誤差主要取決于GPS-OEM模塊的定位精度，實(shí)驗(yàn)顯示本系統(tǒng)能初步滿足物流信息終端對(duì)定位功能的需求。

結(jié)束語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)證明：系統(tǒng)定位數(shù)據(jù)精確、界面友好、系統(tǒng)可擴(kuò)展性強(qiáng)，較好地完成了物流信息化終端定位功能。本系統(tǒng)可用于物流終端定位導(dǎo)航，也可適用于其它需要定位導(dǎo)航服務(wù)的場(chǎng)合，具有較普遍的適用價(jià)值和參考價(jià)值。