【文章內(nèi)容簡介】 32 串口 一般使用的通信接口之一就應(yīng)該是 RS232，外圍設(shè)備之間的通信可以用， PC主機之間進行通信也可以用。板子上接的是 系統(tǒng)， max 3232 負責 PC 機到 RS232 的電平轉(zhuǎn)換 [2]。 畢業(yè)設(shè)計說明書 15 圖 13 RS232串口 車載臺的概況 本次設(shè)計的導(dǎo)航系統(tǒng)完成的主要功能是通過安裝在該車輛上的車載臺來把該車輛的所在的經(jīng)度，緯度等狀態(tài)消息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送到用戶手機或者指揮控制中心，從而能實現(xiàn)對汽車的監(jiān)控，并且可以對汽車運行動態(tài)進行有效的掌握。根據(jù)車載臺的設(shè)計要求，車載臺由 sim908 GPS/GSM 模塊、嵌入微處理器核的 FPGA 開發(fā)板作為信息處理和控制模塊。 FPGA 上嵌入式微處理器的介紹 NIOS II 處理器是一種嵌入式處理器，它是 Altera 公司生產(chǎn)的第二代用戶能自己配置的處理器，該處 理器是 32位的系統(tǒng)。 altera 公司是唯一一家生產(chǎn)通用的 FPGA構(gòu)架的 CPU 核心 [2]。 SOPC（片上可編程系統(tǒng)）是最為核心得部分。處 NIOS II 處理器。以軟核的方式出現(xiàn)，擁有非?？煽康撵`活性和可設(shè)置性是 NIOS II 處理器非常顯著的特點。 NIOS II 的設(shè)計包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩個方面。在 Quartus II 這個軟件中實現(xiàn)硬件部分的設(shè)計， NIOS II IDE 集成設(shè)計環(huán)境中進行軟件程序的設(shè)計。 Nios II 處理器內(nèi)核分為三種不同的類型分別為快速型、經(jīng)濟型和標準型 [15]?？焖傩偷膬?nèi)核非常好的可靠性， 經(jīng)濟型內(nèi)核占用的資源非常小，標準型的內(nèi)核在功能和體積中間做了一個權(quán)衡。 畢業(yè)設(shè)計說明書 16 車載臺硬件系統(tǒng)的搭建設(shè)計 系統(tǒng)的軟核框圖如下所示： 圖 14 軟核的構(gòu)成框圖 （ 1）系統(tǒng)的時鐘設(shè)計考慮到車載臺系統(tǒng)需要兩個時鐘，一個用于為 NIOS 軟核提供 50MHZ,一個用于給 SDRAM 提供時鐘。它們都分別外部時鐘經(jīng)鎖相環(huán)提供。在 PLL 設(shè)置如下： 圖 15 鎖相環(huán)配置圖（一） 畢業(yè)設(shè)計說明書 17 圖 16鎖相環(huán)配置圖（二） （ 2） 系統(tǒng)總體設(shè)計 選用了 SDRAM 和 FLASH 兩個存 儲器。由于要讓程序在外設(shè)的存儲器中運行，所以將 NIOS 軟核中的復(fù)位向量設(shè)置為 FLASH,異常向量設(shè)置為 SDRAM。軟核主要由CPU,SDRAM,FLASH,3 個 UART 串口一個 SYSTEM ID 組成。一個串口用于連接計算機進行調(diào)試，一個連接 GPS 模塊，一個連接 GSM 模塊。 SYSTEM ID 起到的功能在運行程序之前或開啟板子之后，他們會被其進行驗證，可以防止 quartus 和 nios 程序版本不一樣導(dǎo)致運行錯誤的發(fā)生。硬件電路圖如下圖所示： 畢業(yè)設(shè)計說明書 18 圖 17 軟核構(gòu)建示意圖 圖 18 軟核構(gòu)建編譯成功 畢業(yè)設(shè)計說明書 19 圖 19硬件系統(tǒng)電路圖 圖 20 硬件系統(tǒng)電路及引腳分配 畢業(yè)設(shè)計說明書 20 車載臺軟件系統(tǒng)的設(shè)計 GPS 模塊的工作流程 如下： 圖 21 GPS工作流程圖 先將 GPS 模塊進行初始化，檢測接收到的數(shù)據(jù)頭是否正確，如果收到的數(shù)據(jù)開頭是 ” $” ,則繼續(xù)接收，直到 ’ *‘跳出循環(huán)停止接收。