摘要 摘要 本文在分析了車載導航設備發展狀況的基礎上，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 操作系統的智能導航終端的設計和實現。 論文從軟、硬件兩個方面詳細討論了車載智能導航終端的設計和實現。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現方 法。軟件方面，以嵌入式l i n u x 操作系統為平臺，在p c 機上建立了一套完整的 交叉開發環境，并在該環境下完成了u b o o t 和u c l i n u x 到智能導航終端硬件平臺 的移植。在對l i n u x 操作系統下平臺設備注冊過程和幀緩沖設備驅動結構進行分 析的基礎上，丌發了l c d 的驅動程序，使設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 到導航終端的移植，并設計了導航應用程序。 智能導航終端的設計充分利用了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，嵌入式l i n u x 軟件平臺的采用確保了系統軟件的可移植性和擴展性。 這些對類似的設計具有很好的參考價值。 關鍵詞：車載導航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 學位論文獨創性( 或創新性) 聲明 秉承學校嚴謹的學j x l 和優良的科學道德，本人聲明所呈交的論文是我個人在 導師指導下進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 注和致謝中所羅列的內容以外，論文中不包含其他人已經發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或其它教育機構的學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均已在論文中做了明確的說 明并表示了謝意。 申請學位論文與資料若有不實之處，本人承擔一切的法律責任。 本人簽名：強 同期：疊z 蘭：卑 西安電子科技大學 關于論文使用授權的說明 本人完全了解西安電子科技大學有關保留和使用學位論文的規定，即：研究 生在校攻讀學位期間論文工作的知識產權單位屬西安電子科技大學。學校有權保 留送交論文的復印件，允許查閱和借閱論文；學校可以公布論文的全部或部分內 容，可以允許采用影印、縮印或其它復制手段保存論文。同時本人保證，畢業后 結合學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。 ( 保密的論文在解密后遵守此規定) 同期： 日期： 第一章緒論 第一章緒論 1 1 研究背景 隨著國民經濟的迅速發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；處在陌生的地理環境中無法準確的了解周圍的交通條件和自己的位置；需要 服務時卻可能不了解周圍服務設施的分御而難以就近得到需要的服務等等。因此， 隨著活動范圍的不斷擴大，人們越來越需要知道自己當前所處的位置和環境信息， 以做出合理的判斷【l 】。本文所研究的車載智能導航終端可以向駕駛員提供車輛位 置以及周邊地理環境信息，輔助駕駛員快速、準確地到達目的地，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 操作系統的智能導航 終端的設計。車載智能導航終端通過g p s 定位模塊來獲取車輛的經緯度坐標信 息，并輔助以電子地圖信息來定位車輛的準確道路位置信息，可以給用戶提供電 子地圖顯示、地理信息查詢、最優路徑選擇等功能。基于嵌入式的智能導航終端 如圖1 1 所示主要由三部分組成：硬件平臺部分、軟件平臺部分和導航應用軟件 部分。 硬件平臺 網 l 時鐘等i 圖1 1 車載智能導航終端系統結構 其中，硬件部分主要包括以處理器為核心的最小系統、液晶顯示模塊、g p s 接收機以及其它各種外設。軟件部分主要包括系統引導部分( b o o t l o a d e r ) 、嵌入 式操作系統( u c l i n u x ) 和圖形用戶界面軟件等。應用軟件部分包括實現導航功能 囂 基丁嵌入式l i n u x 的下載智能導航終端設計 的所有軟件和算法。 智能導航終端的設計充分利用了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；將嵌入式系統技術應用于智能導航終端可以使系統軟件具有較好的移 植性和擴展性，這些對類似的設計具有很好的參考價值。 1 2 車載導航設備的發展狀況 在國際上，現代車輛導航方面的研究已經具有相當長的歷史了，伴隨著美國 g p s 系統的發展，車輛導航技術得到了普及和推廣。汽車導航裝置早在在2 0 世 紀8 0 年代就問世了，而真f 進入市場是在2 0 世紀9 0 年代初期。由于全球定位系 統的全面投入應用，車載導航裝置爿得以推廣，車載導航設備的發展過程大致可 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 ) 系統的導航設備，這種設備的定位 方法是：從一個已知坐標位置丌始根據車載體在該點的行駛方向、速度和行駛時 問來推算出下一時刻的坐標位割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，可以實現 連續自主式定位。這種定位方式在運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。導航丌始時，需要預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、長時間地使用。 第二代基于慣性導航系統( 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 ) 的導航設備是一 種不依賴于外部信息、也不向外部輻射能量的自主式導航設備。其工作環境不僅 包括空中、地面，還可以在水下。慣性導航系統的基本工作原理是以牛頓力學定 律為基礎，通過測量載體在慣性參考系的加速度，將它對時間進行積分，再把它 變換到導航坐標系中，就能夠得到在導航坐標系中的速度、偏航角和位置等信息。 慣性導航系統具有許多優點：不依賴于外部信息，不受外界電磁干擾，能提供位 置、速度、方向等數據，產生的導航信息連續性好、噪聲低，數據更新率高，可 適應各種工作環境等等。