基于Linux的車載物流終端設計與實現

馬麗潔

（內蒙古電子信息職業技術學院，內蒙古 呼和浩特 010070）

1 引言

自改革開放以來，我國經濟取得了長足發展，人們生活日新月異，汽車不再是單獨物體，而日益成為聯絡人類各種活動的載體。汽車在方便人們生活的同時，也因數量劇增，給城市交通帶來了巨大問題。而汽車數量激增所導致的交通擁堵，不僅影響了廣大居民的日常生活，更是給城市規劃、道路建設、道路維護帶來了挑戰。如何高效監管、監測、預警、調控汽車數量和汽車使用，以保證人們的人身安全和財產安全，成為相關部門不得不面對的問題。

車載物流終端通過綜合運用計算機、通訊、衛星定位等技術，為使用者提供多種多樣的服務，旨在優化智能汽車內的服務效果，為用戶提供更加安全、更加舒適的服務，減緩對環境的負擔。此外，由汽車電腦、行車記錄儀、智能導航儀和車載多媒體等儀器組成的車載信息系統具有諸多實用的功能，如提高汽車的綜合性能、保證駕駛員的安全、簡化駕駛員的操作等，有效地解決了城市交通安全、擁堵等問題。

因此，本文旨在為城市交通調度管理能力的提高與車輛安全管理的改善，提出一種有效的解決方案，即構建一個嵌入式Linux車輛監控管理系統的車載終端。該終端融合了GPS的定位系統和GPRS的網絡數據系統，具有較強的實用性、易用性、功能多元性，且功耗較少。

2 車載物流終端的組織構成及工作原理

2.1 車載物流終端的組織構成

當前，車載物流終端主要由GPRS通信系統、監控中心以及最核心的部件—車載終端組成。該終端主要包括的功能單元有ARM嵌入式系統、安全防盜系統、GPS衛星接收模塊和GPRS無線通信模塊。GPRS無線鏈路是建立在GSM/GPRS移動通信公眾網的基礎上，因此包括的支撐節點主要有基站控制器（MSC）、業務支撐節點（SGSN）以及網關支撐節點（GGSN）。而該終端的監控中心則是由網關和信息服務器組成。

2.2 車載物流終端的工作原理

車載物流終端的工作原理十分復雜，首先，GPS衛星接收模塊對GPS衛星發出的數據進行收集、計算，這一環節的目的在于快速、準確、動態、及時地確定車輛地理位置。其次，上述有關行進或駐地車輛的信息將經由ARM嵌入式系統加以處理，然后在GPRS無線通信模塊的輔助下準確無誤地發送到GPRS無線通信網絡。第三，當GPRS網絡接收到相關信息后，會自動依照協議或指令，在車載終端與處于工作狀態（聯網）的監控中心之間建立一條數據通道，該數據通道支持TCP/IP協議。第四，監控中心綜合利用數據庫和WebGIS技術，將行進或駐地車輛的地理位置標注在電子地圖上。此外，監控中心還有一個重要的功能，即利用建立的通道進一步向下一級發送控制命令或服務信息。換言之，車載終端不是一個單一的車輛定位系統，是兼具移動電話服務等各類信息服務和安全、調度等多種管理功能的全面而綜合的系統。

（1）語音與固定信息顯示。車載物流終端擁有強大的漢字書寫功能、較全的漢字庫，即信息存儲功能強，因此在信息查詢、路程估價等方面的功能十分強大。具體表現為，當查詢指令發出后，相關信息會在LCD液晶顯示屏上快速地以漢字或模擬圖的形式顯示出來，如出發地點、目的地、里程數等。

（2）顯示移動信息。在車輛的行進中，車載物流終端能夠實時地通過語音或模擬圖的形式報告行車路線、車輛行駛路況，甚至包括交通信息。

（3）GPS導航和定位功能。車載物流終端將城市甚至地圖數字化。隨著現代信息技術（如遙感技術、地理信息系統技術等）的快速發展，可以將車載物流終端看作是集成通信、導航等多種功能于一體的綜合系統平臺。能夠為駕駛員提供清晰、路程最短的的行車路線。

