基于ARM9的嵌入式车载导航终端的设计.docx
- 文档编号:25810997
- 上传时间:2023-06-15
- 格式:DOCX
- 页数:33
- 大小:561.07KB
基于ARM9的嵌入式车载导航终端的设计.docx
《基于ARM9的嵌入式车载导航终端的设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于ARM9的嵌入式车载导航终端的设计.docx(33页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
基于ARM9的嵌入式车载导航终端的设计
摘 要
随着汽车产业的迅速进展,GPS车载导航系统取得了愈来愈普遍的应用,已成为汽车上的重要配置,为用户提供便利。
另一方面随着运算机技术、通信技术的迅猛进展,微型化和专业化成为进展的新趋势,嵌入式系统已经成为信息产业的热点。
而Linux操作系统以其性能稳固靠得住、源码公开免费、可裁剪、易移植等长处成为嵌入式系统的首选操作系统,具有庞大的市场价值和潜力。
论文第一简要介绍了GPS车载导航系统的大体原理及其在国内外的现状与进展前景,并描述了课题的研究方向和作者的主要工作。
然后按照GPS车载定位导航系统的要求设计系统方案,并依照该方案设计了ARM9(S3C2410A)核和系统硬件平台,重点分析了电源和时钟、外部存储器、以太网、串口、音频和HPI等接口电路设计及其原理。
在对嵌入式Linux操作系统深切理解的基础下,设计了软件系统框架及应用程序,并为各设备模块编写了设备驱动程序。
论文最终所实现的是一款高级车载导航终端,具有彩色LCD,外形美观。
除具有友好的人机交互界面外,在通信方面:
具有车载电话的功能,且能够进行电子地图的实时更新;在娱乐方面,可外接DVD/VCD、阅读电子书、播放MP3、游戏等。
壮大的软件系统使导航终端具有较强的系统配置和管理功能。
关键词:
嵌入式Linux系统;全球定位系统;智能交通系统;无线通信系统
Abstract
Withtherapiddevelopmentoftheautoindustry,GPSVehicleNavigationSystemhasbeenwidelyused.Ithasbecomeanimportantvehicleconfiguration,providingconveniencetotheusers.Ontheotherhand,alongwithfastdevelopmentofcomputerandcommunicationtechnology,andmicromationandspecializationasanewtrend,theembeddedsystemhasbecomeahotspotoftheinformationindustry.AndtheLinuxOperatingSystembecomesthepreferredoperatingsystemformanyusers,becauseofitsadvantages,suchasstabilityandreliability,freeandopensource,beingabletocut,easytobetransplantedandsoon.Soithastremendousvaluesandpotentialsintheautomarket.
Firstly,thepaperbrieflyintroducedthefundamentaloftheGPSVehicleNavigationSystemanditsstatusquoandprospectathomeandabroad.Describedtheresearchpurposeofthesubjectandtheauthor’smainwork.Then,accordingtotherequirementsofthissystem,wedesignedthesystematicsolution.Inaccordancewiththesolution,wedesignedthehardwareplatform:
theARM—coresystemandanalyzedtheperipheralcircuitsdesign.SuchasPowerandClock,ExternalMemory,Ethernet,SerialPort,Audio,HPIInterfaceandetc.OnthebasisofthedeepunderstandingoftheembeddedLinuxsystem,wedesignedthesoftwareframeworkandapplicationprograms,andwrotetheLinuxDeviceDriverforallthedevicesinthissystem.
Whatthewholepaperachievesisakindofhigh-gradevehiclenavigationterminal.IthascolorLCDandbeautifuloutlooksotherthanthefunctionofnavigation,asforcommunication:
itisakindoftelephoneanddigitalmapscallbereal-timeupdatedbywirelesscommunication;asforentertainment:
DVD/VCDCallbeanattachment,electronicsbookscanberead,MP3Canbeplayed,Gamingetc.Powerfulsoftwaresystemmakestheproducthaspowerfulfunctionofsystemconfigurationandmanagement.