但是也有許多缺點：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時間；不能給出時間信息。 第三代基于全球衛星定位系統( g l o b a lp o s i t i o ns y s t e m ，g p s ) 的導航設備。g p s 即全球衛星定位系統，也即全球衛星導航系統，是以全球2 4 顆定位人造衛星為基 礎，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航定位 系統，是美國開發研制的迄今為止最好的應用最廣泛的導航定位系統。 g p s 由三部分構成：一是地面控制部分，由主控站、地面天線、監測站及通 訊輔助系統組成，主要任務：一是給g p s 系統提供時間標準、調整軌道衛星偏差、 第一章緒論 監控系統運行情況并進行調整；二是空間部分，由2 4 顆衛星組成，其中2 l 顆工 作衛星，3 顆備用衛星，均勻分布在6 個軌道上，并進行特定的時空配置最終保 證地球上任何地點、任何時刻均能至少觀測到4 顆衛星，從而滿足地面用戶實時 全天候的精密導航和定位服務；三是用戶裝置部分，由g p s 接收機和衛星天線組 成主要功能是接收g p s 衛星發射的導航電文，經過精密的數據處理和加工實現準 確的導航和定位【4 】【6 】。 g p s 最初是由美國研制的空間衛星導航定位系統，其主要目的是為陸、海、 空三大領域提供實時、全天候和全球性的導航服務，并用于情報收集、核爆監測 和應急通訊等一些軍事活動，是美國全球戰略的重要組成部分，同時這項技術也 逐漸運用到社會經濟的各個領域【4 】。自從2 0 0 0 年美國取消了選擇可用性( s a ) 技術之后，目前民用g p s 的精度得到了大大的提高，定位精度已經達到1 0 米左 右。 目前，車輛導航設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 慣性導航電子地圖( g p s d r m m ) 。第一種方法采用具 有g p s 定位的各種優點，并可以結合電子地圖進行顯示；g p s 航位推算( g p s d r ) 和g p s 慣性導航( g p s i n s ) 都可以自主導航，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 慣性導航電子地圖( g p s d r m m ) 是將前面方法的融 合的結果，具有可靠性高、導航與定位精度高等特點，但設計較復雜。 由于g p s 電子地圖( g p s m m ) 方案比較簡單實用，以及g p s 抗干擾性能 的提高，目前仍然是車輛導航采用的主要方案之一，本文設計的車載導航終端也 采用這種方案。 1 3 本文的主要內容及章節安排 本文的研究課題來源于a d i 大學生創新競賽選題。論文在分析了國內外車載 導航設備的發展狀況的基礎上，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 的車載智能導航終端的設計與實現。圍繞基于嵌入式l i n u x 的車載智能導航終端 的設計與實現，論文主要介紹了車載智能導航終端硬件設計、b o o t l o a d e r 和操作 系統的移植、驅動程序的開發圖形用戶界面的實現等內容。 本文的章節安排如下： 第一章主要介紹了智能車載導航終端的研究背景、車載導航設備的發展狀況 和論文的章節安排。 第二章介紹了車載智能導航終端的硬件設計。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 的乍載智能導航終端設計 進行了介紹。然后，介紹了存儲模塊、觸摸屏和g p s 模塊的電路設計。 第三章介紹了車載智能導航終端的軟件平臺搭建過程，包括交叉丌發環境的 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現，包括l c d 硬件電路設計、基于 f r a m e b u f f e r 的l c d 驅動程序設計和圖形用戶界面軟件m i n i g u l 的移植、導航程 序的開發以及測試結果分析。 第五章對本論文所做的工作進行了總結，指出了系統需要完善的地方，并提 出下一步的發展方向。 第二章乍載智能導航終端硬什設計 第二章車載智能導航終端硬件設計 2 1 硬件系統結構 車載智能導航終端的硬件平臺的系統結構框圖如圖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 、存儲系統運行時的程序和 數據的s d r a m 、存儲嵌入式操作系統和地圖數據的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 硬什結構框圖 本章將對處理器和各個模塊的設計分別進行介紹，其中l c d 電路設計將在第 四章與l c d 驅動程序一起介紹，本章不再進行介紹。 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 的基礎上推出的高性能d s p ，它 在同類產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 處理器內核可以在7 5 6 m h z 上持續工作，達到 1 5 1 2 m a c s 的運算速度，同時內部集成有2 個雙通道的d m a 控制器，具有靈活 的存儲器引導模式。 6 基丁嵌入式l i n u x 的印載智能導航終端設計 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f 2 】【7 】： 1 6 位定點d s p 內核，可以實現7 5 6 m h z 的持續工作頻率： 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 組聯合c a c h e ； l 1 數據存儲器包括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 暫存數據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，片內片外共用4 g b 統一 尋址空間； 豐富的外設接口：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 視頻數據格式的并行外設接口( 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； 完善的定時計數資源，片內集成1 個看門狗定時器( w a t c hd o g ) 、1 個 實時鐘( r t c ) 模塊、3 個支持p w m 的定時計數器； 靈活的引導模式( s p i 或外部存儲器資源) ； 內置1 2 個通道d m a ； 片內自帶1 6 3 p l l 。 