【正文】 hnology, features, and positioning means 。本文以Windows CE為嵌入式操作系統(tǒng)，對基于 ARM的GPS定位系統(tǒng)的開發(fā)進(jìn)行了研究與實現(xiàn)。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） I基于 ARM 的 GPS 導(dǎo)航定位系統(tǒng)設(shè)計ARMbased GPS navigation system design 摘要GPS(全球定位系統(tǒng)) 是一種全方位的實時定位技術(shù) ,隨著GPS 技術(shù)的發(fā)展，以ARM處理器作為主CPU的嵌入式硬件平臺幾乎已經(jīng)成為信息產(chǎn)業(yè)的硬件標(biāo)準(zhǔn)。一方面，它具有體積小、性能強(qiáng)、功耗低、可靠性高等特點；另一方面，它為高速、穩(wěn)定地運行嵌入式操作系統(tǒng)提供了硬件基礎(chǔ)。 硬件平臺設(shè)計以三星公司的ARM920T核的S3C2410為微處理器，對以下三個方面的 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） II技術(shù)進(jìn)行了研究：一是對GPS及嵌入式技術(shù)進(jìn)行了介紹， 介紹了GPS技術(shù)原理、特點、和定位方式；二是搭建基于ARM的硬件平臺，對電源電路，存儲電路等進(jìn)行了設(shè)計；三是對GPS模塊及通訊接口進(jìn)行了設(shè)計。 Second, ARMbased hardware platform built on the power supply circuit, memory circuit design, etc.。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)用項目越來越多樣化，使嵌入式電子產(chǎn)品的功能也日益強(qiáng)大。而 ARM 處理器具有高性能低功耗、低成本等顯著優(yōu)點，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)用最為廣泛的一個系列。經(jīng)過十多年的發(fā)展，ARM 公司己是業(yè)界領(lǐng)先的 IP 供應(yīng)商。優(yōu)良的性能和準(zhǔn)確的市場定位極大地豐富了ARM資源，加速了基于ARM核的、面向各種應(yīng)用系統(tǒng)芯片的開發(fā)應(yīng)用，使得ARM獲得了更廣泛的應(yīng)用，確立了ARM技術(shù)的市場領(lǐng)先地位。在2022年，基于ARM核的芯片占據(jù)了整個364位嵌％，全世界已使用了20多億個核。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。目前常見的嵌入式操作系統(tǒng)有Linux ,Windows CE 等。Windows CE．是微軟專門為信息設(shè)備、移動應(yīng)用、消費類電子產(chǎn)品等領(lǐng)域設(shè)計開發(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。GPS衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航、定位信號，作為一種時空信息資源，可在全球范圍內(nèi)向無數(shù)用戶提供位置、速度和時間信息。隨著GPS向民用開放，它所蘊藏的巨大商機(jī)也被發(fā)掘出來。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)展的一個熱門方面。目前，車載導(dǎo)航系統(tǒng)在美國、日本已經(jīng)商品化，在我國也早已展開了很多的研究和設(shè)計。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錯綜復(fù)雜的交通網(wǎng)，己經(jīng)迫在眉睫。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)實意義。 衛(wèi)星的位置GPS衛(wèi)星的位置信息包括在衛(wèi)星發(fā)射的信號中。內(nèi)容有：(1)衛(wèi)星星歷及星鐘校正參數(shù)；(2)測距時間間距；(3)大氣附加延遲校正參數(shù)；(4)與導(dǎo)航有關(guān)的信息；一般的GPS接收機(jī)只能接收。導(dǎo)航電文的具體內(nèi)容包括遙測碼，轉(zhuǎn)換碼，第一數(shù)據(jù)塊，第二數(shù)據(jù)塊，和第三數(shù)據(jù)塊五部分。其中所含的同步信號為各子幀提供了一個同步起點，使用戶便于解釋電文數(shù)據(jù)。第一數(shù)據(jù)快的主要內(nèi)容是：衛(wèi)星時鐘校正參量及其數(shù)據(jù)齡期，星期的周數(shù)編號和大氣校正參數(shù)及衛(wèi)星工作狀態(tài)等。這是GPS定位中最常用的基本數(shù)據(jù)。每顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)需要占用一個子幀，該數(shù)據(jù)塊的目的是使用戶只要收到一顆衛(wèi)星的信號就可以初略知道其他衛(wèi)星的情況。 衛(wèi)星與用戶間的相對距離GPS使用單向測距方法來測定某顆衛(wèi)星與用戶的相對距離。計算衛(wèi)星與用戶之間的距離，實質(zhì)上是通過比較GPS接收機(jī)中恢復(fù)的衛(wèi)星鐘和用戶本身的時鐘之間的差，即測量衛(wèi)星鐘要傳播到用戶所花的時間即傳播時延得以實現(xiàn)。但是衛(wèi)星鐘和用戶鐘卻不能精確同步，當(dāng)兩者存在鐘差△t時，這樣測得的距離并不是用戶和衛(wèi)星問的真實距離，而是偽距(Pseudo range)，簡稱PR，表示為PR=R+C △t，△t取值是有正負(fù)的，用戶鐘慢于衛(wèi)星鐘則取正，反之取負(fù)。再用這個時間乘以信號在空間的傳播速度，便能求出接收機(jī)與衛(wèi)星的間距R，R= (21)222)()()( zZyYxXiii ???式(2— 1)中R 為觀測量，(Xi,Yi,Zi )為衛(wèi)星的坐標(biāo)，(x，y，z)為接收機(jī)坐標(biāo)。這樣，理想情況下，如果測得觀測點與三顆衛(wèi)星的距離，便可確定三個未知數(shù)，即可完成定位。因而測出的距離也不準(zhǔn)確，而是偽距。GPS衛(wèi)星定位原理示意圖如21所示：圖21 GPS 定位原理圖 GPS 的定位方式用GPS進(jìn)行定位有許多定位方式，按照參考點的位置不同，定位方式可分為以下幾種：(1)靜態(tài)定位和動態(tài)定位如果在定位過程中，用戶接收天線處于靜止?fàn)顟B(tài)，或者明確的說，待定點在協(xié)議地球坐標(biāo)系中的位置，被認(rèn)為是固定不動的，那么這些待定點的位置的定位測量被稱為靜態(tài)定位。正因如此，靜態(tài)定位在大地測量、地球動力學(xué)研究等方面獲得廣泛的應(yīng)用。確定這些待定點的位置，被稱為動態(tài)定位。單點定位工作和數(shù)據(jù)處理都比較簡單，其定位結(jié)果受衛(wèi)星星歷誤差和信號傳播誤差影響顯著，所以定位精度較低，適用于低收精度測量領(lǐng)域。由于相對定位至少適用兩臺以上的接收機(jī)，同步跟蹤測量4顆以上的GPS衛(wèi)星，因此所獲得的觀測量和誤差都具有相關(guān)性。在我國，GPS在導(dǎo)航、授時校頻和高精度測量三個領(lǐng)域應(yīng)用的比較廣泛，涵蓋軍事部門、交通部門、郵電部門、地礦、煤礦、石油、建筑以及農(nóng)業(yè)、氣象、土地管理、金融、公安等部門和行業(yè)。但是目前市場上的GPS車載終端基本上僅具有定位跟蹤及監(jiān)控管理功能，而集定位、導(dǎo)航與多媒體信息的即時傳輸于一身的車載定位導(dǎo)航智能管理系統(tǒng)，由于受到許多綜合因素的制約，特別是受到我國汽車工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、電子地圖配套限制以及人均GDP水平的整體制約，還沒有形成較大的市場。在國際市場上，汽車類GPS設(shè)備銷售額雄居各類GPS市場之首。到2022年為止，已有近50％的新車型和90％的豪華車型將具備部分互聯(lián)網(wǎng)功能，這意味著這些車都已經(jīng)應(yīng)用了車載電腦系統(tǒng)，汽車定位及監(jiān)控、甚至導(dǎo)航產(chǎn)品市場份額。在國際市場上，汽車類GPs設(shè)備銷售額雄居各類GPS 市場之首。到2022年為止，已有近50％的新車型和90％的豪華車型將具備部分互聯(lián)網(wǎng)功能，這意味著這些車都已經(jīng)應(yīng)用了車載電腦系統(tǒng)，汽車定位及監(jiān)控、甚至導(dǎo)航產(chǎn)品市場份額達(dá)到百億美元。以前的GPS接收機(jī)由于受到處理器速度的限制，無論在體積上，在處理速度上都無法滿足實時性較高的要求。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7第三章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)。與通用型計算機(jī)系統(tǒng)相比，嵌入式系統(tǒng)功耗低、可靠性高；功能強(qiáng)大、性能價格比高；實時性強(qiáng)，支持多任務(wù)：占用空間小，效率高；面向特定應(yīng)用，可根據(jù)需要靈活定制。 Windows CE 嵌入式操作系統(tǒng)Microsoft Windows CE是一個開放的、可裁減的、32位的實時嵌入式窗口操作系統(tǒng)，目前我們使用的版本是Windows CE 。Windows CE的設(shè)計目標(biāo)(1)模塊化和小內(nèi)存占用 Windows CE被分為一些不同的模塊，其中內(nèi)核(Kernel)、圖形窗口事件子系統(tǒng)(GWES)、文件系統(tǒng)和通信 (Communication)模塊是4個主要模塊。典型的Windows CE設(shè)備只有8到32MB 的ROM，而 Windows CE的最小內(nèi)核只有500KB，最小內(nèi)核不僅可以處理進(jìn)程、線程、同步對象等操作系統(tǒng)對象，而且也可以讀／寫文件、注冊表和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。