KeyWords:
EmbeddedLinuxSystem,GPS,ITS,GPRS
目 录
引 言
智能车辆自动导航系统是智能交通系统的重要组成部份,是把先进的全世界卫星定位技术、地理信息技术、数据库技术、多媒体技术,现代通信技术和嵌入式运算机系统综合在一路的高科技系统,能够实时、高效地向驾驶员提供多种重要信息,具有很强的实用价值和广漠的市场前景。
为了解决城市交通和车辆管理问题,欧美、日本等发达国家和地域己经开始利用“智能交通系统”(ITS,IntelligentTransportationSystem)来管理现有的交通道路。
而该产业在我国才刚起步,政府已经将“智能交通系统”列入国家“十五”计划,使其成为交通领域的重大科技攻关项目。
在ITS中,智能车辆定位导航系统IVLNS(IntelligentVehicleLocationandNavigationSystem)是其中最为核心的一部份。
它是基于矢量电子地图VEM(VectorElectronicMap)的将全世界定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、地图匹配技术相结,实现ITS中的车辆定位、车辆导航、自导航、路径计划等核心内容,是提供高精度、高靠得住性的智能交通定位导航系统的ITS的关键。
典型的智能车辆定位导航系统由电子地图数据模块、地图操作查询模块、定位模块、路径计划模块、路径引导模块等组成。
GPS系统是由美国国防部出资几百亿美元开发的一种最新的无线电导航系统,该系统具有高精度、全天候、全世界覆盖能力,正在和即将取代所有的其它无线电导航手统。
GPS系统自问世以来,已充分显示了其在无线电导航、定位领域的优势地位,在海湾战争和科索沃战争中GPS均的到了普遍的应用,发挥了重耍作用。
许多民席领域也由于GPS的出现而产生了革命性的转变。
目前,GPS不仅在美国及其盟国的军队中普遍应用于导航、定位,几乎全世界所有需要导航、定位的用户,都被GPS的高精度、全天候、全世界覆盖、方便灵活和优质廉价所吸引。
GPS从根本上解决了人类在地球上的导航和定位问题,能够知足各类不同用户的需要。
嵌入式系统这些年来已经成为信息产业的热点之一,渗入到咱们生活的方方面面,专门是汽车领域。
现今微处置器价钱愈来愈低廉、结构愈来愈小巧、性能愈来愈壮大、外设连接架构愈来愈稳固靠得住,这些都为咱们设计高性价比、方即靠得住的车载导航定位系统提供了条件。
因此,将GPS导航定位技术与嵌入式系统相结合,是一个可行且超级有吸引力的方案。
1绪论
1.1论文选题背景及意义
应该说,在我国GPS车辆导航系统的进展还处在初始阶段。
在国内车用导航仪产品的研究和应用起步较晚。
目前在北京、上海等大城市,作为ITS的核心设备之一的车载智能导航系统也受到了一些科研部门和企业的关注,己有一些单位也在研制类似的产品。
国外公司由于难以解决电子地图的兼容性问题和受我邦交通设施与国外的不同所限制,尚无法推出适应中国市场的产品。
关于导航仪市场的实际需求和进展趋势是不言而喻的。
美国在1994年,利用GPS卫星定位技术的车载导航系统“导航之星”在市场上出现。
美国在进入90年代,接踵实施了一系NITS领域的研究计划,进展包括ATMS(先进的交通管理系统)、ATIS(先进的旅行者信息系统)、ARCS(先进的车辆控制系统)、APTS(先进的公共交通系统)、ARTS(先进的郊区交通系统)、CVOS(商用车辆运行系统)等六大子系统的ITS系统。
日本是最先开发车载导航设备并投入市场的国家,在90年代,带有彩色液晶显示器、利用CD-ROM作为电子地图存储设备的车用导航系统开始大量投入市场。
尔后不断地有性能更先进的产品出现,地图匹配、GPS卫星定位和语音导航等新技术接踵被采用。
嵌入式车载导航系统是把全世界定位技术、地理信息技术、通信技术和嵌入式运算机技术综合在一路的系统,它能够实时、高速地向驾驶员提供导航定位、地理信息等服务。
其主要应用在以下几个方面:
1.城市公交汽车和出租车行业,用于车辆调度和线路优化;车载导航系统的中心端可作为物流企业的车辆监控和车辆调度中心,提高物流公司效率,增进经济效益的提高。
2.用于银行、公安等单位实现对车辆的安全监控及跟踪;例如2008年北京奥运车辆的调度、监控和线路优化,为2008年北京奥运会交通管理服务。
3.个人私家车用户,能够运用车载导航仪查询兴趣点,计划出行最优路径和全程的路径引导,极大的方便用户出行。
4.优化交通流在整个路网上的分派。