第二章下載智能導航終端硬什設計 7 2 2 2a d s p b f 5 3 3 外設接口 a d s p b f 5 3 3 不僅有強大的處理能力、分層次內存管理機制、靈活的動念中 斷管理機制，而且有非常豐富且性能優異的外設接口，極大簡化了系統的設計。 下面是主要外設功能的簡單說明： ( 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 套獨立的發送和接收引腳，支持3 到3 2 位長度的串行數據字，以最高有效位在 前或最低有效位在前的格式傳送。每個端口都有獨立的收發d m a 通道并可以產 生中斷。 ( 2 ) 并行外設接口( 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3 個幀同步引腳和多達1 6 個數據引腳。 輸入時鐘支持系統時鐘一半的并行數據傳輸率。在i t u r 6 5 6 模式下，p p i 接收并 分析8 或1 0 位視頻數據流。此外，片內還支持嵌入的控制和同步信息的解碼。 p p i 的通用模式可應用于各種數據采集和數據傳輸的場合，該模式主要分為4 個 不同的子塊，每塊可提供高達每p p ic l k1 6 位數據傳送糾7 1 。 ( 3 ) d m a 控制器：a d s p b f 5 3 3 共有8 個外設d m a 控制和4 個內存d m a 控制器，可以在外設和內存、內存之間、外部存儲器和內部存儲器之間快速的傳 遞數據。數據傳送和內核可以并行，所以a d s p b f 5 3 3 具有很高的數據傳輸帶寬。 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 傳輸的初始化 可以由寄存器或名為描述子塊的參數來實現。 ( 4 ) 串行外設接口( 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 控制器可配置為發送或接收數據流。s p i 的d m a 控制器在任意給定時間，只能進行單向訪問。 ( 5 ) 1 6 個可編程端口：每個管腳都可以通過標志方向控制寄存器( 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生管腳，配置中斷的產生方式； a d s p b f 5 3 3 可編程端口的靈活性，可為系統的擴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 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 設備) 也可以用 于同步設備( 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 位的外圍設備必須像1 6 位設備一樣分配1 6 位地址，但只使用其低 8 位數據。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1 2 8 m b y t e s 的 s d r a m 接口。內部最高可以配有4 個s d r a mb a n k s ，s d r a m 控制器允許為內 基丁嵌入式l i n u x 的印載智能導航終端設計 部s d r a m 的每個b a n k s 同時打開一個通道，從而提高系統性能。異步存儲器的 控制器也能夠通過編程控制多達4 個b a n k 的時序參數靈活的各種異步存儲設備。 無論使用設備的大小如何，每個b a n k 的空問都占據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【l o 】。 2 3 存儲模塊 本系統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 作為系統引導代碼存儲器，在本系統中主要用于存儲 b o o t l o a d e r 引導程序。s d r a m 用于存儲系統運行時的數據和程序。n a n df l a s h 用于存儲嵌入式l i n u x 系統內核和其他應用程序。下面分別介紹各部分的電路設 計。 2 3 1n o rf l s a h 接口電路設計 本系統采用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 作為系統引導代碼存儲 器。p s d 4 2 5 6 g 6 v 的f l a s h 包括1 m 字節的主f l a s h 存儲空間、6 4 k 字節的輔 助f l a s h 存儲空間、3 2 k 字節的s r a m 存儲空間和2 5 6 字節的用于配置 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 。 第二章下載智能導航終端硬f ，l ：設計 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 外部數據總線 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 異步存儲器準備響應 a b e i ：0 l o 字仃使能 2 3 2s d r a m 接口電路設計 本系統采用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， 可以實現與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 接口電路設計 n a n df l a s h 具有體積小、容量大、讀寫速度快等優點，非常適合用于保存 系統程序和數據。本系統采用三星公司的6 4 mn a n df l a s hk 9 f 1 2 0 8 u o d 作為系 統軟件和數據的存儲器。利用a d s p b f 5 3 3 的e b i u 接口配合p f 接口實行對 l o 基丁嵌入式l i n u x 的下載智能導航終端設計 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 的數據總線寬度為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 在硬件設計中，利用e b i u 接口與k 9 f 1 2 0 8 進行連接，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 硬件設計中，利用0 歐姆跳線電阻保留了與總線的連接，以適應與a d s p b f 5 3 3 時序匹配的大容量f l a s h 的應用。 