根據(jù)測試，在一個主頻為200MHz的參考系統(tǒng)中，Windows CE的實時性最小可 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8以達(dá)到4060us。Windows CE使用與windows95／98／NT／2022相同的WiIl32編程模型，是WiIl32API的一個子集。Windows CE開發(fā)工具集成的模擬器允許開發(fā)人員不依賴于目標(biāo)硬件在開發(fā)工作站上完成操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的開發(fā)、調(diào)試和部署，大大加速了開發(fā)迸程。這種層次性的結(jié)構(gòu)試圖盡量將硬件和軟件、操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序隔離開，以便于實現(xiàn)系統(tǒng)的移植，便于進(jìn)行硬件、驅(qū)動程序、操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序等開發(fā)人員分工合作、并行開發(fā)。(2)OEM層OEM層主要由CSP代碼和BSP 代碼組成，其中CSP支持不同的微處理器體系結(jié)構(gòu)，而BSP 支持不同的微處理器擴(kuò)展和外設(shè)，它由Boot Loader、OAL和驅(qū)動程序代碼組成。一部分是由Windows CE提供的應(yīng)用程序，另一部分是用戶根據(jù)自身設(shè)備需要定制開發(fā)的應(yīng)用程序。打開命令提示符窗口，首先設(shè)置_WINCEROOT環(huán)境變量：set_WINCEROUT=DRIVE:\wince50；其中DRIVE:\為用戶的WinCE 安裝目錄，然后進(jìn)入目錄：cd%_WINCEROOT%\public\mon\oak\misc: 運行 。(2)實現(xiàn) Startup 函數(shù)Startup函數(shù)是Boot Loader的入口代碼，是CPU最先執(zhí)行的代碼也是最先編寫的源代碼，其主要完成CPU的初始化工作。在%_WINCEROOT%\Platform\smdk2410\Src\Bootloader\文件，并添加代碼如下：void main(void){ Bootloader Main()。}完成以上功能之后，BootLoader 將跳轉(zhuǎn)到主代碼中執(zhí)行，主代碼包括對嵌入式開發(fā)平臺的控制和下載Windows CE內(nèi)核文件等功能。(4)配置文件編寫Platform Build集成環(huán)境下需要編寫配置文件輔助開發(fā) Eboot，配置文件包括sources文件、makefile 。 ，在編譯工具確定要編譯的源文件的時候，它設(shè)置一個內(nèi)部環(huán)境變量。通過Malcefile ． def文件中定義的規(guī)則，編譯工具編譯源文件中特定的源代碼并且鏈接任何目標(biāo)模塊。 OAL 開發(fā)OAL是 Windows CE內(nèi)核與目標(biāo)硬件之間的一個代碼層，主要來處理內(nèi)核與目標(biāo)硬件設(shè)備之間的通信。 (1)Starup函數(shù)Boot Loader和OAL 中均包含Startup函數(shù)。如果可以確定這一硬件部分Boot Loader己經(jīng)初始化過，則在 OAL中不必重復(fù)。OEMInit主要完成以下功能：初始化中斷、初始化總線信息、啟動KITL 、初始化電源管理、初始化可編程中斷控制器、初始化時鐘、初始化內(nèi)存。當(dāng)設(shè)備驅(qū)動程序或應(yīng)用程序調(diào)用KenelloControl函數(shù)并傳遞一個 IOCTL時，Windows CE內(nèi)核會依次調(diào)用OEMIoControl函數(shù)，0EMIoControl函數(shù)允許設(shè)備驅(qū)動程序或應(yīng)用程序與內(nèi)核模式的OAL代碼進(jìn)行通信。其中IST包含在驅(qū)動程序中，而ISR包含在 OAL層中。 (5)調(diào)試串口Windows CE設(shè)置了一個默認(rèn)的串口作為調(diào)試信息的輸出，用戶通過調(diào)試命令打印調(diào)試信息的時候，WinCE系統(tǒng)就將此打印信息從默認(rèn)的調(diào)試串口輸出。在定制系統(tǒng)之前，首先應(yīng)安裝主板支持軟件包（BSP） ，它是一個包括啟動程序、OEM 適配層程序（OAL ） 、標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)板（SDB）和相關(guān)硬件設(shè)備的驅(qū)動程序的軟件包。用 PB 創(chuàng)建一個操作系統(tǒng)主要分成生成新平臺、定制平臺生成映像文件、下載平臺3 部分。這樣一個新的平臺就生成了。將前面安裝好的 BSP 中的驅(qū)動程序