（4）車輛監控功能。車載物流終端還集成了監控系統。該系統可以利用GIS和可視化的界面，接收監控中心的多種監測結果，并且能夠發出多種遙控指令。因此，在監控系統和控制系統的共同作用下，監控中心能夠對汽車實現安防領域等多種遠程控制。

（5）黑匣子功能。車載物流終端還可以作為一個“黑匣子”，實時記載車輛的行駛狀況，以便一旦發生交通事故，交通管理部門可以利用該系統及時收集證據、確定事故的責任方，以便有效解決問題。

3 車載物流終端的硬件設計

上述分析表明，車載物流終端具有強大的功能，這些功能需要諸多硬件作為支撐，主要包括GPRS無線通信模塊、ARM處理單元、語音播報單元、文字圖形顯示單位、GPS接收模塊等。而在整個系統中，中央處理單元的作用舉足輕重。通過綜合權衡系統性能、綜合考慮產品成本等因素，設計如下方案：

（1）中央處理器選擇ARM7TDMI內核的LPC2292。該型號的處理器屬于微型處理器，是由飛利浦公司專門為手持設備打造的一款16/32位RISC處理器，該處理器價格低、功耗小、性能高、體積小。與其它處理器相比，它具有一個顯著的特征，使用了由ARM有限公司打造的16/32位ARM7TDMI RISC處理器作為其核心部分，即CPU核心。在此基礎上，一整套系統外圍設備的配置有效地降低了整個系統的成本，大大減少了該系統對其它硬件的需求。

值得說明的是，LPC2292微型處理器包括了數十種內部設備，能夠最大限度地發揮該處理器的功效。具體的內部設備見表1。

（2）GPRS無線通信模塊。該模塊的功能是支持GPRS/GSM網絡，進而能夠有效地承載數據、圖形、語音及傳真等多種業務。在設計過程中采用由西門子公司設計的MC35I。該設備擁有超級語音功能模塊，其優點主要表現為：一是內置語音處理電路；二是擁有單獨的語音接口。此外，通過在車載終端上設計操作鍵盤和顯示器，用戶就能夠安全地使用移動電話。

表1 LPC2292微型處理器的內部設備

值得指出的是，通過將中央處理器的LPC2292和GPRS無線通信模塊的MC35I連接成一個串行口，便可以實現信息的傳輸，并進一步將傳輸速度設置為115 200bps。此外，在兩者之間的物理接口上，還需要安裝如下設備：諸如DCD數據載波檢測、DTR終端檢測等。前者主要是MC35I的配套設備，其功能表現為檢測MC35I模塊處于何種狀態，是正在傳送數據還是傳送命令。而后者則是用來檢測數據或者命令的傳送是否結束。

（3）GPS接收模塊。GPS接收模塊采用TFAG30，該設備由飛鷹公司設計，與LPC2292通信組成串行口，傳輸速度高達9 600bps。GPS接收模塊內置ARM7處理器且具有12路衛星通道，主要用途為支持DGPS正常運行。該模塊能實現較高的目標移動速度和較準的精度，分別為515m/s和25m。為了有效地避免射頻等外部干擾對系統中其他單元的不良影響，該模塊由全金屬外殼封閉，而內部設計也十分緊湊，整個模塊大小約為30×40×7（單位均為mm）。

（4）語音合成模塊。對于絕大多數駕駛員而言，在車輛行進過程中，尤其是在高速路段上行駛時，數據讀取十分困難，容易漏掉一些非常重要的信息。對此，設計了一個TTS文本語音播報單元，即XF-S3011語音合成模塊。該模塊的最大功能是將原有需要閱讀的信息轉化為聲波的形式，這就極大地降低了司機的危險，保證了駕駛人員的安全。

