基于嵌入式LINUX的智能車載終端系統的設計

劉 青， 楊 勇

（1．南京鐘山職業技術學院 江蘇 南京 210049；2.中興通訊股份有限公司 江蘇 南京 210028）

隨著國內汽車使用量增加，公路建設在跨越式發展，道路的復雜程度越來越大，這些因素給車輛安全運行帶來了困難。如何讓車輛安全行駛，并能夠對車輛進行有效監管，已經成為駕車人和交管部門重點關注的焦點。智能交通系統ITS（Intelligent Transportation Systems）[1]， 通 過 引 進 信 息 管 理 技術，優化傳統的交通管理系統，形成新型現代交通管理系統，體現出信息化、智能化和社會化的特點。在智能交通系統中，車載終端是重要組成部分，它使用衛星全球定位GPS功能對道路上運行的車輛，進行實時監管、控制和調度。具體設計實現時，使用GPS接收機，接收車輛實時運動位置信息，并將這些數據發送到車輛監控中心；監控中心根據接收到的車輛運行狀態數據，以及當前道路實際監測狀況，向車載終端發送控制指令，以達到對運行車輛的調度和監控[2-3]。

當前，電子技術飛速發展，出現一些處理能力強、外設接口豐富的處理器芯片，比如ARM（Advanced RISC Machines）系列處理器，為開發多功能的車載終端提供了硬件技術基礎；此外，LINUX操作系統日漸成熟穩定，且外設驅動支持豐富，被廣泛應用于消費電子產品中，為開發智能車載終端提供了強大的軟件支撐平臺。

文中根據車載終端系統的功能需求，提出了一種基于ARM和LINUX的智能車載終端系統的設計方案[4-5]。在該設計方案中，硬件平臺主要圍繞S3C44B0X處理器，配置GPS定位信息模塊、GPRS通訊模塊以及其他外設；軟件平臺以嵌入式LINUX為平臺，對操作系統組件做適當的功能裁減，輔助必要的業務數據處理程序。

1 硬件設計方案

本智能車載終端系統的硬件組成主要包括4個部分：GPS定位模塊、GPRS通信模塊、觸摸屏模塊和ARM控制模塊，系統的硬件結構見圖1所示。本系統中的觸摸屏模塊選用了成熟的解決方案，下面著重說明本系統中GPS定位模塊、GPRS通信模塊和ARM控制模塊的設計方案。

圖1 智能車載終端系統的硬件結構組成Fig.1 The hardware structure of intelligent vehicle terminal system

1.1 ARM控制模塊設計

本智能車載終端系統中的ARM控制模塊，主要用于設置GPS定位模塊、GPRS通信模塊、觸摸屏模塊以及外設器件的工作方式，使得各個硬件組件按照設計方式工作。

考慮到本系統的業務邏輯控制并不是異常復雜，經過慎重比較，選擇了集成ARM公司的ARM7TDMI核的嵌入式微處理器S3C44B0X，作為主控制模塊的處理器。S3C44B0X處理器內設豐富，集成了LCD控制器、存儲器控制器、IIC總線控制器、IIS總線控制器等設備控制器，還有UART等外部接口。使用這款處理器，既簡化了系統整體硬件設計，又降低了硬件成本。

1.2 GPS定位模塊設計

本智能車載終端系統中的GPS定位模塊，主要負責接收定位衛星的定位信息，通過RS232接口連接ARM主控模塊，傳遞定位數據，用于計算行車的位置和坐標。

考慮到在通常行車環境下，GPS定位模塊只能與4～8顆衛星同時通信。在設計本系統的GPS模塊時，考慮了高性價比的選擇標準，選擇了上海麗浪公司的GPS－R25型GPS模塊。該GPS模塊有這樣的特性：支持12通道C/A碼接收控制，同時監控12路衛星信號；內部集成16位ARM處理器內核，電池可在正常使用中充電；數據誤差范圍為1～5 m；有串行接口；達到工業級標準。

1.3 GPRS通信模塊設計

本智能車載終端系統中的GPRS通信模塊，是車載終端與后臺監控中心的通信通道，實現將處理好的GPS數據和其他監控數據發送給監控中心，并接收后臺監控中心發送給車載終端的控制數據。

本系統選用的GPRS模塊是索尼愛立信公司推出的GR47模塊，其主要特點：采用實時操作系統；內置完整的TCP/IP協議，允許一個TCP/UDP傳輸機制，以最小的前期配置和操作來被使用；內嵌控制器，方便集成用戶的應用，減少外部控制器的需求。GR47支持雙頻GSM帶寬900MHZ/1800MHZ，可以通過 SMS短信息服務、CSD、HSCSD或GPRS來收發資料，并支持語音處理和傳真。可通過AT命令或嵌入式應用訪問其TCP/IP協議棧。由于GR47模塊內嵌了TCP/IP協議棧，因而可以直接使用AT命令對其控制，使用方便[6]。

