登峰杯论文
班 级：
姓 名：学 号：
嵌入式客车导航系统
肖安安
(温州大学物理与电子信息工程学院，10电信)
摘要：进入21世纪，汽车工业己成为世界的支柱产业，汽车在日常生活和工作中起的作用也越来越突出。怎样更好的发展汽车工业，提高其品质，已经成为要攻克的主要问题。本论文结合汽车导航系统，针对大客车市场，考虑到适用性和经济性，推出适合特定市场的嵌入式客车导游系统。
关键词：嵌入式系统、GPS定位系统、移植、MiniGUl、消息循环、窗口过程函数、信息更新、图形用户接口
Passenger car navigation systems Embedded
XiaoAn An
(WenZhou University,school of computer science and engineering,10 telecom)
Abstract： After entering the 21st century, the auto industry has become the pillar industries of the world．Automobile's role in society have become more and more prominent．How to better develop the automobile Industry and improve its quality, has become a major issue to tackle with．In this paper, besides considering economic and applicability, combining the popular automotive navigation systems，this dissertation discusses the embedded vehicle guide system for a particular market．
Key words:An embedded system, GPS positioning system, transplantation, MiniGUl, message loop, the window procedure function, the information update, a graphical user interface
1 引言
长众所周知，近年来尤其是进入2l世纪，汽车工业己成为世界的支柱产业，汽车在日常生活和工作中起的作用也越来越突出。怎样更好的发展汽车工业，提高其品质，已经成为要攻克的主要问题。
我们研究汽车市场现状发现，虽然信息化智能化的汽车产品已经很多，但是基本都针对于私家轿车的应用。然而分析我国国情和交通现状，事实上，大部分的国民还是选择客车作为中短旅途的交通工具，在交通市场中客车在很长的一段时间内都将保持其支柱地位．
结合另一行业——旅游行业的发展现状，随着信息技术的发展，旅游产业信息化已成为一种必然趋势。加入世贸组织(WTO)以后，旅游市场将进一步扩大，日益强调个性需求的旅游呼唤一个能集介绍，导游，组织，预定为一体的旅游信息系统，拥有强大空间分析功能和可视化表达方式的GIS技术能起到举足轻重的作用，为旅游信息系统提供技术支撑。 2 系统总体概述
2.1 系统需求介绍
图2.1系统总体框图设计
2.2 硬件总体设计
系统按功能主要分为：处理器模块、USB接口模块、存储模块、UART接口模块、显示模块、LCD显示屏、GPS模块、GPRS／CDMA模块、电源）
图2.2硬件结构框图
2.3 消系统应用软件总体设计
本系统的应用层在MiniGUl图形开发环境的基础上进行开发。MiniGUl程序是建立在MiniGUl和ANSIC库之上的，所以编程需要遵循MiniGUl的体系结构，通过调用ANSIC库及MiniGUl自身提供的API实现大部分功能。同时，本系统应用程序的编写采用的MiniGUl-Threads模式，此模式可以在不同的线程中建立多个窗口，但所有窗口均在同一个进程或者地址空间中运行，适合于大多数传统意义上的嵌入式操作，利用时间函数和消息机制保证系统实时性，系统具有后续开发性。
3 系统硬件设计
3.1 原理图设计
3.1.1 核心板硬件
核心板硬件设计系统硬件设计采用模块化的方式，包括AT91RM9200处理器、系统内存SDRAM和系统硬盘StrataFlash以及其他相关外围接口等。
图3.1.1核心板原理图
