作者：凡書明， 朱建光， 余紅英

引言

面對龐大的汽車市場以及隨著全國各省市高速公路路網(wǎng)的建設(shè)與完善，對交通管理信息化的要求越來越高，gps車載系統(tǒng)的潛力不可估量，其發(fā)展前景比較樂觀。日本和西方各大公司都參與了這場高科技的角逐。各發(fā)達國家的很多生產(chǎn)商都加快了車載導(dǎo)航系統(tǒng)的研究步伐。隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展，很多資源不足的瓶頸問題都很大程度上得到了解決。車載定位系統(tǒng)由車載定位終端、無線通信鏈路和車載監(jiān)控管理系統(tǒng)三部分組成。其主要功能是將移動目標的動態(tài)位置（經(jīng)度和緯度）、時間和海拔等對用戶有用的信息，通過無線通信鏈路傳送到監(jiān)控中心，而后在電子地圖上對移動目標的運動軌跡進行顯示，并對車輛的準確位置、速度、運動方向和車輛狀態(tài)等用戶感興趣的參數(shù)進行監(jiān)控和查詢，為調(diào)度管理提供可視化依據(jù)，提高車輛運行效率，還能起到節(jié)能減排的作用。也在一定程度上起到保護地球的作用。本文將gps定位技術(shù)應(yīng)用于氣車，與現(xiàn)有定位技術(shù)組合起來共同完成定位監(jiān)控任務(wù)，將大大提高定位準確性及安全性，同時能夠降低資金投入，具有很廣闊的發(fā)展空間。

系統(tǒng)總體設(shè)計

系統(tǒng)硬件的結(jié)構(gòu)設(shè)計

車輛監(jiān)控系統(tǒng)由車載端（包括arm工控機、觸摸屏、gps接收模塊和電源等）、通信系統(tǒng)（gprs）、監(jiān)控中心三大部分組成。車載端的gps模塊實時接收全球定位衛(wèi)星的位置、時間等數(shù)據(jù)，一方面發(fā)送給車內(nèi)的arm微型工控機，得到車輛的當(dāng)前位置并且在電子地圖上顯示：另一方面，數(shù)據(jù)將通過gprs終端模塊發(fā)送到遠程監(jiān)控中心服務(wù)器，使得監(jiān)控中心能實時得到所有車輛的位置信息，給車輛的安全監(jiān)控以及遠程凋度提供了基礎(chǔ)。通過spi接口與can總線相連，利用can總線掛接傳感器，檢測汽車主要技術(shù)參數(shù)，can總線模塊可以使本系統(tǒng)與其他車載模塊的連接，完成收集車輛的狀態(tài)信息以及進一步控制。can總線模塊主要包括can總線的控制器和收發(fā)器，在這里分別選用的是microchip公司的mcp2510和飛利浦公司的pca82c250。其中，can總線控制器mcp2510實現(xiàn)了can總線的協(xié)議，can總線收發(fā)器pca82c250提供協(xié)議控制器和物理傳輸線路之間的接口。由于can總線控制器mcp2510具有spi接口，因此，系統(tǒng)中將其與s3c2440的spi0相連。故障檢測模塊主要是對汽車的主要技術(shù)參數(shù)進行檢測，并顯示到lcd顯示器上，如果檢測到故障，會發(fā)出報警信號。本文主要檢測的技術(shù)參數(shù)包括燃油消耗量、制動力、轉(zhuǎn)向力、發(fā)動機溫度、冷卻液溫度、前照燈，以及車內(nèi)噪聲和尾氣等方面。該模塊主要是通過各種傳感器把各種信號轉(zhuǎn)換為電信號，再利用信號處理電路把電信號進行相應(yīng)的處理，使其能與can總線模塊進行數(shù)據(jù)傳輸。車載端的硬件組成框圖，如圖1所示。

圖1 車載端的硬件組成框圖

應(yīng)用程序總結(jié)構(gòu)

