【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ...................................................................32 地圖顯示測(cè)試 ...........................................................................................................34 GPS信號(hào)檢測(cè)測(cè)試 .....................................................................................................37 功耗測(cè)試 ..................................................................................................................37 其他測(cè)試 ..................................................................................................................37 測(cè)試結(jié)果分析 ...........................................................................................................38 8 總結(jié) ....................................................................................................................................39 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................41 致謝 .......................................................................................................................................42 附錄 A.....................................................................................................................................43 附錄 B.....................................................................................................................................44 基于 ARM 的便攜式 GPS 終端設(shè)計(jì) 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2021 屆學(xué)士學(xué)位論文 5 1 引言 隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的快速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)己經(jīng)廣泛滲透到人們的工作、生活中，從家用電器、手持通訊設(shè)備、信息終端、儀器儀表到汽車、航天航空、軍事裝備、制造工業(yè)、過程控制等。尤其是隨著嵌入式系統(tǒng)與 Inter 的日益結(jié)合，使得嵌入式應(yīng)用項(xiàng)目越來越多樣化，嵌入式電子產(chǎn)品的功能也日益強(qiáng)大。 GPS 是英文 Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）的簡(jiǎn)稱，而其中文簡(jiǎn)稱為 “ 球位系 ” 。 GPS 是 20 世紀(jì) 70 年代由美國(guó)陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 。其主要目的是為陸 、海、空三大領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、 全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的 。隨著人民生活水平的法杖， GPS 技術(shù)被越來越多的應(yīng)用在個(gè)人 PDA、個(gè)人車載終端、手機(jī)等個(gè)人設(shè)備上。人們通過手持 GPS，能準(zhǔn)確知道自己所在的位置，從實(shí)現(xiàn)到導(dǎo)航、確定旅游路線、獲取地理信息等功能。本文介紹的 GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)，以 ARM 作為主控芯片，配以 GPS、 TFT 觸摸屏、嵌入式 LINUX 操作系統(tǒng)，構(gòu)建了一個(gè)集 GPS 信息顯示、地圖顯示、語(yǔ)音導(dǎo)航為一體的完整系統(tǒng)。本系統(tǒng)在一定程度上推動(dòng)了個(gè)人手持GPS導(dǎo)航設(shè)備研究的發(fā) 展。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2021 屆學(xué)士學(xué)位論文 6 2 本文的研究背景 嵌入式技術(shù) 隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的快速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)己經(jīng)廣泛滲透到人們的工作、生活中，從家用電器、手持通訊設(shè)備、信息終端、儀器儀表到汽車、航天航空、軍事裝備、制造工業(yè)、過程控制等。