3.1.2底板部分
底板设计主要包括了电源部分、USB接口部分、串口及GPRS／CDMA接口、EEPROM
部分、总线缓冲器以及与其余各个板的接口。
3.1.2 底板结构图
4 嵌入式LINUX系统平台的搭建
4.1嵌入式系统概述
嵌入式技术是信息技术发展过程中派生发展的一种新技术。所谓嵌入就是将计算机的硬件或软件嵌入到其他机电设备中去，构成一种新的系统，即嵌入式系统．嵌入式系统主要是由嵌入式处理器，相关支撑硬件、嵌入式操作系统以及嵌入式应用软件系统组成，它是一种集软、硬件于一体的可独立工作的设备或组件．嵌入式硬件是嵌入式产品的基础，嵌入式件是嵌入式产品的核心，而一般嵌入式软件都会使用嵌入式操作系统作为基础平台。 1
4．2嵌入式LINUX的选择
嵌入式操作系统主要有PalmOS，Windows CE，EPOC，LinuxCE，QNx，Ec0S。LYNX，高端嵌入式系统要求许多高级的功能，如图形用户界面和网络支持．很多高端RTOS供应商已经提供了这些功能，但其价格也很高端，一般人难以接受。微软的WindowsCE也有此类功能，却不具备大多数嵌入式系统要求的实时性能，而且难以移植．现在需要的是一个便宜、成熟并且提供高端嵌入式系统所必须特性的操作系统，嵌入式Linux操作系统以价格低廉、功能强大又易于移植而正在被广泛采用，成为新兴的力量，所以，众多商家纷纷转向了嵌入linux。
4．3嵌入式LINIZK操作系统平台的建立
引导加载程序是系统加电后运行的第一段软件代码。Pc机中的引导加载程序由BIOS(其本质就是一段固件程序)和位于硬盘MBR中的OSBootLoader(比如，LILO和GRUB等)一起组
成。BIOS在完成硬件检测和资源分配后，将硬盘MBR中的BootLoader读到系统的RAM中，然后将控制权交给OSBootLoader．Boot Loader的主要运行任务就是将内核映象从硬盘上读到RAM中，然后跳转到内核的入口点去运行，也即开始启动操作系统。
而在嵌入式系统中，通常并没有像BIOS那样的固件程序，因此整个系统的加载启动任务就完全由BootLoader来完成。从操作系统的角度看，BootLoader的总目标就是正确地调用内核来执行。
简单地说，BootLoader就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。 2
5 系统软件设计
5．1软件总体框架
本系统的软件框架主要基于嵌入式Linux操作系统，在MiniGUI图形界面的开发环境中实现系统功能，操作系统是上层应用软件和底层硬件驱动程序之间的重要桥梁．采用前后台系统的机制实现系统功能，通过共享内存进行通信。
图5.1 前台系统
2
图5.2系统功能模块化介绍
5.2 GPS模块化设计部分
一般来说，车载GPS坐标转换有两种方式嘲：其一是先将WGS84的大地坐标转换为1954年北京大地坐标或1980年国家大地坐标，而后通过投影变换(此处用高斯投影变换)以及在投影平面上进行坐标强制转换(仅对局部任意坐标系)来实现相应的坐标转换；另一方式是先将GPS接收的WGS84大地经纬度以WGS84的参考椭球为基准进行高斯投影，然后通过平面坐标强制转换(如仿射变换、完整二次多项式交换等)，将高斯投影后的平面坐标强制统--N国家54坐标系、国家80坐标系或是局部任意坐标系中，以实现相应的坐标匹配。
前一种方法要在两个参考椭球之间进行两次大地坐标和空间直角坐标之间的转换，计算过程较复杂，计算机耗时相对要长一些，但其计算精度要高于后一种方法。后一方法是将经纬度坐标直接投影在WGS一84的参考椭球上的方法。因而简化了公式，提高了计算效率和可操作性．这种方法适用于定位精度要求不是很高而实时性要求较高的情况(如实时车辆导航和监控系统)。
本客车导航系统参考的是后一种GPS坐标转换方法，并且根据本系统的要求进行必要合理的简化和验证。 3
6 结论和展望
6.1结论
汽车工业已成为中国的支柱产业，汽车在中国人民开常工作和生活中起的作用越来越突出，同时，汽车电子也越来越向智能化，信息化发展，因此，车载导航系统具有巨大的市场潜力和不可估量的发展前景．但是，与其它产品不一样，由于各个国家在道路状况、地图等方面的情况各不相同，所以在开发产品时，各国都是根据本国的实际情况，丌发适于本国使3
用的产品，即产品不通用。在国内，车辆导航产品的市场才刚刚启动，要么由于技术简单，定位精度不够，要么由于成本昂贵，不能为一般用户所承受，因而不能在实际车载系统中得到广泛的应用。
