基于ARM的汽車導航系統設計

摘 要：我國汽車保有量逐年增加，這既是我國經濟高速發展的實際體現，也對汽車系統提出了更多更高的要求。汽車導航系統是汽車的重要構成系統之一，能夠對汽車性能的發揮起到關鍵作用。近些年，基于ARM對汽車導航系統系統進行設計已經成為潮流趨勢，因此需要加強對這方面的研究。基于此，本文首先對ARM進行了簡單的介紹，然后從汽車導航系統的設計出發，深入論述了ARM在其中的運用，希望可以對相關人員起到一定參考作用。

關鍵詞：ARM；汽車導航系統；設計；運用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.258

0 引言

汽車導航系統是為駕駛者指引路線、規劃路線的重要系統，其對于安全行車、合理行車具有極其重要的作用。隨著相關技術的不斷發展，消費者對汽車導航系統的要求越來越高，不僅提出了多元化功能的實際要求，還提出了高靈敏度、高反應度的要求。因此，可以將ARM運用到導航系統當中，以實現這一目的。

1 ARM

Acorn公司推出了一款面向低端市場的RISC微型處理器，在推出前期被稱之為Acorn RISC Machine，后來逐漸被簡化為ARM。該處理器是32位設計，同時還配備了16位指令集。相較于傳統的32位處理器而言，該型處理器能夠實現35%的代碼節省，并且能夠完全保留住32位系統的特點與優勢。在實際的運用中，ARM處理器表現出的非常顯著的特點，一是兼具16位和32位雙指令集，二是能耗很低，三是具有諸多合作伙伴。隨著ARM處理器的不斷發展，其運用領域也越來越多，在2011年微軟就已經宣布全面支持ARM處理器，而在2012年，AMD又宣布將會設計64位的ARM處理器。在諸多國際廠商的支持下，ARM處理器的運用前景不斷寬廣，目前在汽車導航系統中進行運用已經成為業界的熱點話題，引起了廣泛的討論。

2 汽車導航系統設計中ARM的運用

2.1 汽車導航系統

汽車導航系統的主要功能就是為消費者提供導航服務，使其能夠明確前方道路的路況、目標、路徑以及引導等，使消費者能夠穿過陌生環境達到目的地。從導航系統所具備的功能上來講，其構成部分主要包括了GPS模塊、核心系統電路、SD卡、觸摸屏、RS232串口等。GPS是導航系統的核心部分，也是基于GPS的定位功能，才能實現汽車導航服務。因此，GPS模塊的作用就是接受定位信號，RS232串口就是將GPS的定位信號傳遞給ARM處理器，SD卡的作用就是存儲相關的地理信息數據，觸摸屏的功能就是實現人機交互。

2.2 硬件設計

在進行汽車導航系統的設計時，硬件設計是最為基礎的環節，其一般主要是由GPS系統、ARM處理器、DR航位推算系統、顯示單元、處理單元等組成。進行GPS/DR導航組合子系統設計時，第一步就是數據采集，這可以將汽車運動看作二維運動，通過對航向角度變化以及行駛距離的測量，就可以得出車輛目前的具體位置。所以，為了得到角速度，可以選擇CRS03陀螺儀進行角速度測量，其基于硅性MEMS技術，能夠應對劇烈的震動和沖擊，工作穩定能非常優越。行駛距離的測量主要是靠脈沖信號發生電路和運動拾取裝置聯合測量，在車輪每轉動一周時，就可以發出一個固定脈沖，通過對行駛時間內的脈沖數進行測量，就可以得到行駛距離。第二步，信息融合。在采集到相關的數據信息之后，需要進行信息融合處理，其一般可以通過卡爾曼濾波器進行。其在處理過程上可以看作是兩級數據處理，通信息分配原則對各個子系統之間的相關性進行消除，確保局部傳感器和分配后的信息能夠實現融合，以實現局部傳感器信息更新的目的。將局部傳感器更新后的信息進行再融合，就可以得到全新的全局狀態。在整個導航系統之中，其正常工作條件下DR系統包含了3個濾波器，在航向信息和位移信息這兩處分別有一個濾波器，通過局部濾波器進行處理推算，就可以得出導航信息。在此基礎上，將GPS導航信息和DR信息聯合輸送到主濾波器當中，以此便能形成精度很高的導航信息。第三步，設計LCD子系統。在汽車的導航系統之中，可以采取點陣式彩色液晶顯示屏，因為內嵌控制器能夠支持，這就不需要再進行LCD顯示控制器的外接，實現了設計的簡化。利用內嵌式的LCD控制器，其主要采用DMA方式顯示緩存圖像，在將其傳輸到外部電路。

2.3 軟件設計

在ARM處理器基礎上進行汽車導航系統的軟件設計，可以在ADS1.2環境下進行開發，以實現程序編制。該開發環境主要是通過C語言進行變現，完成整體編譯、調試運行之后，在確保程序正常的基礎上，可以通過ADS1.2開發環境中的片上調試功能，將設計的源程序燒錄到FLASH之中，如此，只需將電源和JTAG斷開之后再進行重啟，就可以實現控制程序的脫機運行了。從具體流程上來說，在ARM處理器之下的GPS/DR組合導航系統的具體流程可以分為：開始→初始化系統→接受GPS數據→接受DR數據→融合信息→匹配地圖→LCD顯示→等待刷新時間→接受GPS數據······通過這一程序可以看出，在系統開啟之后，就可以一直循環執行接受GPS數據之后的全部程序。在GPS和DR系統將接受到的相關數據全部傳輸出去之后，就可以通過相應的軟件對兩套數據進行時空同步，在憑借卡爾曼濾波器進行處理，再進行校正計算。通過GPS和DR組合處理數據，既可以實時進行，也能夠實現測后進行，給予了導航系統更多靈活的空間。

3 結束語

在汽車導航相關研究不斷深入的背景下，開始有越來越多的人將ARM運用到導航系統的設計當中。因此，對于相關研究人員而言，必須要先認識到ARM的本質內涵，理解其和汽車導航系統的結合點。然后，在剖析汽車導航系統構成的基礎上，從硬件設計和軟件設計兩個方面加強ARM的運用，以便實現提高汽車導航系統性能和質量的效果。

參考文獻：

[1]王曉寧，王振臣，姚帆.基于ARM的車載導航系統的研究與設計[J].現代電子技術，2010（13）：162-164.

[2]馬永勝，金志華，王俊璞.基于ARM的車載導航計算機硬件設計與實驗[J].實驗室研究與探索，2010（01）：35-37.

作者簡介：劉永剛，碩士，講師，研究方向：機械電子工程。