尤其是隨著嵌入式系統(tǒng)與 Inter 的日益結(jié)合，使得嵌入式應(yīng)用項(xiàng)目越來越多樣化，嵌入式電子產(chǎn)品的功能也日益強(qiáng)大 [1][2]。 嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，是嵌入式系統(tǒng)的核心。而刪處理器具有高性能低功耗、低成本等顯著優(yōu)點(diǎn)，已成為高性能、低功耗 嵌入式微處理器的代名詞，是目前 32 位、 64 位嵌入式處理器中應(yīng)用最為廣泛的一個(gè)系列。而英國(guó)先進(jìn) RISC 機(jī)器公司 (Advanced SC Machines) 作為 fabless、 chipless 這一生產(chǎn)模式最為成功的典范，既不生產(chǎn)芯片，也不銷售芯片，而是設(shè)計(jì)出高效的 P內(nèi)核，授權(quán)給各半導(dǎo)體公司使用；半導(dǎo)體公司在刪技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)自己公司的產(chǎn)品定位，添加自己的設(shè)計(jì)并推出芯片產(chǎn)品；最后由 OEM 客戶采用這些芯片來構(gòu)建基于 ARM 技術(shù)的最終應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)品。經(jīng)過 10 多年的發(fā)展， ARM公司己是業(yè)界領(lǐng)先的碑供應(yīng)商。 [3] ARM 微處理器得到了眾多半導(dǎo)體廠家和整機(jī)廠商的大力支持，全球已有 10多家公司在采用刪技術(shù)， 20 家最大的半導(dǎo)體廠商中有 19 家是 ARM 的用戶，包括 TI、Philips 和 Intel 等公司。優(yōu)良的性能和準(zhǔn)確的市場(chǎng)定位極大地豐富了 A 蹦資源，加速了基于刪核的、面向各種應(yīng)用系統(tǒng)芯片的開發(fā)應(yīng)用，使得刪獲得了更廣泛的應(yīng)用，確立了 ARM 技術(shù)的市場(chǎng)領(lǐng)先地位。 ARM 在高性能嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域獲得了巨大的成功，己在 32 位嵌入式應(yīng)用中穩(wěn)居世界第一。在 2021 年，基于 ARM 核的芯片占據(jù)了整個(gè) 3 64 位嵌入式微處理器市場(chǎng)的 79， 5％，全 世界已使用了 20 多億個(gè) ARM核。如今， ARM 公司已經(jīng)成為業(yè)界的龍頭老大，“每個(gè)人口袋中都裝著 ARM”是毫不夸張的，因?yàn)閹缀跛械氖謾C(jī)、移動(dòng)設(shè)備、 PDA 都是用基于 ARM 核的系統(tǒng)芯片開發(fā)的。 嵌入式操作系統(tǒng)是支持嵌入式系統(tǒng)工作的操作系統(tǒng)軟件，一般用于比較復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)中 。 [4]嵌入式操作系統(tǒng)一般具有實(shí)時(shí)特點(diǎn)，是嵌入式系統(tǒng)的靈魂，它的出現(xiàn)大大提高了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的效率，減少了系統(tǒng)開發(fā)的總工作量，而且提高了嵌入式應(yīng)用軟件的可移植性。目前常見的嵌入式操作系統(tǒng)有 Linux、Vxworks、 windowsCE、 Palm OS 等。其中 是微軟推出的一款面向嵌 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2021 屆學(xué)士學(xué)位論文 7 入式應(yīng)用的操作系統(tǒng)，它繼承了 windows 家族優(yōu)秀的圖形用戶界面，是一款多任務(wù)、模塊化、實(shí)時(shí)性能好、通信能力強(qiáng)大且支持多種 CPU 的操作系統(tǒng)。 是微軟專門為信息設(shè)備、移動(dòng)應(yīng)用、消費(fèi)類電子產(chǎn)品等領(lǐng)域設(shè)計(jì)開發(fā)的操作系統(tǒng)產(chǎn)品，己開始廣泛應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、智能手機(jī)、 PDA、工業(yè)控制等嵌入式領(lǐng)域。 自從 1978 年 2 月 22 日第一顆 GPS 試驗(yàn)衛(wèi)星進(jìn)入軌道以來， 27 年間 GPS 已經(jīng)顯示了它巨大的社會(huì)、軍事作用與經(jīng)濟(jì)、 社會(huì)效益。 [5]GPS 衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航、定位信號(hào)，作為一種時(shí)空信息資源，可在全球范圍內(nèi)向無數(shù)用戶提供位置、速度和時(shí)間信息。 GPS 是一個(gè)全球性、全天候、全天時(shí)、高精度的導(dǎo)航定位和時(shí)間傳遞系統(tǒng)，空間部分由 24 顆衛(wèi)星組成，主要是用于軍用，現(xiàn)在己經(jīng)漸漸轉(zhuǎn)變?yōu)檐娒駜捎孟到y(tǒng)。隨著 GPS 向民用開放，它所蘊(yùn)藏的巨大商機(jī)也被發(fā)掘出來。 GPS 不僅用于導(dǎo)彈、飛船的導(dǎo)航定位，更是廣泛用于飛機(jī)、汽車、船舶的導(dǎo)航定位，公安、銀行、醫(yī)療、消防等用它建立監(jiān)控、報(bào)警、救援系統(tǒng)，企業(yè)用它建立現(xiàn)代物流管理系統(tǒng)，農(nóng)業(yè)、林業(yè)、環(huán)保、資源調(diào)查、物理勘探 、電信等都離不開導(dǎo)航定位，特別是隨著衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的集成微型化，出現(xiàn)各種融通信、計(jì)算機(jī)、 GPS 于一體的個(gè)人信息終端，使衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)從專業(yè)應(yīng)用走向大眾應(yīng)用，成為繼通信、互聯(lián)網(wǎng)之后的 IT 第二個(gè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。 