本嵌入式客车导游系统实在分析现有汽车产品的市场后，根据客车公司的需求和乘客的意见，提出的一个具有创新点的系统：本系统着眼于之前一直被信息化娱乐化的车载产品所忽略的庞大的客车市场，结合车载导航系统和信息化旅游系统的部分理念，开发出一个具有经济性和实用性的系统。在此处将客车作为应用对象，乘客作为服务对象，由于不是放在私家车上供驾驶者外出之用，从而在导航方面的技术要求下降，而在沿途旅游信息化方面的要求增加。
系统采用的是ARM9一LINUX的系统架构，建立了基于AT91RM9200嵌入式处理器，采用嵌入式LINUX操作系统的系统平台，应用层软件主要在MiniGUI图形开发环境中进行开发。
6.2展望
随着汽车电子的飞速发展，人们对于乘车旅途的舒适性要求也越来越高，由于时间、资源等限制，本嵌入式客车导游系统还不够完善，在现有基础上还可以进行以下的研究和开发：
l、提高娱乐性，将本系统与车载影音系统相结合。目前客车上带有的车载
电视／DVD已经比较普及，为了增强乘客的视听享受，可以将影音系统和导游系统结合起来，两者进行定时切换，使乘客既能了解旅途信息，也能享受美妙的视听。本系统中采用的SIDl3506显示控制芯片，该芯片同时支持与CRT／TV普通显示器的连接，使这方面的构想具有可行性。
2、与智能交通系统的结合。智能交通系统是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效的集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。本系统可以加入智能交通系统中的公路及车辆管理系统，实现与客车运营中心进行信息互，提高客车行驶的安全性。
参考文献
[1]Alessandro rubini，Jonathancorbet．{LINUX设备驱动程序(第二版)》．中国电力出版社，2004，9
[2] Andrew S．Tanenbaum Ablerts．Woodhnll著，王鹏、尤晋元、朱鹏、敖青云译．《操作系统：设计与实现(第二版)》．电子工业出版社，2001．4
[3] ARM公司．“ARMArchitectureReferenceManual”．ARM公司，2000
登峰杯论文
班 级：
姓 名：学 号：
嵌入式客车导航系统
肖安安
(温州大学物理与电子信息工程学院，10电信)
摘要：进入21世纪，汽车工业己成为世界的支柱产业，汽车在日常生活和工作中起的作用也越来越突出。怎样更好的发展汽车工业，提高其品质，已经成为要攻克的主要问题。本论文结合汽车导航系统，针对大客车市场，考虑到适用性和经济性，推出适合特定市场的嵌入式客车导游系统。
关键词：嵌入式系统、GPS定位系统、移植、MiniGUl、消息循环、窗口过程函数、信息更新、图形用户接口
Passenger car navigation systems Embedded
XiaoAn An
(WenZhou University,school of computer science and engineering,10 telecom)
Abstract： After entering the 21st century, the auto industry has become the pillar industries of the world．Automobile's role in society have become more and more prominent．How to better develop the automobile Industry and improve its quality, has become a major issue to tackle with．In this paper, besides considering economic and applicability, combining the popular automotive navigation systems，this dissertation discusses the embedded vehicle guide system for a particular market．
Key words:An embedded system, GPS positioning system, transplantation, MiniGUl, message loop, the window procedure function, the information update, a graphical user interface