將接收到的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到 GSM 模塊顯示。 GSM 模塊的工作流程 畢業(yè)設(shè)計說明書 21 圖 22 GSM模塊工作流程圖 通過發(fā)送 AT 指令，打開 GSM 模塊，通過發(fā)送 AT+IPR=9600 設(shè)置波特率， AT+CMGF=1設(shè)置為短信模式（英文）。 AT+CMGD=1， 4 刪除卡內(nèi)信息以便讀取新信息。檢測是否接收到新信息。 系統(tǒng)總工作流程 畢業(yè)設(shè)計說明書 22 圖 23 系統(tǒng)工作 流程圖 主函數(shù)初始化，采集 GPS 模塊接受到的信息，查詢是否接收到控制命令，如果收到，調(diào)用 GSM 模塊，將定位信息發(fā)送到用戶手機。 GSM 模塊測試 sim908 模塊中 GSM 部分的測試并 使用了串口助手對常用的模塊初始化指令進行了驗證。將 GSM 模塊接通電源，連接好串口線之后，打開開關(guān)。工作狀態(tài)指示燈開始閃爍。接下來在 PC 機上利用串口調(diào)試助手如下圖所示， 發(fā)送 AT 指令接收到 OK，說明串口和模塊的通信正常。 畢業(yè)設(shè)計說明書 23 圖 24 GSM模塊測試結(jié)果 常用的模塊初始化指令： AT 握手指令，確認串口和模塊通信正常 OK AT+IPR=9600 修改波特率，最高 115200,0 為自適應(yīng)波特率 OK AT+CMEE=2 打開錯誤碼 OK AT+GMI 查詢模塊的制造商 OK AT+GMM 查詢模塊型號 OK AT+CPIN?: 檢查 SIM 卡是否插入 +CPIN:READY :提示 SIM 卡準備好 讀取短信流程 AT+CMGR=1 讀取短信， 1 為短信位置號 +CMGR:1， 39。39。39。39。,153 畢業(yè)設(shè)計說明書 24 發(fā)送文本短信 AT+CMGF=1 設(shè)置為文本模式 OK AT+CMGS=15018750559 接受號碼 》 hello 短信內(nèi)容 GPS 模塊測試 sim908 模塊中 GPS 部分的測試并 使用了串口助手對常用的模塊初始化指令進行了驗證。 首先在串口助手中初始化 GPS，輸入指令： AT+CGPSPWR=1，返回 OK 再輸入： AT+CGPSRST=1，返回 OK，然后插上 GPS 天線放在室外，并把串口接在 sim908 的GPS 接口上，過幾分鐘，串口助手上開始顯示定位信息。關(guān)閉助手串口，打開 Mini GPS,定位一段時間后， 開始接收到定位信息。 如下圖所示： 圖 25 GPS測試結(jié)果顯示 畢業(yè)設(shè)計說明書 25 圖 26 （ — ） 圖 27 （二） 接收到的一組數(shù)據(jù)分析如下： $GPRMC,A,N,E,0,000,0,0,030614,A*67 畢業(yè)設(shè)計說明書 26 字段 0： $GPRMC，語句 ID，表明該語句為 Remended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data（ RMC）推薦最小定位信息字段 1： UTC 時間， 格式 字段 2：狀態(tài)， A=定位 字段 3：緯度 ，度分格式 字段 4：緯度 N（北緯） 字段 5：經(jīng)度， ,度分格式 字段 6：經(jīng)度 E（東經(jīng)） 字段 7：速度， 靜止 字段 8：方 位角 0度 字段 9： UTC 日期， 14年 6月 3號 字段 10：磁偏角 字段 11：磁偏角方向， E=東 W=西 字段 16：校驗值 系統(tǒng)總體測試 搭建好硬件電路后，用線連接好 FPGA 開發(fā)板和 sim908 模塊。