隨著嵌入式系統(tǒng)的高度發(fā)展和 GPS 應(yīng)用的逐漸廣泛，尤其是我國(guó)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的使用，現(xiàn)在車載導(dǎo)航系統(tǒng)和手持導(dǎo)航設(shè)備的開發(fā)已經(jīng)成為嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)熱門方面。 GPS 主要功能有定位、測(cè)量及授時(shí)等，而動(dòng)態(tài) (即瞬間 )定位是 GPS 民用的主要功能， GPS 車載導(dǎo)航是民用最廣泛的項(xiàng)目之一。 GPS 車載導(dǎo)航系統(tǒng)包括： GPS接收機(jī)、控 制系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)及顯示器等幾部分。目前，車載導(dǎo)航系統(tǒng)在美國(guó)、日本已經(jīng)商品化，在我國(guó)也早已展開了很多的研究和設(shè)計(jì)。中國(guó)是個(gè) GPS 應(yīng)用大國(guó)，車載導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)的研制具有廣泛的實(shí)用價(jià)值和市場(chǎng)前景，但是從系統(tǒng)的技術(shù)水平和產(chǎn)品的質(zhì)量和成熟程度來說，我們還處在往上發(fā)展時(shí)期。目前，城市建設(shè)發(fā)展速度越來越快，道路變得也越來越復(fù)雜，在這種情況下，隨著汽車的日益普及，找到一種方式，使人們能夠從容的面對(duì)錯(cuò)綜復(fù)雜的交通網(wǎng)，己經(jīng)迫在眉睫。利用 GPS 進(jìn)行車輛定位導(dǎo)航是個(gè)不錯(cuò)的選擇。而傳統(tǒng)的基于 PC 構(gòu)架的定位系統(tǒng)顯然已無法適應(yīng)市場(chǎng)的需求， 因此，研究和開發(fā)基于嵌入式系統(tǒng)的 GPS 定位系統(tǒng)具有現(xiàn)實(shí)意義。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2021 屆學(xué)士學(xué)位論文 8 3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 個(gè)人手持設(shè)備要求界面美觀、功耗低、易于操作。系統(tǒng)應(yīng)有彩色觸摸屏；低功耗、高速度的處理芯片；帶有嵌入式操作系統(tǒng)； GPS 信息接收模塊； sd卡用以存放地圖； 模塊 框圖 分別 如圖 1所示 ： 部分模塊設(shè)計(jì)方案 控制模塊設(shè)計(jì)方案 方案一：采用凌陽(yáng)公司的 16 位單片機(jī)，它是 16 位控制器，具有體積小、驅(qū)動(dòng)能力高、集成度高、易擴(kuò)展、可靠 性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。用于語(yǔ)音處理和識(shí)別等領(lǐng)域。滿足系統(tǒng) GPS 模塊和語(yǔ)音導(dǎo)航功能的需要。由于本系統(tǒng)需要彩色人機(jī)交互界面，對(duì)處理速度要求較高，故不采用。 方案二：采用 samsung 公司的 s3c2440。 S3c2440 采用 ARM920t 內(nèi)核，實(shí)現(xiàn) S3c2440 TFT 觸摸屏 Sd 卡 （存放地圖） Gps 模塊 電 源 串口 （調(diào)試及下載） Nand flash Nor flash 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2021 屆學(xué)士學(xué)位論文 9 了 MMU、 ARBA、 BUS 和 Harvard 高速緩沖體系結(jié)構(gòu)。是一塊高性能、低功耗的嵌入式芯片?？芍踩氩僮飨到y(tǒng)。在個(gè)人 PDA 領(lǐng)域應(yīng)用及廣。植入操作系統(tǒng)后，在用戶 GUI 編程方面具有很大優(yōu)勢(shì)。內(nèi)置 AD/DA，便于擴(kuò)展語(yǔ)音模塊。故選用此芯片為主控芯片。 操作系統(tǒng)選擇方案 Linux 操作系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在嵌入式設(shè)備中，其源代碼開放、免費(fèi)；內(nèi)核性能高效、多任務(wù)、可制定；完善的圖形管理、文件管理機(jī)制； 良好的開發(fā)環(huán)境 、強(qiáng)大的 工具集 。 可移植 QT 開發(fā)環(huán)境，可實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的編譯，代碼重用率高。 GPS 模塊選擇方案 方案一：采用串口接口 GPS 模塊。優(yōu)點(diǎn)：便于驅(qū)動(dòng)，價(jià)格便宜。缺點(diǎn)：嵌入式 linux 的調(diào)試需要用到串口，若 GPS 模塊占用了串口會(huì)造成調(diào)試不便。故不采用 方案二：采用 usb 接口 GPS 模塊。優(yōu)點(diǎn)：便于攜帶、連接開發(fā)板。缺點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)相對(duì)較難、價(jià)格相對(duì) 較貴。為了便于調(diào)試和攜帶，采用 usb 接口 GPS 模塊。 顯示模塊設(shè)計(jì)方案 方案一：采用 LCD 顯示。液晶顯示屏（ LCD）具有輕薄短小，低耗電量。但不能實(shí)現(xiàn)觸摸功能，故部采用。 方案二：采用 TFT 顯示。 TFT 屏幕帶有四線式電阻觸摸膜，能實(shí)現(xiàn)觸摸功能、便于用戶操作，故采用。