1 引言
长众所周知，近年来尤其是进入2l世纪，汽车工业己成为世界的支柱产业，汽车在日常生活和工作中起的作用也越来越突出。怎样更好的发展汽车工业，提高其品质，已经成为要攻克的主要问题。
我们研究汽车市场现状发现，虽然信息化智能化的汽车产品已经很多，但是基本都针对于私家轿车的应用。然而分析我国国情和交通现状，事实上，大部分的国民还是选择客车作为中短旅途的交通工具，在交通市场中客车在很长的一段时间内都将保持其支柱地位．
结合另一行业——旅游行业的发展现状，随着信息技术的发展，旅游产业信息化已成为一种必然趋势。加入世贸组织(WTO)以后，旅游市场将进一步扩大，日益强调个性需求的旅游呼唤一个能集介绍，导游，组织，预定为一体的旅游信息系统，拥有强大空间分析功能和可视化表达方式的GIS技术能起到举足轻重的作用，为旅游信息系统提供技术支撑。 2 系统总体概述
2.1 系统需求介绍
图2.1系统总体框图设计
2.2 硬件总体设计
系统按功能主要分为：处理器模块、USB接口模块、存储模块、UART接口模块、显示模块、LCD显示屏、GPS模块、GPRS／CDMA模块、电源）
图2.2硬件结构框图
2.3 消系统应用软件总体设计
本系统的应用层在MiniGUl图形开发环境的基础上进行开发。MiniGUl程序是建立在MiniGUl和ANSIC库之上的，所以编程需要遵循MiniGUl的体系结构，通过调用ANSIC库及MiniGUl自身提供的API实现大部分功能。同时，本系统应用程序的编写采用的MiniGUl-Threads模式，此模式可以在不同的线程中建立多个窗口，但所有窗口均在同一个进程或者地址空间中运行，适合于大多数传统意义上的嵌入式操作，利用时间函数和消息机制保证系统实时性，系统具有后续开发性。
3 系统硬件设计
3.1 原理图设计
3.1.1 核心板硬件
核心板硬件设计系统硬件设计采用模块化的方式，包括AT91RM9200处理器、系统内存SDRAM和系统硬盘StrataFlash以及其他相关外围接口等。
图3.1.1核心板原理图
3.1.2底板部分
底板设计主要包括了电源部分、USB接口部分、串口及GPRS／CDMA接口、EEPROM
部分、总线缓冲器以及与其余各个板的接口。
3.1.2 底板结构图
4 嵌入式LINUX系统平台的搭建
4.1嵌入式系统概述
嵌入式技术是信息技术发展过程中派生发展的一种新技术。所谓嵌入就是将计算机的硬件或软件嵌入到其他机电设备中去，构成一种新的系统，即嵌入式系统．嵌入式系统主要是由嵌入式处理器，相关支撑硬件、嵌入式操作系统以及嵌入式应用软件系统组成，它是一种集软、硬件于一体的可独立工作的设备或组件．嵌入式硬件是嵌入式产品的基础，嵌入式件是嵌入式产品的核心，而一般嵌入式软件都会使用嵌入式操作系统作为基础平台。 1
4．2嵌入式LINUX的选择
嵌入式操作系统主要有PalmOS，Windows CE，EPOC，LinuxCE，QNx，Ec0S。LYNX，高端嵌入式系统要求许多高级的功能，如图形用户界面和网络支持．很多高端RTOS供应商已经提供了这些功能，但其价格也很高端，一般人难以接受。微软的WindowsCE也有此类功能，却不具备大多数嵌入式系统要求的实时性能，而且难以移植．现在需要的是一个便宜、成熟并且提供高端嵌入式系统所必须特性的操作系统，嵌入式Linux操作系统以价格低廉、功能强大又易于移植而正在被广泛采用，成为新兴的力量，所以，众多商家纷纷转向了嵌入linux。
4．3嵌入式LINIZK操作系统平台的建立
引导加载程序是系统加电后运行的第一段软件代码。Pc机中的引导加载程序由BIOS(其本质就是一段固件程序)和位于硬盘MBR中的OSBootLoader(比如，LILO和GRUB等)一起组
成。BIOS在完成硬件检测和资源分配后，将硬盘MBR中的BootLoader读到系统的RAM中，然后将控制权交给OSBootLoader．Boot Loader的主要运行任务就是将内核映象从硬盘上读到RAM中，然后跳转到内核的入口点去运行，也即开始启动操作系统。
而在嵌入式系统中，通常并没有像BIOS那样的固件程序，因此整个系统的加载启动任务就完全由BootLoader来完成。从操作系统的角度看，BootLoader的总目标就是正确地调用内核来执行。