應(yīng)用程序的總體流程圖如圖2所示。由于gprs模塊和gps模塊都是通過串口和監(jiān)控終端連接的，程序系統(tǒng)初始化的工作就是對串口進行初始化，使串口按gprs及gps模塊的要求工作。之后創(chuàng)建共享內(nèi)存是為gprs通信子進程與gps子進程之間的通信做準備。gps子進程負責(zé)從串口接收gps信息并把這些信息寫入共享內(nèi)存內(nèi)，gprs子進程則將共享內(nèi)存內(nèi)的gps信息通過網(wǎng)絡(luò)送到遠方的監(jiān)控服務(wù)器。

gps驅(qū)動程序的編寫

為了使arm上的應(yīng)用程序能夠處理gps接收到的導(dǎo)航信號，要編寫gps的驅(qū)動程序。

這個gps驅(qū)動程序也是屬于字符型驅(qū)動程序，首先了解嵌入式開發(fā)中應(yīng)用程序、庫、內(nèi)核、驅(qū)動程序的關(guān)系：應(yīng)用程序調(diào)用應(yīng)用程序庫函數(shù)完成功能；應(yīng)用程序以文件形式訪問各種資源；應(yīng)用程序函數(shù)庫的一部分直接完成功能，一部分函數(shù)通過系統(tǒng)調(diào)用由內(nèi)核完成，內(nèi)核處理系統(tǒng)調(diào)用，調(diào)用設(shè)備驅(qū)動程序，設(shè)備驅(qū)動程序直接與硬件通信。如圖3所示

一般linux的設(shè)備驅(qū)動有三種類型，字符設(shè)備、塊設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。而我要講的gps模塊的驅(qū)動程序是屬于字符設(shè)備。對于字符設(shè)備發(fā)出讀/寫請求時，實際的硬件i/o操作一般緊接著發(fā)生。在設(shè)備管理中，除了設(shè)備類型外，內(nèi)核還需要一對被稱為主從設(shè)備號的參數(shù)，才能唯一標識一個設(shè)備。主設(shè)備號相同的設(shè)備使用相同的驅(qū)動程序，從設(shè)備號用于區(qū)分具體設(shè)備的實例。用命令cat/proc/devices可以查看系統(tǒng)中所有設(shè)備對應(yīng)的主設(shè)備號。所以在gps驅(qū)動程序的開始定義設(shè)備名稱#define device_name “s3c2440-gps”再定義主設(shè)備號，我是讓系統(tǒng)自動分配的，以防主設(shè)備號已被占用，static int gps_major=0;驅(qū)動程序以一個模塊初始化函數(shù)作為入口，如module_init（s3c2440_gps_init）向內(nèi)核聲明當(dāng)前模塊的初始化函數(shù);再寫gps的初始化函數(shù)：static int __init s3c2440_gps_init（void）函數(shù)，在這個函數(shù)里面注冊一個設(shè)備，返回主設(shè)備號，可以寫成：gps_major=register_chrdev（0，device _name，&s3c2440_gps_fops），s3c2440_gps_fops是定義了的結(jié)構(gòu)體，規(guī)定了驅(qū)動程序向應(yīng)用程序提供的操作接口。如：static struct file_operations s3c2440_gps _fops ={.owner= this_module，。

open= s3c2440_gps_open，.release= s3c2440_gps_release=s3c2440_gps_release， .ioctl=s3c2440_gps_ioctl}；繼續(xù)向下寫，gps_class=class_create（this_module，device_name）;在/sysfs目錄下創(chuàng)建這個設(shè)備的類。再是注冊這個設(shè)備的類，如device_create（gps_class，null，mkdev（gps_major，0），null，device_name）。

gps應(yīng)用程序即定位功能的實現(xiàn)

