【正文】 編程。 即使被映像到啟動存儲區(qū)，仍然可以在它原先的存儲器 空間內訪問相關第 2 章 系統(tǒng)總體設計和關鍵技術 17 的存儲器。在系統(tǒng)復位后， SYSCLK 的第 4 個上升沿， BOOT 管腳的值將被鎖存。 根據(jù)選定的啟動模式，主閃存存儲器、系統(tǒng)存儲器或 SRAM 可以按照以下方式訪問： (1)從主閃存存儲器啟動 , (2)從系統(tǒng)存儲器啟動 , (3)從內置SRAM 啟動。 表 21 啟動模式 啟動模式選擇管腳 啟動模式 說明 BOOT1 BOOT0 X 0 用戶閃存存儲器 用戶閃存存儲器被選為啟動區(qū)域 0 1 系統(tǒng)存儲器 系統(tǒng)存儲器被選為啟動區(qū)域 1 1 內嵌 SRAM 內嵌 SRAM 被選為啟動區(qū)域 在系統(tǒng)復位后， SYSCLK 的第 4 個上升沿， BOOT 管腳的值將被鎖存。其 他所有沒有分配給片上存儲器和外設的存儲器空間都是保留的地址空間 。外設寄存器的映像請參考相關章節(jié)。數(shù)據(jù)字節(jié)以小端格式存放在存儲器中。當對 APB 寄存器進行 8 位或者 16 位訪問時，該訪問會被自動轉換成 32 位的訪問：橋會自動將 8 位或者 32 位的數(shù)據(jù)擴展以配合 32 位的向量 [18]。 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 16 AHB/APB 橋 (APB)： 兩個 AHB/APB 橋在 AHB 和 2 個 APB 總線間提供同步連接。此總線矩陣由四個驅動部件 (CPU 的 DCode、系統(tǒng)總線、 DMA1 總線和 DMA2 總線 )和四個被動部件 (閃存存儲器接口(FLITF)、 SRAM、 FSMC 和 AHB2APB 橋 )構成。 總線矩陣 ： 此總線矩陣協(xié)調內核系統(tǒng)總線和 DMA 主控總線之間的訪問仲裁。 系統(tǒng)總線 ： 此總線連接 Cortex?M3 內核的系統(tǒng)總線 (外設總線 )到總線矩陣，總線矩陣協(xié)調著內核和 DMA 間的訪問。指令預取在此總線上完成。 四個被動單元 ： 內部 SRAM、 內部閃存存儲器 、 FSMC、 AHB 到 APB的橋 (AHB2APBx)，它連接所 有的 APB 設備 。意法半導體公司為基于 STM32 系列微控制器提供了完全的免費的底層外設的驅動庫文件，這使得系統(tǒng)的開發(fā)變得非常容易 [18]?；拘彤a(chǎn)品的最高運行時鐘為 36MHz，增強型產(chǎn)品的最高運行時鐘為 72MHz。最多 11 路的 DMA 通道，所有芯片的管腳有 80% 是 GPIO。 Thumb2 在 Thumb 指令集架構（ ISA）上進行了大量的改進，它與 Thumb 相比，具有更高的代碼密度并提供 16/32 位指令的更高性能。 ARM 公司于 2021 年推出了一款 針對價格敏感但又需具備高效能需求的嵌入式應用設計的微處理器核心 — CortexM3[16]。 STM32 處理器 目前市場上流行的 32 位微控制器多采用 ARM 處理器核心。測速精度可達 ，測時精度可達幾十毫秒，精度都比較高。 (6) 全天候作業(yè) ： 目前 GPS 觀測可在一天 24 小時內的任何時間進行，不受陰天黑夜、起霧刮風、下雨下雪等天氣狀況的影響。 (4) 可提供三維坐標 ： 經(jīng)典大地測量將平面與高 度 采用不同方法分別測量 ，而 GPS 可同時精確測定測站點的三維坐標，目前 GPS 水準可達到四等水準測量的精度。目前 20km 以內相對靜態(tài)定位，僅需 1520 分鐘 ； 快速靜態(tài)相對定位 測量時，當每個流動站與基準站相距在 15km 以內時，流動站只需觀測 12 分鐘 ； 動態(tài)相對定位測量時，流動站出發(fā)時觀測 12 分鐘，然后可隨時定位，每站觀測僅需幾秒鐘?；€邊長越長越能突顯其定位精度高的優(yōu)勢。 目 前，GPS 技術在我國道路工程和交通管理中的應用還剛剛起步，相信隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展、高等級公路的快速修建和 GPS 技術應用研究的逐步深入，其在道路工程中的應用也會更加廣泛和深入，并發(fā)揮更大的作用 [15]。國外早已進行研究， 并已取得了一定得成果，已廣泛地應用于公共醫(yī)療事 業(yè) 、公共服務事業(yè)、銀行、消防、公安等行業(yè)。 GPS 在 ITS 中主要應用于車輛定位、導航和交通管理，是 ITS 的重要組成部分。同時在工業(yè)、農業(yè)、測繪、氣象等領域均已得到廣泛應用 [14]。在諸多領域中得到越來越廣泛的應用，最 早 應用于軍用定位和導航。 由以上四個方程即可解算出待測點的坐標 X， Y， Z 和接收機的鐘差 0tV 。 ( =1,2,3,4)tiVi 分別為衛(wèi)星 l、衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 4 的衛(wèi)星鐘的鐘差，由衛(wèi)星星歷提供。 四個方程式中各個參數(shù)意義如下： X， Y， Z 為待測點坐標的空間直角坐標。 ( =1,2,3,4)iti 分別為衛(wèi)星 l、衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 4 的信號到達接收機所經(jīng)歷的時間。定位原理圖如圖 23 所示，假設 t 時刻在地面待測點上安置 GPS 接收機，可以測定 GPS信號到達接收機的時間 t ，再加上接收機所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定以下四個方程式： 1 / 21 1 1 1 0 1[ ( X ) + ( Y ) + ( Z Z ) ] + C ( V V ) = dttXY (21) 1 / 22 2 2 2 0 2[ ( X ) + ( Y ) + ( Z Z ) ] + C ( V V ) = dttXY (22) 1 / 23 3 3 3 0 3[ ( X ) + ( Y ) + ( Z Z ) ] + C ( V V ) = dttXY (23) 1 / 24 4 4 4 0 4[ ( X ) + ( Y ) + ( Z Z ) ] + C ( V V ) = dttXY (24) 待 測 位 置 ( x , y , z )衛(wèi) 星 1 ( x 1 , y 1 , z 1 )衛(wèi) 星 2 ( x 2 , y 2 , z 2 )衛(wèi) 星 3 ( x 3 , y 3 , z 3 )衛(wèi) 星 3 ( x 4 , y 4 , z 4 ) 圖 23 GPS定位原理 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 12 上述四個方程式中待測點坐標 X， Y， Z 和 0tV 為未知參數(shù)，其中=C ( =1 ,2,3,4)iid t i 。它采用多星高軌第 2 章 系統(tǒng)總體設計和關鍵技術 11 測距體制，以接收機到 GPS 衛(wèi)星之間的距離作為基本觀測量。 用戶設備的主要任務是接收 GPS 衛(wèi)星發(fā)射的信號，以獲得必要的導航和定位信息及參數(shù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)導航和定位功能。 控制部分主要由 1 個主控站、 5 個監(jiān)控站、 3 個地面注入站組成，形成一個分 布 在全世界 的 地 面控制監(jiān)視網(wǎng)， 監(jiān) 視著各個衛(wèi) 星的工 作 狀態(tài)。衛(wèi)星分布在 6 個軌道平面上，每個軌道平面上有 4 顆衛(wèi)星，在約 2 萬千米高空的衛(wèi)星， 從 地平線升起至沒落，可以在用戶視野持續(xù) 5 小時左右。 GPS 系統(tǒng)包括三大部分：空間部分 —— GPS 衛(wèi) 星 星座；地面控制部分一地 面 監(jiān)控系統(tǒng)：用戶 設備部分 —— GPS 信號接收搬。 GPS 衛(wèi)星定位 原理 全球定 位 系統(tǒng) (Global Position System—— GPS)是美國從本世紀 70 年代 由 美國國防部批準開始研制，歷時 20 年，耗資 300 億美元，于 1994 年全面建成，是具有在海、陸、空進行全方位實時三維導航與定位能力的新 一代衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)。 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 10 歐洲于 1992 年 2 月提出的獨立自主研發(fā)的導航衛(wèi)星系統(tǒng) — Galileo 系統(tǒng)將成為第一個民用的全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，具有配置、頻率分布、信號設計、安全保障及其多層次、多方 位的導航 定位特點，其在 通 信、定 位 精度、信號功率等方面的性能優(yōu) 于 GPS， 目前正在建設中。于2021 年底建成北斗 衛(wèi) 星導航試驗系統(tǒng)， 2021 年 分別成功研發(fā)了我國首款 應用于車載的衛(wèi)星導航接 收芯片 “ 航芯一號 ” 和應用于手機的 首 款 CMOS 全球衛(wèi)星導航接收芯片 “ 航芯二號 ” ，標志 著 我國在全球衛(wèi)星導 航 接收芯片技術領域進入 國際 先進水平。目前，俄羅斯已下決心恢復和進一步發(fā)展該系統(tǒng)。 GLONASS 比 GPS 系統(tǒng)起步晚 9 年，全系統(tǒng)正常運行比 GPS 晚近 3 年。 以下是幾種主要導航定位系統(tǒng)的現(xiàn)狀比較： 目前 GPS 在實際應用和產(chǎn)業(yè)化上處于國際壟斷地位。我國也建設了具有自主知識產(chǎn)權的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng) ： “ 北斗一號 ” 于 2021 年底正式開通運行。 世界上最早的衛(wèi)星導航系統(tǒng)是美國的子午儀導航系統(tǒng) (1964 年開始運行 )。衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)是一種第 2 章 系統(tǒng)總體設計和關鍵技術 9 以衛(wèi)星為基礎的無線電導航 系統(tǒng)，可提供高精度、全天時、全天候的導航、定位和授時信息，是一種可供海、陸、空軍民用戶共享的信息資源 [11]。移動臺則必須是 GPRS 移動臺或 GPRS/GSM 雙模移動臺 [8]。要實現(xiàn) GPRS 網(wǎng)絡，需要在傳統(tǒng)的 GSM 網(wǎng)絡中引入新的網(wǎng)絡接口和通信協(xié)議。 GSM 空中 接口的信道資源既可以被話音占用，也可以被 GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務占用。 GPRS 采用分組交換技術，它可以讓多個用戶共享某些固定的信道資源。 (6) 接入時間短 分組交換接入時間縮短為少于 1 秒， GPRS 是一種新的 GSM 數(shù)據(jù)業(yè)務，它可以給移動用戶提供無線分組數(shù)據(jù)接入股務。 (5) 傳輸速率高 GPRS 可提供高達 115kbit/s 的傳輸速率 (最高值為 ，不包括FEC)。對于分組交換模式，用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用資源，這意味著多個用戶可高效率地共享同一無線信道，從而提高了資源的利用率。它真正體現(xiàn)了少用少付費的原則。 (2) 永遠在線 由于建立新的連接幾乎無需任何時間 (即無需為每次數(shù)據(jù)的訪問建立呼叫連接 )，因而您隨時都可與網(wǎng)絡保持聯(lián)系 。簡單地說：速度上去了，內容豐富了，應用增加了，而費用卻更加合理。 第 2 章 系統(tǒng)總體設計和關鍵技術 7 O t h e rG P R S P L L M NP D NM SB T SD S CS M S G M S CS M S I W M S CS G S NE I RM S C / V L RH L RG G S NG G S N 圖 22 GPRS網(wǎng)絡 結構框圖 GPRS 的技術優(yōu)勢 目前，用手機上網(wǎng)還顯得有些不盡人意。 GPRS 支持通過 GGSN 實現(xiàn)的和 PSPDN 的互聯(lián)，接口協(xié)議可以是 或者是 ，同時 GPRS 還支持和 IP 網(wǎng)絡的直接互聯(lián) [7]。 GPRS 其實是疊加在現(xiàn)有的 GSM 網(wǎng)絡的另一網(wǎng)絡， GPRS 網(wǎng)絡在原有的 GSM 網(wǎng)絡的基礎上增加了 SGSN（服務 GPRS支持節(jié)點）、 GGSN（ 網(wǎng)關 GPRS 支持節(jié)點）等功能實體。 GPRS 網(wǎng)絡結構 GPRS 網(wǎng)絡引入了分組交換和分組傳輸?shù)母拍睿@樣使得 GSM 網(wǎng)絡對數(shù)據(jù)業(yè)務的支持從網(wǎng)絡體系上得到了加強。在這種傳送方式中，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收方同信道之間沒有固定的占用關系，信道資源可以看作是由所有的用戶共享使用 [6]。數(shù)據(jù)傳送之前并不需要預先分配信道，建立連接。而且，因為不再需要現(xiàn)行無線應用所需要的中介轉換器，所以連接及傳輸都會更方便容易。它通過利用 GSM 網(wǎng)絡中未使用的 TDMA信道，提供中速的數(shù)據(jù)傳遞。 GPRS 的傳輸速率可提升至 56 甚至 114Kbps。 GPRS 可說是 GSM 的延續(xù)。通過這個整體有機的把各個模塊結合在一起，完成所要設計的功能。 第 2 章 系統(tǒng)總體設計和關鍵技術 5 第 2 章 系統(tǒng) 總 體設計和關鍵技術 系統(tǒng)的整體設計 本 系統(tǒng)采用性價比高的 STM32 處理器為控制核心 ， 采用 UART 接口讀取車輛的 GPS 定位信息 ， 經(jīng)過信息處理把信息顯示在屏幕上 ， 利用 AT 指令通過串口和 GPRS 模塊進行通訊 ， 通過 GPRS 模塊把采集到的信息通過TCP/IP 協(xié)議送到 Inter 網(wǎng)絡或通過短信發(fā)送到指定的手機上 ， 在遠程收到定位信息后通過已有的數(shù)據(jù)庫確定路況 ， 路線等信息 。 鑒于系統(tǒng)復雜繁多的任務量，把 適用于嵌入式系統(tǒng)的搶占式實時多任務操作系統(tǒng) UCOSII 移植到本系統(tǒng)中，為后面的任務分配做好準備工作；并 詳細介紹了 系統(tǒng)各模塊的通信協(xié)議和軟件接口并編寫相應的各模塊的程序；最終結合硬件完成整個系統(tǒng)的軟件硬件搭建； 第 5 章，總結與展望。 第 2 章， 系統(tǒng)總體設計和關鍵技術 。 基于以上系統(tǒng)設計思想，我 將 從 GPRS 模塊、 GPS 模塊、 STM32 處理器 等模塊詳 細介紹系統(tǒng)的設計，本文結構如下： 第 1 章，緒論。 基于以上的設計方案，采用性價比高的 STM32 處理器為控制核