【正文】 歷時(shí)兩周的課程設(shè)計(jì)就要結(jié)束了，我的課程設(shè)計(jì)報(bào)告也即將完成， 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課 程設(shè)計(jì) 19 黃智偉 . ARM9嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程 .北京 航空航天大學(xué)出版社 ,2020. 2胡順增楊偉國， Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，中國電力出版社， 3陳章龍，嵌入式技術(shù)與系統(tǒng)開發(fā)，北京航空航天大 學(xué)出版社 4周建鄭， GPS測(cè)量定位技術(shù)，化學(xué)工業(yè)出版社， 5王田苗，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)，清華大學(xué)出版社， 2020 6王建群 徐勇南 金瑞 韓臣，基于 Linux平臺(tái)的電動(dòng)客車駕駛信息終端研究， 北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，第 24卷第 2期， 7汪洋 旦 胡大可 鄭音飛，基于嵌入式 Linux和 GPRS的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系 統(tǒng)，《電子技術(shù)》 2020年第 8期 8 周立功 .ARM嵌入式 Linux系統(tǒng)構(gòu)建與驅(qū)動(dòng)開發(fā)范例 [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2020年 . 。勇 于嘗試往往能夠找到更好的解決方法。在寫代碼時(shí)，把每一個(gè)變量與過程考慮清楚才可能完成整個(gè)程序。 (2) 系統(tǒng)思維 必須有系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思維，把每一個(gè)細(xì)節(jié)都放到整個(gè)系統(tǒng)中考慮，考慮整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性、完整性、穩(wěn)定性和功能的實(shí)現(xiàn)，這樣才不會(huì)局限在細(xì)節(jié)上，才能快速的完成性能優(yōu)越的硬件設(shè)計(jì)。 本次 設(shè)計(jì)所涉及到的主要知識(shí)是有關(guān)嵌入式方面的。在課程設(shè)計(jì)中，我其實(shí)遇到了好多的困難，但我始終記得黃智偉教授的那句話：“你努力了可能做不好，但你不努力是絕對(duì)做不好的。 在課程設(shè)計(jì)的前期，我花了大量的時(shí)間收集資料，在圖書館和電氣工程學(xué)院書庫查閱大量資料，結(jié)合老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助，課程設(shè)計(jì)開始有了眉目，有了很大的進(jìn)展，后面的工作也能很好的開展下去。完善的網(wǎng)絡(luò)通信和 文件管理機(jī)制。在嵌入式操作系統(tǒng)的選取上采用嵌入式 Linux系統(tǒng)，因?yàn)樗哂腥缦聝?yōu) 點(diǎn) :廣泛的硬件支持 :內(nèi)核高效穩(wěn)定 。 本課題在設(shè)計(jì)過程中，對(duì)硬件實(shí)現(xiàn)采用集成化的思想，充分利用開發(fā)板的資 源 。介紹 了如何在嵌入式 Linux平臺(tái)下開發(fā)設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。 本文結(jié)合 GPS全球衛(wèi)星定位技術(shù)、 GIS地理信息處理技術(shù)、 CDMA數(shù)據(jù)通信 技術(shù)以及嵌入式系統(tǒng)等新技術(shù)進(jìn)行了車輛監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)研究，初步實(shí)現(xiàn)了全天 候定位、電子地圖顯示、視頻圖像采集與無線傳輸?shù)裙δ艿?GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)。盡管 它的發(fā)展歷史不長，但己引起各方面的廣泛關(guān)注，有著巨大的市場潛力。程序采取的措施是電話結(jié)束后發(fā)送stop短信保證不再占有信道，上網(wǎng)過程中遇到一些情況，比如 :服務(wù)器關(guān)閉，未打開，綁定失敗，服務(wù)器要求停止傳送等，都會(huì)自動(dòng)下線，并恢復(fù)到上網(wǎng)前的狀態(tài)。這樣模塊收到的短信總數(shù)永遠(yuǎn)不會(huì)超過 20條的上限，可以 保證短信的正常收發(fā) (如果短信己滿，則收不到新的短信 )。 /usr/sbin/chat 用來和服務(wù)器進(jìn)行會(huì)話，對(duì)超時(shí)、無應(yīng)答等進(jìn)行設(shè)置，和服務(wù)器進(jìn)行身份密碼驗(yàn)證。數(shù)據(jù)收發(fā)流程圖如圖 。