要實現(xiàn)gps的定位必須先要對gps數(shù)據(jù)包進行解析，gps上電后，每隔一定的時間就會返回一定格式的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式為$信息類型，每行開頭的字符都是$，接著是信息類型，后面的是數(shù)據(jù)，以逗號分開，完整的數(shù)據(jù)類型如下：$gprmc，080655.00，a，4546.40891，n，12639.65641，e，1.045，328.42，170809，，，a*60信息類型為：gpgsv：可見衛(wèi)星信息、gpgll：地理定位信息、gprmc：推薦最小定位信息、gpvtg：地面速度信息、gpgga：gps定位信息、gpgsa：當(dāng)前衛(wèi)星信息、這里我只解析gprmc和gpgga的信息。一.gprmc數(shù)據(jù)詳解：$gprmc，《1》，《2》，《3》，《4》，《5》，《6》，《7》，《8》，《9》，《10》，《11》，《12》*hh《1》utc時間，hhmmss（時分秒）格式《2》定位狀態(tài)，a=有效定位，v=無效定位《3》緯度ddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也將被傳輸）《4》緯度半球n（北半球）或s（南半球）《5》經(jīng)度dddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也將被傳輸）《6》經(jīng)度半球e（東經(jīng)）或w（西經(jīng)）……。

最后編寫代碼，把經(jīng)/緯度解析出來，對于gpgga類型數(shù)據(jù)，也是一樣，先了解每一位的含義，再寫代碼把海平面高度和大地水平面高度等數(shù)據(jù)解析并顯示出來。

gprs通信模塊實現(xiàn)

gprs模塊是借助gprs無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸，從而在不同的車輛或車輛與控制中心之間架起溝通的橋梁，所以軟件的功能主要是建立無線連接，按照gprs通信協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。gprs模塊的通信主要是通過串口驅(qū)動實現(xiàn)，在嵌入式linux內(nèi)核中已經(jīng)提供了對串設(shè)備的支持，因此在配置內(nèi)核編譯選項時，只需要選中對串口設(shè)備的支持，就可以實現(xiàn)對gprs模塊的串口數(shù)據(jù)通信功能。為了實現(xiàn)與internet的通信，還需要在配置內(nèi)核編譯選項時選中ppp和tcp/ip協(xié)議。這樣一旦網(wǎng)絡(luò)連接建立，就可以使用應(yīng)用程序來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的通信。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈路層采用ppp協(xié)議，它是一種面向字符的協(xié)議，是為在兩個對等實體間傳輸數(shù)據(jù)包連接而設(shè)計的，使用可擴展的鏈路控制協(xié)議lcp來建立、配置和測試數(shù)據(jù)鏈路。用網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議族ncp來建立和配置不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，并且允許采用多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。一個ppp會話分四個步驟：建立連接、連接質(zhì)量控制、網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議配置和連接終止。

嵌入式linux系統(tǒng)內(nèi)核源自于linux內(nèi)核，并保留了對tcp/ip以及其他的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的支持。在嵌入式linux系統(tǒng)上編寫網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序與在linux上編寫網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序沒什么大區(qū)別，通常只需要做很小的修改就可以移植到嵌入式linux系統(tǒng)上。至此，gprs模塊完整地集成到嵌入式終端中。

can模塊實現(xiàn)

can總線驅(qū)動程序要完成的報文發(fā)送、接收等任務(wù)都是圍繞can總線控制器展開的，因此驅(qū)動程序主要是對控制器mcp2510內(nèi)部寄存器進行操作。can總線控制器mcp2510的初始化按照以下步驟進行：（1）軟件復(fù)位，進入配置模式；（2）設(shè)置can總線波特率；（3）關(guān)閉中斷，設(shè)置id過濾器；（4）切換mcp2510到正常狀態(tài)；（5）清空接收和發(fā)送緩沖區(qū)；（6）開啟接收緩沖區(qū)，開啟中斷。

實驗結(jié)果

本實驗結(jié)果能達到基本的要求，參見圖4，圖的右上角是經(jīng)/緯度。本系統(tǒng)還不完善，還有很多實用的功能有待進一步開發(fā)。

結(jié)論

該系統(tǒng)能夠通過gps和gprs實現(xiàn)車輛定位以及車輛與控制中心之間的數(shù)據(jù)通信，還能夠通過can總線檢測汽車主要技術(shù)參數(shù)，為交通道路的智能管理以及汽車的安全駕駛提供了可靠保障。

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