2 4 觸摸屏電路設計 系統觸摸屏采用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 是一個內置1 2 位模數轉換、低導通電阻模擬開關的串行接 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 ，轉換電壓的輸入范圍 為0 v r e f ，最高轉換速率為1 2 5 k h z 。轉換器有4 路模擬信號輸入通道和獨特的 在線低阻開關，它允許由未選中的輸入通道為外部線路提供電源和地。靠這樣的 輸入結構和參考電壓設定，a d s 7 8 4 3 能極大地消除內部開關電阻帶來的轉換誤差 【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 內部中斷控制器統一管理中斷源，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 設備的片選控制線是復用的，為 了節約i o 資源將所有的設備都掛在一個s p i 的片選線上，由c p l d 內部s p i 片 選控制器分配給不同的設備。這樣達到了實現a d s p b f 5 3 3 處理器擴展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 等信號線為幾個設備共用。 第二章下載智能導航終端硬什設計 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 本系統中g p s 定位模塊負責從g p s 衛星接收經緯度信息，并實時的將數據 通過u a r t 串口發送給處理器控制模塊，在設計過程中，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 具有其獨特的優勢。其信號重新捕捉時問只需要1 0 0 m s ，最快更新率 可達到1 s 。g r 8 5 接收模塊采用串行通信方式，其數據格式定義如下：9 6 0 0 b s ， 8 個數據位，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 。設計者可以根據需要選擇響應的信息格式，本設計利用r m c 格式。 2 5 1g p s 電路設計 g p s 接收可以與處理器通過串口進行通信，所以，首先要解決處理器和接收 機的串口通信。在接收機和處理器的數據傳輸過程中，處理器的串行端口作為和 串行設備間的編碼轉換器，提供了處理器與接收機之間的數據傳輸通道。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 的下載智能導航終端設計 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 數據結構 圖2 7 g r 8 5 接口電路圖 g p s 接收機發送到計算機的數據主要由幀頭、幀尾和幀內數據組成，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。這些幀頭標識了后續幀內 數據的組成結構，各幀均以回車符和換行符作為幀尾標識一幀的結束。對于通常 的情況，我們所關心的定位數據如經緯度、速度、時問等均可以從“g p r m c ”幀中 獲取得到，該幀的結構及各字段字符釋義如下： $ g p r m c ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， * h h 當前位置的格林尼治時間，格式為h h m m s s 。 狀態，a 為有效位置，v 為非有效接收警告，即當前天線視野上方的衛 星個數少于3 顆。 緯度，格式為d d m m m m m m 。 標明南北半球，n 為北半球、s 為南半球。 經度，格式為d d m m m m m m 。 標明東西半球，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，雖然接收機也在源 源不斷地向主機發送各種數據幀，但在處理時一般先通過對幀頭的判斷而只對 “$ g p r m c ”幀進行數據的提取處理。如果情況特殊，需要從其他幀獲取數據，處 理方法與之也是完全類似的。 第三章車載智能導航終端軟件平臺搭建 1 3 第三章車載智能導航終端軟件平臺搭建 本章主要介紹搭建車載智能導航終端軟件平臺的相關內容，包括交叉開發環 境的建立、u - b o o t 的移植以及u c l i n u x 的移植等內容。 3 1 建立交叉編譯環境 由于受到嵌入式系統資源所限，比如b f 5 3 3 e z k i t 系統只有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，并需要很強的c p u 運算能力。為了解決這個問題，交叉編譯工具就應運而生了。通過交叉編譯工具， 我們就可以在c p u 能力很強、存儲空間足夠的主機平臺上( 比如p c 上) 編譯出 針對其它平臺的可執行程序。 首先，我們需要在p c 機上安裝進行嵌入式開發的操作系統，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 架構的p c 主機，而用t a r g e t 表 示目標平臺，圖3 1 即s s k 系統平臺開發的交叉編譯硬件示意圖。 p c 機( 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是一個相當復雜的過程，不過b l a c k f i nu e l i n u x 網站 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 的幣載智能導航終端設計 表3 1 交義編澤：具鏈組成說明 名稱說明 用丁操作_ 二進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。 所有用戶應用程序都將鏈接劍的精簡的c 庫，避免使圳任何c 庫函數的 u c l i b c 內核和其他應州程序，可以在沒有該庫的情況- 卜- 進行編譯。 g d b 調試軟什程序的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