2 軟件設計方案

2.1 軟件模塊設計

本智能車載終端系統的軟件部分主要包括：主控子模塊、GPS采集/處理子模塊、GPRS報文通信子模塊和顯示驅動子模塊。

主控子模塊：負責初始化硬件通信接口、GPS定位模塊控制器、GPRS通信模塊控制器、觸摸屏控制器以及其他外設；從外設存儲芯片中加載用戶配置信息；響應并處理前臺用戶給出的控制命令，以及來自后臺監控中心的控制指令。

GPS采集/處理子模塊：負責接收GPS定位模塊的定位數據，一方面對定位數據進行解析處理，從中提取位置信息，轉交主控子模塊，顯示實時位置信息，便于車輛行駛人了解當前地理位置；另一方面對定位數據進行數據格式轉換處理，然后借助GPRS通信接口，將轉換后的數據發送給后臺監控中心，方便后臺控制中心實時了解車輛運行信息。

GPRS報文通信子模塊：負責接收監控中心傳遞來的GPRS通信格式報文，并對接收到的報文按照約定的數據格式進行轉換處理，通過內部消息，將轉換后的報文數據送交至主控子模塊繼續處理；另外為GPS數據采集/處理子模塊提供GPRS數據報文發送接口，按照GPRS約定格式的數據發送至后臺監控中心。

顯示驅動子模塊：接收用戶輸入控制，比如：設置導航線路、發送行車狀態等；顯示定位信息數據，以及監控中心發來的控制命令。

2.2 多線程應用設計

借助于嵌入式LINUX系統的多線程技術、中斷的快速響應機制、以及消息驅動機制，結合智能車載終端系統需要實現的功能，進行如下線程設計，如圖2所示。

圖2 系統中主要線程的運行流程圖Fig.2 The running flow chart of the main threads

主要線程功能說明：

1）主控線程：本線程主要實現對GPS模塊控制器、GPRS模塊控制器、觸摸屏模塊控制器、以及其他外設器件初始化；接收報文接收線程發送的內部消息，處理后臺監控中心的控制指令；接收GPS數據采集/處理線程發送的內部消息，實時更新顯示地理位置信息；響應處理前臺觸摸屏控制用戶的設置，設定行駛線路以及其他行車狀態；

2）報文接收線程：本線程等待主控線程完成基本硬件器件初始化后，嘗試連接GPRS通信網絡；在連接成功之后，本線程開始接收后臺監控中心發給本終端的控制命令報文，然后解析報文，轉換為系統中約定的內部控制消息，交給主控線程繼續處理；

3）GPS數據采集/處理線程：本線程等待主控線程完成基本硬件器件初始化后，開始采集GPS定位數據；采集到GPS定位數據后，發送內部控制消息給主控線程，實現地理位置信息更新；同時對采集到的GPS數據按照約定的數據格式進行轉換處理，然后使用GPRS報文發送接口，將轉換后的數據報文發送給后臺監控中心處理。

3 結束語

文中提出的技術實現方案，重點在于使用GPRS網絡進行無線數據通信，代替傳統的GSM短信息通信模式，提高了數據傳輸速率和傳輸可靠性；此外，基于嵌入式LINUX系統，通過使用多線程設計方案，解決了系統中多任務并行處理的問題，確保系統的穩定性和可靠性，相比現有車載終端，故障率降低了約50%；用戶體驗更好。

[1]張振東.智能交通系統概述及國內外發展狀況[J].科學之友，2010，3（9）:97－99.ZHANGZhen-dong.Intelligent transportation system overview and development at home and abroad[J].Friend of Science Amateurs，2010，3（9）:97－99.

[2]胡剛，金振偉，司小平.車載導航技術現狀及其發展趨勢[J].系統工程，2006，24（1）:41－47.HU Gang，JIN Zhen-wei，SI Xiao-ping.Vehicle navigation technology present situation and development trend[J].Systems Engineering，2006，24（1）:41－47.

[3]崔瑋.關于我國智能交通系統發展的分析[J].甘肅科技，2010，26（22）:80－81.CUI Wei.The analysis of the development of intelligent transportation systems in China [J].Gansu Science and Technology，2010，26（22）:80－81.

[4]李興霞.基于S3C44B0X處理器的μC/OS－Ⅱ的移植方法研究[J].大慶師范學院學報，2011，31（3）:28－31.LI Xing-xia.Study on the method of mu C/OS－Ⅱ transplantation based on S3C44B0X processor[J].Journal of Daqing Normal University，2011，31（3）:28－31.

[5]王志勇，李欣.基于GPRS網絡的醫療監護系統[J].電子設計工程，2011，19（24）:140－141.WANG Zhi-yong，LI Xin.Telemedicine guardianship system based on GPRS network[J].Electronic Design Engineering，2011，19（24）:140－141.

[6]馮春雨，段艷君.基于GR47模塊的網絡燃氣表的設計與實現[J].中國儀器儀表，2013（2）:63－66.FENG Chun-yu，DUAN Yan-jun.Design and realization of network gas meter based on GR47 module[J].China Instrumentation，2013（2）:63－66.