通过发布实时路况信息等手腕合理诱导交通流,优化交通流在路网中各可行线路上的分派比重,从用户最优进一步达到全局最优;
5.减少拥堵情形的发生,使交通流的运行趋向平稳,从而降低尾气排放,减少交通带来的环境污染,成立可持续的交通进展模式。
由此可见,嵌入式车载导航系统的研究意义是超级重大的,它的应用对改善城市交通状况、增进行车安全和提高道路通行效率有极为重要的意义。
1.2智能导航系统功能框图
图导航系统功能框图
1.3论文工作
第一章:
说明了本论文所研究的课题的背景和意义,智能导航系统功能框图及论文的主要工作。
第二章:
主要写基于ARM的车载导航系统硬件和软件的整体设计方案。
第三章:
嵌入式车载导航系统的硬件设计及主要用到的芯片选择。
第四章:
对车载导航系统软件的设计与实现进行了研究。
第五章:
对整个论文进行总结。
2基于ARM的硬件和软件整体设计
导航终端系统硬件框架
硬件主板的核心是三星公司的S3C2410芯片,该芯片是基于ARM920T而开发的一款多功能SOC。
采用西门子公司的MC55GPRS模块,用于进行无线通信;采用Falcom的JP7GPS模块进行全世界定位;采用HY57V5616204*416位Flash采用K9F1208,128MNandFlash用于寄存启动代码、Linux嵌入式操作系统、电子地图等;键盘模块用于导航仪系统的大体操作:
触摸屏提供了更好的人机交互界面;采用12C通信协议的温度传感器来监控导航仪的工作温度;音频模块能够实现导航仪语音导航、电话功能和完成它们之间的切换。
AVBoard 调试电路
EthenelControl
MotherBoard
JTAG Conector
KeyBoard
图导航终端系统硬件框图
其它的外围电路还包括
1.存储器:
静态易失性存储器(RAM/SRAM)、动态存储器(DRAM)和非易失性存储器(Flash)。
2.标准接口:
应用最为普遍的包括并口、RS-232串口、IrDA红外接口、SPI串行外围设备接口,12C总线接接口、USB通用串行总线接口、Ethernet网口,USB,SDCARD等。
3.人机交互:
LCD,键盘和触摸屏等人机交互设备。
导航终端系统软件框架
2.2.1软件系统的组成
软件系统主要由:
应用软件、内核、系统服务、驱动程序等组成。
其组成示用意如图所示。
图软件系统组成示用意
驱动程序的设计框图
驱动程序是硬件平台与高层程序的中介。
它按结构能够分为两类:
分层的(Layered)和非分层的(Monolithic)。
非分层的驱动程序整体向高层程序提供了对硬件设备的控制,而分层的驱动程序模型在二者间增加了一个界面和接口(Interface)。
图驱动程序结构示用意
3基于ARM的嵌入式车载导航硬件设计
CPU芯片S3C2410的选择
Samsung公司推出的16/32位RISC处置器S3C2410A,为手持设备和一般类型应用提供了低价钱、低功耗、高性能小型微控制器的解决方案。
为了降低整个系统的本钱,S3C2410A提供了以下丰硕的部设备:
分开的16KB指令Cache和16KB数据Cache,MMU虚拟存储器管理,LCD控制器(支持STN—TFT),支持NANDFLASH系统引导,系统管理器(片选逻辑和SDRAM控制器),3通道UART,4通道DMA,4通道PWM按时器,I/O端口,RTC,8通道10位ADC和触摸屏接口,IIC-BUS接口,IIS-BUS接口,USB主机,USB设备,SD主卡—MMC卡接口,2通道的SPI和内部PLL时钟倍频器。
S3C2410A的显著特性是它的CPU核心,是一个由AdvancedRISCMachines(ARM)有限公司设计的16/32位ARM920TRISC处置器。
ARM920T实现了MMU,AMBABUS和Harvard高速缓冲体系结构。
这一结构具有独立的16KBCCache和16KB数据Cache,每一个都是由8字长的行(Line)组成。
通过提供一系列完整的系统外围设备,S3C2410AA大大减少了整个系统的本钱,消除为系统配置额外器件的需要。
本文档将介绍S3C2410A中集成的以下片上功能:
◆8V/内核供电,存储器供电,外部I/O供电;
◆具有16KB的I-Cache和16KB的D-Cache/MMU;
◆外部存储控制器(SDRAM控制和片选控制)
◆LCD控制器(最大支持4K色STN和256K色TFT)提供1通道LCD专用DMA;
◆4通道DMA并有外部请求引脚;