將軟件程序下載到板子里進行測試，用串口線從 GSM 接口連接到電腦上， 對開發(fā)板和 908 模塊之間的通信進行檢測 ，通過 串口助手顯示定位信息。初始化成功后，剛開始沒有定位，過一段時間后開始顯示正確的定位信息，如下圖 : 圖 28 初始化過程 畢業(yè)設(shè)計說明書 27 ATE1 打開回顯 AT+CMGD=1， 4 刪除卡內(nèi)短信，以便以后 接收新信息 AT+CMGF=1 短信設(shè)置為文本模式（英語） AT+IPR=9600 設(shè)置串口的波特率為 9600 AT+CGPSPWR=1 打開 GPS 模塊的電源 AT+CGPSRST=0 設(shè)置 GPS 模塊冷啟動 AT+CGPSIPR=9600 設(shè)置 GPS 模塊的串口波特率為 9600 AT+CGPSOUT=32 設(shè)置 GPS 數(shù)據(jù)輸出格式為 GPRMC,GPVTR AT+CPMS=’ SM’ 設(shè)置短信存儲到 SM 卡 定位信息分析見 GPS 模塊調(diào)試部分 圖 29 顯示定位信息 畢業(yè)設(shè)計說明書 28 結(jié)論 本文研究了基于 FPGA 的 遠程定位技術(shù)，分為硬件開發(fā)和軟件開發(fā)兩個部分。在quartus II 中實現(xiàn)硬件設(shè)計，在 NIOS IDE 軟件中實現(xiàn)軟件程序的編寫。在 quartus II軟件中的 SOPC builder 中建立出該設(shè)計需要的軟核是本次設(shè)計的硬件設(shè)計部分。首先根據(jù)題目的需求，在 quartus II 軟件中的 SOPC builder 里把軟核構(gòu)建出來。由于在最后的測試過程中用到串口調(diào)試助手，因此，在軟核的構(gòu)建中，將 RS232 的波特率設(shè)置為 9600。然后在 quartus II 里搭建出硬件電路圖。然后按照設(shè)計要求編寫相應(yīng)的程序。本程序是在 NIOS IDE 軟件中編寫，類似于 C語言。 由于是初次接觸 quartus II 和 NIOS IDE 這兩個軟件，遇到過各種各樣的困難，在一開始軟核的設(shè)計中，由于沒有對 CPU 的復(fù)位向量和異常向量進行設(shè)置，導(dǎo)致軟核的編譯出現(xiàn)錯誤。在運行程序的時候，由于配置不當，程序運行沒有出現(xiàn)錯誤，可是就是不出現(xiàn)象。經(jīng)過查閱大量的資料后，才知道原來想讓程序在外部存儲器 (SDRAM)里運行，那么 CPU 中的復(fù)位向量必須選用 EPCS4 或 FLASH。由于板子資源有限不含有FLASH 存儲器，所以選用復(fù)位向量為 EPCS4。在調(diào)試的過程中，由于沒 有對串口助手的波特率進行正確的設(shè)置，導(dǎo)致接收到的定位信息出現(xiàn)亂碼，串口助手的波特率，軟核設(shè)置時的波特率和程序中的波特率要保持一致，而且該波特率是串口能正常接受指令的波特率，該設(shè)計中采用 9600。 在設(shè)計的過程中，雖然遇到了很多問題，經(jīng)過自己的不斷努力和老師等人的熱心幫助，好多看來不能解決的問題都迎刃而解了。讓我明白了一個道理，事情不管有多難，只要自己不斷地努力，總會學到東西的。由于個人的能力不足和時間問題，沒能實現(xiàn)設(shè)計要求的全部功能，覺得很遺憾。這次的設(shè)計經(jīng)歷也在很大程度上培養(yǎng)了我的自學能力，在今后的學習過 程中，我會更加努力，不斷地提高自己的自學能力。 畢業(yè)設(shè)計說明書 29 參考文獻 [1]席鋒濤 . 基于 GPS/GSM/GIS 車載監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) [D].西安電子科技大學 ,2021. 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