需要說明的是，XF-S3011是以IIC與LPC2292為技術支撐。鍵盤電路由鎖存器和緩沖器共同組成，使用的型號分別為74HC273和74LVCH244。而LCD則是一款由行/列驅動器與192×64全點陣組成的液晶顯示器，可以快速地呈現出圖形矩陣，型號為WDT-19264B。當然，該顯示器不僅可以顯示出圖形，還可以顯示出文字。

4 車載物流終端的軟件設計

車載物流終端除了需要完備的硬件以外，還需要三個主要的軟件。

（1）U-Boot移植軟件。該軟件是一款嵌入式MCU的Boot-loader程序，支持該軟件的對象有許多種，其中一個重要的對象是ARM7TDMI系列芯片。該軟件除了支持嵌入式以外，還包含許多開發板實例。CPU文件夾目錄下同時存放MCU文件和Board文件，而開發板的相關程度就放在Board文件夾中。而開發板移植的重點工作就是針對上述CPU下兩個文件夾的相關代碼進行修改。為了減緩工作量，選擇對Board文件下的相關代碼進行修改是一個很好的舉措。具體移植過程如下：

①建立一個交叉編譯環境。首先，Linux系統中的make工具為U-Boot提供了一個有效的管理和編譯環境。之所以不采用宿主機的工具是因為嵌入式的編譯環境必須交叉編譯。如嘗試利用arm-linux-gcc-3.3.2.bz.tar建立上述環境，具體操作為，在根目錄中利用上述壓縮文件系統生成一個交叉編譯環境。

②為創建的新平臺移植U-Boot。

③配置U-Boot中處理器和開發板其他硬件。

④生成U-Boot映象。首先，編譯選項是編譯工作得到實現的一個重要工具。具體操作為在Makefile文件夾中增添pav_config編譯說明。其次，通過make clean、make pav_config和make三種命令實現編譯。在實現編譯后就會生成以u-boot為命名的三個文件，其中三個文件的擴展名分別為無、.bin、.srec。并進一步將上述文件下載到目標板中。

（2）移植uClinux內核。車載終端選用的操作系統為uC-linux。它是一個由Linco公司維護的嵌入式操作系統，是Linux2.0/2.4內核的派生品。該系統具有獨特性：第一，專門適合于沒有MMU的CPU；第二，簡化工作；第三，體積小；第四，適用于沒有MMU和虛擬內存的處理器，因此，對于那此內存小且嵌入式的系統，該系統是一個絕佳的選擇；第五，移植性能穩定；第六，網絡功能完善；第七，支持絕大多數文件系統；第八，具有精準標準的、豐富的APT。

進一步，本文選擇的uClinux內核版本為uClinux-dist-20070130.tar.gz。uClinux內核移植的詳細步驟如下。

①修改編譯選項（Makefile），指定交叉編譯器；

②對flash進行分區，并將其劃分為禁止Flash ECC校驗區、指定啟動時初始化區等。

③設置啟動時支持掛載jaffs2，為了實現該功能可以對fs/Kconfig進行修改。

④生成以.config為擴展名的文件，為了實現該功能可以運行make menuconfig命令。

⑤修改I/O端口、存儲單元及驅動等，使其與選擇的硬件相匹配。

⑥通過make命令實現uImage映象。

（3）開發應用程序。利用Linux編程，在裝有Red-hat9.0的宿主機上編寫程序。然后按照上述過程，首先實現交叉編譯；其次傳送到Linux的文件系統；第三，修改終端上的啟動文件以實現程序運行；第四，在通上適合的電流后，裝載、啟動上述操作系統，實現應用程序開發。

5 結論

本文的目標是提出一個車載終端的方案，該方案是一個融合嵌入式Linux監管系統、微處理器實用又成熟的操作系統。并且融合了GPS定位技術、GIS技術、GPRS網絡數據傳輸技術。該車載終端的性能高、功能穩定、實用強、精準度高、數據傳送速度快、可擴展性好，其開發能極大地緩解城市交通擁堵問題，為交通調度管理和車輛安全管理提供一個有效的解決方案。

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