◆3通道UART(,16字节TxFIFO,和16字节RxFIFO)/2通道SPI;
◆1通道多主IIC-BUS/1通道IIS--BUS控制器。
◆兼容SD主接口协议版本和MMC卡协议兼容版。
◆2端口USB主机/1端口USB设备(版)
◆4通道PWM按时器和1通道内部按时器
◆看门狗按时器
◆117个通用I/O口和24通道外部中断源
◆功耗控制模式:
具有普通,慢速,空闲和掉电模式。
◆8通道10比特ADC和触摸屏接口
◆具有日历功能的RTC
◆具有PLL片上时钟发生器
SDRAM接口电路设计
SDRAM是SynchronousDynamicRandomAccessMemory的缩写,意思是同步动态随机存储器。
与Flash存储器相较较,SDRAM不具有掉电维持数据的特性,但其存取速度大大高于Flash存储器,且具有读/写的属性,因此,SDRAM在系统中主要用作程序的运行空间,数据及堆栈区。
要在系统中利用SDRAM,就要求微处置器具有刷新控制逻辑,或在系统中另外加入刷新控制逻辑电路。
S3C2410在片内具有独立的SDRAM刷新控制逻辑,可方便地与SDRAM接口。
目前常常利用的SDRAM为8位/16位的数据宽度,工作电压一般为。
主要的生产厂商为W/UNDAI、Samsung、Winbond等。
他们生产的同型器件一般具有相同的电气特性和封装形式,可通用。
本系统中利用HY57V561620型号芯片,它的存储容量为4组×4MX16位(32M字节),工作电压为,常见封装为54脚TSOP,兼容LVTTL接口,支持自动刷新(Auto-Refresh)和自刷新(Self-Refresh)。
16位数据宽度。
按照系统需求,可构建16位或32位的SDRAM存储器系统,但为充分发挥32位CPU的数据处置能力,大多数系统采用32位的SDRAM存储器系统。
HY57V561620BT-H为16位数据宽度,单片容量为32MB,系统选用的两片HY57V561620BT-H并联构建32位的SDRAM存储器系统,共64MB的SDRAM空间,可知足嵌入式操作系统及各类相对较复杂的功能运行要求。
与Flash存储器相较,SDRAM的控制信号较多,其连接电路也要相对复杂。
图为两片HY57V561620BT-H并联构建32位的SDRAM存储器系统的实际应用电路图,其中一片为高16位,另一片为低16位,可将两片HY57V561620BT-H作为一个整体配置到DRAM/SDRAMBank0--Bank3的任一名置,一般配置到DRAM/SDRAMBank0,即将S3C2410的SCS0接至两片HY57V561620BT-H的片选CS端。
两片HY57V561620BT-H的时钟CLK端接S3C2410的SCLK0端;两片HY57V561620Err-H的时钟使能端CKE接S3C2410的SCKE端:
两片HY57V561620BT-H的行地址锁存RAs、列地址锁存CAS、写使能WE端别离接S3C2410的NSRAS端、NSCAS端、NSWE端;HY57V561620-H的地址总线A11—A0接S3C2410的地址总线ADDR11-ADDR0;HY57V641620的组地址选择BS0,BS1接S3C2410的地址总线ADDRl3、ADDRl4;高16位片的数据总线DQl5一DQ0接S3C2410的数据总线的高16位:
DATA3l—DATAl6,低16位片的数据总线DQl5一DQ0接S3C2410的数据总线的低16位:
DATAl6一DATA0。
高16位片的数据I/O屏蔽UDQM,LDQM别离接S3C2410的nWBE3、nWBE2,低16位片的数据I/O屏蔽UDQM,LDQM别离接S3C2410的Nwbe一、Nwbe0。
图SDRAM与CPU芯片连接图
NANDFlash芯片选择及接口电路设计
一、NORFlash和NANDFlash的区别
NOR和NAND是此刻市场上两种主要的非易失闪存技术。
Intel于1988年第一开发NOR flash技术,完全改变了原先由EPROM和EEPROM一统天下的局面。
紧接着,1989年,东芝公司发表了NAND flash结构,强调降低每比特的本钱,更高的性能,而且象磁盘一样能够通过接口轻松升级。
NAND是高数据存储密度的理想解决方案。
NOR的特点是芯片内执行(XIP, eXecute In Place),如此应用程序能够直接在flash闪存内运行,没必要再把代码读到系统RAM中。
NOR的传输效率很高,在1~4MB的小容量时具有很高的本钱效益,可是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。