終端成功上網(wǎng)后，便可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 (6)CDMA 的短信電話功能和上網(wǎng)傳數(shù)據(jù)功能不能同時(shí)占用信道，所以在進(jìn)行短信或電話功能時(shí)不能進(jìn)行上網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，反之亦然。如果綁定失敗，則終端會(huì)自動(dòng)下線。如果綁定成功，則結(jié)合 GPS和攝像頭進(jìn)行 GPS 和攝像頭數(shù)據(jù)的傳送 。 (3)手機(jī)向終端發(fā)送帶有“ st”字串的短信，終端收到短信后，自動(dòng)掛斷當(dāng)前的電話。短信收發(fā)流程圖如圖 ，程序使用 AT命令進(jìn)行相關(guān)操作 (l)手機(jī)向終端發(fā)送帶有“ Position” 字串的短信，終端收到短信后，結(jié)合 GPS模 塊 然后以短信的方式返回給手機(jī)。 GPS 接收機(jī)采用 uBloxRCBLC，接收數(shù)據(jù)采用 NMEA0183格式，波特率設(shè)為 。 本系統(tǒng)車載終端硬件部分主要包括 X HyperXscalePXA255B開發(fā)板，液晶屏， GPS接收板。 (4)遠(yuǎn)程無線圖像監(jiān)控 :通過接收由 CDMA無線網(wǎng)絡(luò)傳送來的車載終端發(fā)送的圖像信息、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線圖像 監(jiān)控功能。電子地圖可任意放大、縮小、還原、移動(dòng)，還可提供車輛的運(yùn)行軌跡。 系 統(tǒng)在車輛導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用 監(jiān)控中心部分的主要功能有 : (1)數(shù)據(jù)跟蹤 :將車輛的各種實(shí)時(shí)行駛信息以列表的方式顯示出來，以供查詢。此外，截取的關(guān)鍵視頻圖片還可以通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送到監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線圖像監(jiān)控。坐標(biāo)數(shù)據(jù)經(jīng)處理 后可以顯示在本機(jī)上，同時(shí)通過 CDMA 模塊，以短信的形式將車輛的位置、狀態(tài)等信息發(fā)送至公網(wǎng)，公網(wǎng)將接收到的車輛定位信息傳送至監(jiān)控中心，在監(jiān)控中心經(jīng)過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的處理后與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上的 GIS電子地圖進(jìn)行匹配，并在地圖上動(dòng)態(tài)顯示坐標(biāo)的正確位置。 本系統(tǒng)由車載 GPS終端、通信系統(tǒng)、監(jiān)控中心三大部分組成，見圖 。最重要的是 CDMAIX具有上網(wǎng)成本低、傳輸速率快的特點(diǎn)而且可向 3G平臺(tái)平滑過渡，但一般 CDMAIX模塊價(jià)格偏高。 CDMA 網(wǎng)是覆蓋范圍廣泛的全數(shù)字網(wǎng)，具備提供語音和數(shù)據(jù)服務(wù)的諸多優(yōu)點(diǎn)，包括較低的誤碼率及極低的成本。但其傳輸速率較低，傳輸圖像、視頻等大數(shù)據(jù)有困難。其中 WiFi采用 nMbP/s，但傳輸距離有限一般只有 50150米。這種方式的實(shí)時(shí)性好，但是投資大，如果建立一個(gè)能夠覆蓋全省道路網(wǎng)范圍的集群網(wǎng)絡(luò)需要的投資巨大。 (2)衛(wèi)星通信 GPS的定位信息直接通過衛(wèi)星電話網(wǎng)傳送給控制中心，這種方式的好處是覆蓋面廣，基本沒有盲區(qū)，但是設(shè)備復(fù)雜成本高昂，適合軍事、科學(xué)考察等用途，但對(duì)于本系統(tǒng)來說，過高的成本不適合實(shí)際運(yùn)營。電臺(tái)方式的缺點(diǎn)是速度比較慢，容量小，系統(tǒng)覆蓋范圍小，且建設(shè)和維護(hù)電 臺(tái)基站系統(tǒng)的成本很高，不是一般用戶所能承受。 綜合各種因素，本系統(tǒng)選取的 GPS接收機(jī)型號(hào)為 u— BloxRCBLC，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如下 : 選擇嵌入式處理器 選擇嵌入式操作系統(tǒng) 開發(fā)嵌入式應(yīng)用軟件 開發(fā)結(jié)束 系統(tǒng)測(cè)試 測(cè)試通過 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課 程設(shè)計(jì) 11 本系統(tǒng)作為一個(gè)車載 GPS導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)，如何將定位信息傳回控制中心對(duì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要，國內(nèi)外目前采用的通信方式主要有以下幾種 : (l)無線電臺(tái) 采用電臺(tái)方式傳送數(shù)據(jù)，需要配備車載電臺(tái)。但考慮到 USB或藍(lán)牙接口模塊一般不提供 Linux驅(qū)動(dòng)程序，如選用要自行編寫驅(qū)動(dòng)程序難度較大。 