嵌入式車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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嵌入式車載多媒體導(dǎo)航系統(tǒng)集成通信、定位、地理信息、多媒體等技術(shù)于一身，實(shí)現(xiàn)車輛定位、車輛導(dǎo)航、信息服務(wù)、多媒體娛樂等功能，不但能向駕駛者提供路況及導(dǎo)航信息，還能為乘坐者提供多媒體娛樂服務(wù)，大大提高了汽車的智能化水平。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，汽車智能化將是汽車技術(shù)發(fā)展的重要方向，研究一款高性能車載多媒體導(dǎo)航系統(tǒng)，有著極大的市場空間。

1 嵌入式系統(tǒng)簡介

嵌入式系統(tǒng)一般定義為以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁減，適合應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積和功耗要求的專用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?？梢哉f，嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)和各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。嵌入式計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備中就包含了多個(gè)嵌入式微處理器，如鍵盤、硬盤、顯示器、網(wǎng)卡、聲卡等均是由嵌入式處理器控制的。嵌入式系統(tǒng)通常由嵌入式處理器、外圍設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件等幾大部分組成[1]。嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的，它必須與具體應(yīng)用相結(jié)合才會(huì)具有優(yōu)勢。嵌入式系統(tǒng)具有很強(qiáng)的專用性，必須根據(jù)應(yīng)用需求對軟硬件進(jìn)行裁減，滿足應(yīng)用系統(tǒng)功能、可靠性、成本、體積等要求。在嵌入式系統(tǒng)中，具體的應(yīng)用將決定對硬件和軟件的需求，如芯片、存儲器、擴(kuò)展和操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序編制等。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)同通用型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比具有以下特點(diǎn)：嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的。嵌入式大多工作在為特定用戶群設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，它通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點(diǎn)。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)和電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計(jì)，量體裁衣、去除冗余。為了提高執(zhí)行速度、提高系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機(jī)本身中，而不是存貯于磁盤等載體中。嵌入式系統(tǒng)本身不具備自舉開發(fā)能力，設(shè)計(jì)一完成后不能對其中的程序功能進(jìn)行修改，必須有相應(yīng)的開發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行。

2 嵌入式車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 嵌入式車載GPS導(dǎo)航終端的功能設(shè)計(jì)

根據(jù)用戶的實(shí)際需求，嵌入式車載智能導(dǎo)航系統(tǒng)終端主要包括以下幾種功能：GPS導(dǎo)航，主要功能是接收GPS信號，并在電子地圖上顯示位置信息；GPRS通信，主要功能是向控制中心傳輸車輛狀態(tài)與位置信息、撥打電話，收發(fā)短信；可視倒車功能，駕駛員通過嵌入式車載導(dǎo)航終端屏幕觀察車后環(huán)境，實(shí)現(xiàn)安全倒車；多媒體功能，視頻與音頻的播放、瀏覽照片、收音機(jī)等功能；娛樂功能，系統(tǒng)可安裝小游戲，供乘客使用[2]。

2.2 硬件平臺設(shè)計(jì)原則

硬件平臺是基于GPS技術(shù)的車載導(dǎo)航系統(tǒng)，所搭建的平臺不僅要求能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，還要考慮以后的功能擴(kuò)充。因此在前期的平臺系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)原則：

（1）實(shí)用性，要求根據(jù)應(yīng)用和市場需求綜合考慮，確定整個(gè)平臺需具備的功能單元。

（2）穩(wěn)定性和可靠性，這是系統(tǒng)設(shè)計(jì)根本前提，需采用成熟可靠的技術(shù)方案。

（3）易用性，本系統(tǒng)作為一個(gè)車載終端，需要能夠提供一個(gè)人性化的人機(jī)接口界面，方便用戶使用；

（4）易于升級和功能擴(kuò)展，以軟件代硬件，不僅可以減小硬件復(fù)雜度，而且在升級時(shí)只需要升級軟件就可以擴(kuò)充系統(tǒng)功能。

2.3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)前面章節(jié)所介紹，嵌入式車載智能導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框其主要分為以下幾個(gè)部分：

（1）核心處理器：完成主要的邏輯運(yùn)算，并對外圍設(shè)備接口進(jìn)行控制；

（2）存儲設(shè)備：存儲設(shè)備主要包括了SDRAM、FlashROM和SD卡；

（3）GPS模塊：為導(dǎo)航提供必要的硬件基礎(chǔ)；這部分包含GPS衛(wèi)星接收機(jī)以及外圍電路。主要功能是通過GPS定位模塊接收定位信息，掌握車輛實(shí)時(shí)位置；

（4）GPRS模塊：包含模塊本身和相應(yīng)外圍電路。系統(tǒng)接受到定位信息，通過GPRS

模塊連接到監(jiān)控中心，使監(jiān)控中心實(shí)時(shí)掌握路況信息，同時(shí)GPRS模塊還提供打電話和收發(fā)短信功能；

（5）人機(jī)交互模塊：主要包括觸摸屏和輸入按鍵；這是用戶操作嵌入式GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的交互界面，不但可以顯示電子地圖和定位信息，還可以提供娛樂服務(wù)和倒車監(jiān)控影像；

（6）音頻模塊：可提供音頻播放、錄音等功能。

2.4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

嵌入式GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的核心是嵌入式系統(tǒng)平臺，它性能影響著整個(gè)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)。本論文在選擇嵌入式硬件平臺時(shí)考慮的因素主要有：系統(tǒng)的性能，系統(tǒng)的功耗，系統(tǒng)的成本，系統(tǒng)的軟件支持。為滿足上述要求，本論文選擇針對本設(shè)計(jì)對中央處理器性能要求高的特點(diǎn)，采用新一代Atom-510嵌入式系統(tǒng)平臺作為主控單元。Atom-510嵌入式系統(tǒng)平臺的CPU模塊采用了Intel最先進(jìn)的低至5W功耗的AtomZ510CPU和US15WSOC橋片，核心板內(nèi)集成了CPU、內(nèi)存、等所有X86的資源。該處理器支持的主頻高，運(yùn)算速度快，完全滿足GPS導(dǎo)航系統(tǒng)對高速信息處理的要求。并且平臺外部有多種接口，使用更加方便。GPS模塊在選擇上要求具有良好的精度和穩(wěn)定性，文論文選擇使用TrimbleLassenIQ46240-25模塊，該模塊自身集成了信號射頻前端處理、模數(shù)轉(zhuǎn)換以及衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理、輸出的功能，并通過串行接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。GPRS模塊本文使用BENQM23GPRS通信模塊，M23主要由GSM基帶控制器、射頻模塊、音頻、天線接口等部分組成[3]。

3 結(jié)語

綜上所述，車載嵌入式GPS導(dǎo)航是汽車工業(yè)電子化發(fā)展的重要標(biāo)志，它是城市智能化交通系統(tǒng)的重要組成部分，對未來交通系統(tǒng)的建設(shè)有著舉足輕重的作用。