NAND结构能提供极高的单元密度,能够达到高存储密度,而且写入和擦除的速度也专门快。
应用NAND的困难在于flash的管理和需要特殊的系统接口。
二、性能比较
flash闪存是非易失存储器,能够对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。
任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行,所以大多数情形下,在进行写入操作之前必需先执行擦除。
NAND器件执行擦除操作是十分简单的,而NOR则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为0。
由于擦除NOR器件时是以64~128KB的块进行的,执行一个写入/擦除操作的时刻为5s,与此相反,擦除NAND器件是以8~32KB的块进行的,执行相同的操作最多只需要4ms。
执行擦除时块尺寸的不同进一步拉大了NOR和NADN之间的性能差距,统计表明,对于给定的一套写入操作(尤其是更新小文件时),更多的擦除操作必需在基于NOR的单元中进行。
如此,被选择存储解决方案时,设计师必需衡量以下的各项因素。
1. NOR的读速度比NAND稍快一些;
2. NAND的写入速度比NOR快很多;
3.大多数写入操作需要先进行擦除操作;
的擦除单元更小,相应的擦除电路更少。
三、接口不同
flash带有SRAM接口,有足够的地址引脚来寻址,能够很容易地存取其内部的每一个字节。
NAND器件利用复杂的I/O口来串行地存取数据,各个产品或厂商的方式可能各不相同。
8个引脚用来传送控制、地址和数据信息。
NAND读和写操作采用512字节的块,这一点有点像硬盘管理此类操作,很自然地,基于NAND的存储器就可以够取代硬盘或其他块设备。
四、靠得住性和耐用性
采用flash介质时一个需要重点考虑的问题是靠得住性。
对于需要扩展MTBF的系统来讲,Flash是超级适合的存储方案。
能够从寿命(耐用性)、位互换和坏块处置三个方面来比较NOR和NAND的靠得住性。
寿命(耐用性) 在NAND闪存中每一个块的最大擦写次数是一百万次,而NOR的擦写次数是十万次。
五、软件支持
在NOR器件上运行代码不需要任何的软件支持,在NAND器件上进行一样操作时,通常需要驱动程序,也就是内存技术驱动程序(MTD),NAND和NOR器件在进行写入和擦除操作时都需要MTD。
利用NOR器件时所需要的MTD要相对少一些,许多厂商都提供用于NOR器件的更高级软件,这其中包括M-System的TrueFFS驱动,该驱动被Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian和Intel等厂商所采用。
驱动还用于对DiskOnChip产品进行仿真和NAND闪存的管理,包括纠错、坏块处置和损耗平衡。
六、电路原理图
图NANDFlash接口电路设计
本论文采用的是K9F1208闪存芯片。
K9F1208对外数据接口为8位并行端口操作,别离为I/O0-I/O7。
具有读写功能、命令和地址锁存控制引脚、标志引脚和写保护引脚。
GPRS模块选择及接口电路设计
一、GPRS概述
GPRS是通用分组无线业务(GeneralPacketRadioService)的简称,它冲破了GSM网只能提供电路互换的思维方式,只通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部份改造来实现分组互换,这种改造的投入相对来讲并非大,但取得的用户数据速度却相当可观。
GPRS(GeneralPacketRadioService)是一种以全世界电话系统(GSM)为基础的数据传输技术,可说是GSM的延续。
GPRS和以往持续在频道传输的方式不同,是以封包(Packet)式来传输,因此利用者所负担的费用是以其传输资料单位计算,并非利用其整个频道,理论上较为廉价。
GPRS的传输速度可提升至56乃至114Kbps。
而且,因为再也不需要现行无线应用所需要的中介转换器,所以连接
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 ARM9 嵌入式 车载 导航 终端 设计
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)