简单地说，BootLoader就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。 2
5 系统软件设计
5．1软件总体框架
本系统的软件框架主要基于嵌入式Linux操作系统，在MiniGUI图形界面的开发环境中实现系统功能，操作系统是上层应用软件和底层硬件驱动程序之间的重要桥梁．采用前后台系统的机制实现系统功能，通过共享内存进行通信。
图5.1 前台系统
2
图5.2系统功能模块化介绍
5.2 GPS模块化设计部分
一般来说，车载GPS坐标转换有两种方式嘲：其一是先将WGS84的大地坐标转换为1954年北京大地坐标或1980年国家大地坐标，而后通过投影变换(此处用高斯投影变换)以及在投影平面上进行坐标强制转换(仅对局部任意坐标系)来实现相应的坐标转换；另一方式是先将GPS接收的WGS84大地经纬度以WGS84的参考椭球为基准进行高斯投影，然后通过平面坐标强制转换(如仿射变换、完整二次多项式交换等)，将高斯投影后的平面坐标强制统--N国家54坐标系、国家80坐标系或是局部任意坐标系中，以实现相应的坐标匹配。
前一种方法要在两个参考椭球之间进行两次大地坐标和空间直角坐标之间的转换，计算过程较复杂，计算机耗时相对要长一些，但其计算精度要高于后一种方法。后一方法是将经纬度坐标直接投影在WGS一84的参考椭球上的方法。因而简化了公式，提高了计算效率和可操作性．这种方法适用于定位精度要求不是很高而实时性要求较高的情况(如实时车辆导航和监控系统)。
本客车导航系统参考的是后一种GPS坐标转换方法，并且根据本系统的要求进行必要合理的简化和验证。 3
6 结论和展望
6.1结论
汽车工业已成为中国的支柱产业，汽车在中国人民开常工作和生活中起的作用越来越突出，同时，汽车电子也越来越向智能化，信息化发展，因此，车载导航系统具有巨大的市场潜力和不可估量的发展前景．但是，与其它产品不一样，由于各个国家在道路状况、地图等方面的情况各不相同，所以在开发产品时，各国都是根据本国的实际情况，丌发适于本国使3
用的产品，即产品不通用。在国内，车辆导航产品的市场才刚刚启动，要么由于技术简单，定位精度不够，要么由于成本昂贵，不能为一般用户所承受，因而不能在实际车载系统中得到广泛的应用。
本嵌入式客车导游系统实在分析现有汽车产品的市场后，根据客车公司的需求和乘客的意见，提出的一个具有创新点的系统：本系统着眼于之前一直被信息化娱乐化的车载产品所忽略的庞大的客车市场，结合车载导航系统和信息化旅游系统的部分理念，开发出一个具有经济性和实用性的系统。在此处将客车作为应用对象，乘客作为服务对象，由于不是放在私家车上供驾驶者外出之用，从而在导航方面的技术要求下降，而在沿途旅游信息化方面的要求增加。
系统采用的是ARM9一LINUX的系统架构，建立了基于AT91RM9200嵌入式处理器，采用嵌入式LINUX操作系统的系统平台，应用层软件主要在MiniGUI图形开发环境中进行开发。
6.2展望
随着汽车电子的飞速发展，人们对于乘车旅途的舒适性要求也越来越高，由于时间、资源等限制，本嵌入式客车导游系统还不够完善，在现有基础上还可以进行以下的研究和开发：
l、提高娱乐性，将本系统与车载影音系统相结合。目前客车上带有的车载
电视／DVD已经比较普及，为了增强乘客的视听享受，可以将影音系统和导游系统结合起来，两者进行定时切换，使乘客既能了解旅途信息，也能享受美妙的视听。本系统中采用的SIDl3506显示控制芯片，该芯片同时支持与CRT／TV普通显示器的连接，使这方面的构想具有可行性。
2、与智能交通系统的结合。智能交通系统是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效的集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。本系统可以加入智能交通系统中的公路及车辆管理系统，实现与客车运营中心进行信息互，提高客车行驶的安全性。
参考文献
[1]Alessandro rubini，Jonathancorbet．{LINUX设备驱动程序(第二版)》．中国电力出版社，2004，9
[2] Andrew S．Tanenbaum Ablerts．Woodhnll著，王鹏、尤晋元、朱鹏、敖青云译．《操作系统：设计与实现(第二版)》．电子工业出版社，2001．4
[3] ARM公司．“ARMArchitectureReferenceManual”．ARM公司，2000