GPS 接收機(jī)選擇 GPS接收機(jī)模塊用于接收經(jīng)緯度數(shù)據(jù)并通過 GPS更新系統(tǒng)時(shí)間。 建立交又開發(fā)環(huán) 境是進(jìn)行嵌入式軟件開發(fā)的第一步，目前常用的交叉開發(fā)環(huán)主要有開放和商業(yè)兩種類型。需要交叉開發(fā)環(huán)境 (CrossDevelopmentEnvironment)的支持是嵌入式應(yīng)用軟開發(fā)時(shí)的一個(gè)顯著特點(diǎn)。 嵌入式系統(tǒng)通常是一個(gè)資源受 限的系統(tǒng)，因此直接在嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺(tái)上編寫軟件比較困難，有時(shí)候甚至是不可能的。 嵌入式系統(tǒng)是一種根據(jù)特定用途所開發(fā)的專用系統(tǒng)，它只完成預(yù)期要完成的功能，因此其開發(fā)過程和開發(fā)環(huán)境同傳統(tǒng)的軟件開發(fā)相比有著顯著的不同。 這些都為開發(fā)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用打下了很好的基礎(chǔ)。嵌入式 Linux為開發(fā)者提供了一套完整的工具鏈 (腸 01ehain)，它利用 GNU的 gee 做編譯器，用 gdb、 kgdb、 xgdb做調(diào)試工具，能夠很方便地實(shí)現(xiàn)從操作系統(tǒng)到 應(yīng)用軟件各個(gè)級(jí)別的調(diào)試。傳統(tǒng)的嵌入式開發(fā)調(diào)試工具是在線仿真器 (In 一 CireultEmulator， ICE)，它通過取代目標(biāo)板的微處理器，給目標(biāo)程序提供一個(gè)完整的仿真環(huán)境，從而使開發(fā)者能夠非常清楚地了解到程序在目標(biāo)板上的工作狀態(tài)，便于監(jiān)視和調(diào)試程序。在 Linux上開發(fā)嵌入式應(yīng)用軟件一般不用從頭做起，而是可以選擇一個(gè)類似的自由軟件做為原型，在其上進(jìn)行二次開發(fā)。 (3)開放源碼，軟件豐富 Linux是開放源 代碼的自由操作系統(tǒng)，它為用戶提供了最大限度的自由度，由于嵌入式系統(tǒng)千差萬別，往往需要針對(duì)具體的應(yīng)用進(jìn)行修改和優(yōu)化，因而獲得源代碼就變得至關(guān)重要了。 (2)內(nèi)核高效穩(wěn)定 Linux內(nèi)核的高效和穩(wěn)定已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)得到了大量事實(shí)的驗(yàn)證， Linux 的內(nèi)核設(shè)計(jì) 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課 程設(shè)計(jì) 9 非常精巧，分為進(jìn)程調(diào)度、內(nèi)存管理、進(jìn)程間通信、虛擬文件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)接口五大部分，其獨(dú)特的模塊機(jī)制可以根據(jù)用戶的需要，實(shí)時(shí)地將某些模塊插入到內(nèi)核或從內(nèi)核中移走。 (l)廣泛的硬件支持 Linux 能夠支持 x8 ARM、 MIPS、 ALPHA、 PowerPC 等多種體系結(jié)構(gòu)，目前己經(jīng)成功移植到數(shù)十種硬件平臺(tái)，幾乎能夠運(yùn) 行在所有流行的 CPU 上。嵌入式 Linux的開發(fā)和研究是操作系統(tǒng)領(lǐng)域中的一個(gè)熱點(diǎn)，目前已經(jīng)開發(fā)成功的嵌入式系統(tǒng)中，大約有一半使用的是 Linux。 Linux 從 1991 年問世到現(xiàn)在，短短的十幾年時(shí)間己經(jīng)發(fā)展成為功能強(qiáng)大、設(shè)計(jì)完善的操作系統(tǒng)之一，不僅可以與各種傳統(tǒng)的商業(yè)操作系統(tǒng)分庭抗?fàn)?，在新興的嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)也獲得了飛速發(fā)展。 實(shí)時(shí)系統(tǒng) (RealTimeSystem)是 一種能夠在指定或者確定時(shí)間內(nèi)完成系統(tǒng)功能，并且對(duì)外部和內(nèi)部事件在同步或者異步時(shí)間內(nèi)能做出及時(shí)響應(yīng)的系統(tǒng)。 嵌入式操作系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用場合可以分為兩大類 :一類是面向消費(fèi)電子產(chǎn)品的非實(shí)時(shí)系統(tǒng)，這類設(shè)備包括個(gè)人數(shù)字助理 (PDA)、移動(dòng)電話、機(jī)頂盒 (STB)等 。 嵌入式 Linux操作系統(tǒng) 為了使嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)更加方便和快捷，需要有專門負(fù)責(zé)管理存儲(chǔ)器分配、中斷處理、任務(wù)調(diào)度等功能的軟件 模塊，這就是嵌入式操作系統(tǒng)。 (