基于嵌入式ARM-Linux的GPS智能終端設(shè)計(jì)

2．2．1 ARM主控模塊
AT91RM9200的串口UART2和UART3分別與CDMA模塊、GPS模塊通信，在實(shí)際通信時兩路連接都加有LVTTL電平到RS 232電平的轉(zhuǎn)換電路。AT91RM9200接收GPS模塊從串口3發(fā)出的位置信息，解析出其中有用數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，然后以規(guī)定格式通過串口2交給CDMA模塊，通過CDMA網(wǎng)絡(luò)接入Internet網(wǎng)最終送至ITS監(jiān)控中心；接收并解析ITS控制中心發(fā)來的短消息命令，按命令進(jìn)行上傳定位等操作；把系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及ITS控制中心發(fā)來的信息在液晶屏上顯示出來。
2．2．2 CDMA通信模塊
CDMA模塊是整個系統(tǒng)的通信基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)中采用Fidelix公司的CDMA通信模塊FD810。該模塊內(nèi)嵌的高通Qualcomm MSM6025芯片，除支持基本的通話和SMS短消息外，還支持CDMA20001x無線數(shù)據(jù)傳輸。高速上下行速率與大緩存，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)153．6 Kb／s，可通過AT命令遠(yuǎn)程控制內(nèi)置TCP／IP協(xié)議堆棧。DTGS-800與AT91RM9200通過串口UART2實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)和AT指令的操作。
2．2．3 GPS模塊
GPS接收模塊選用芬蘭Fastrax公司的iTrax100。該模塊支持NMEA0183和Sony ASCⅡ協(xié)議的數(shù)據(jù)格式。GPS模塊通過串口3將數(shù)據(jù)以固定的幀格式發(fā)送至AT91RM9200。GPS模塊需要配備專門的GPS天線接收GPS衛(wèi)星信號。一般在比較開闊的地區(qū)，需接收到3顆以上的GPS衛(wèi)星信號才能進(jìn)行準(zhǔn)確定位。
2．2．4 存儲器系統(tǒng)
存儲器系統(tǒng)采用4 MB NOR FLASH，64 MBNAND FLASH和32 MB SDRAM。NOR FLASH通過16位數(shù)據(jù)總線與CPU交換數(shù)據(jù)，用來存儲Uboot，Linux內(nèi)核、文件系統(tǒng)；NAND FLASH存儲應(yīng)用程序，作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲器，如加載電子海圖等。為充分發(fā)揮32位ARM處理器的數(shù)據(jù)處理能力，選用2片16位的HY57V281620HG并聯(lián)，以構(gòu)建32位SDRAM與ARM交換數(shù)據(jù)。SDRAM在系統(tǒng)中主要用作程序的運(yùn)行空間、數(shù)據(jù)及堆棧區(qū)。
首先，通過JTAG口將Uboot、Linux內(nèi)核、文件系統(tǒng)燒寫到NOR FLASH，將應(yīng)用程序燒寫到NANDFLASH。在系統(tǒng)啟動時，CPU首先從復(fù)位地址0x0處讀取啟動代碼，并將存有引導(dǎo)程序Uboot的NORFLASH存儲器配置到：Bank0，即AT91RM9200的NCS0引腳接至NOR FLASH芯片AT49BV322AD的CE端，這樣就可以從NOR FLASH啟動嵌入式Linux操作系統(tǒng)。

3 GPS智能終端的軟件設(shè)計(jì)
嵌入式Linux系統(tǒng)只需引導(dǎo)程序、Linux微內(nèi)核、初始化進(jìn)程3個基本元素，移植嵌入式Linux，就是使實(shí)時內(nèi)核能在其他處理器(CPU)或微控制器(MCU)上運(yùn)行。將嵌入式Linux移植到AT91RM9200平臺上，一般需要4個步驟：下載源碼和建立交叉編譯環(huán)境，配置編譯內(nèi)核，制作文件系統(tǒng)，下載和調(diào)試內(nèi)核。
3．1 應(yīng)用程序設(shè)計(jì)
應(yīng)用程序包括Uboot啟動代碼、串口設(shè)備驅(qū)動程序、CDMA網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸程序、GPS串口通信程序等。
(1)系統(tǒng)加電后復(fù)位；
(2)Uboot初始化CPU，SDRMA，分配地址空間等；
(3)Uboot把Linux內(nèi)核的壓縮文件解壓到SDRAM中，同時Uboot把控制權(quán)移交到Linux。
Linux的內(nèi)核有在FLASH存儲器上直接運(yùn)行和加載到內(nèi)存中運(yùn)行2種工作方式。這里采用的FLASH存儲器運(yùn)行方式相對較復(fù)雜，但運(yùn)行速度更快；
(4)開始執(zhí)行SDRMA中的代碼，Linux內(nèi)核初始化，完成堆棧和中斷的分配等；
(5)加載串口驅(qū)動模塊，完成串口的初始化；
(6)運(yùn)行CDMA網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸程序，通過CDMA網(wǎng)絡(luò)與Internet進(jìn)行連接；
(7)運(yùn)行GPS串口通信程序，通過串口將GPS數(shù)據(jù)送至AT91RM9200。
至此，已建立了從GPS數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾那度胧奖O(jiān)控系統(tǒng)。
3．2 無線接入網(wǎng)絡(luò)程序
終端由CDMA網(wǎng)絡(luò)接入Internet后，通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)上電和載入Linux后，首先初始化CDMA模塊，進(jìn)行端口設(shè)置和波特率設(shè)置(115 200 b／s)；然后進(jìn)入撥號等待狀態(tài)。由于該終端在功能上映射為無線Modem，所以登陸網(wǎng)絡(luò)需進(jìn)行PPP撥號連接，接入號為#777，用戶名和密碼均為CARD。啟動程序后，確認(rèn)是否撥號成功，若成功撥號，則調(diào)用GPS串口通信程序和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸程序；最后使用Internet結(jié)束后，關(guān)閉無線連接。
3．3 CDMA網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸程序
在Linux操作系統(tǒng)下，監(jiān)控終端通過CDMA網(wǎng)絡(luò)與Internet連接，將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心。套接字Socket是許多操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)編程的通用API，是介于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層和傳輸層之間的編程接口。套接字提供了訪問下層通信協(xié)議的大量系統(tǒng)調(diào)用和相應(yīng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，進(jìn)程在Linux上的網(wǎng)絡(luò)通信過程就是使用套接字傳輸數(shù)據(jù)的過程。，文中介紹的Socket通信采用面向連接的TCP協(xié)議。
客戶端和服務(wù)器端的TCP應(yīng)用程序流程如圖3所示?？蛻魴C(jī)部分先由Socket()創(chuàng)建本地套接口，給服務(wù)器端套接口地址結(jié)構(gòu)賦值；用Connect()函數(shù)使本地套接口向服務(wù)器端套接口發(fā)出建立連接請求，經(jīng)3次握手建立TCP連接；若連接建立成功，則用Send()和Recv()函數(shù)與服務(wù)器通信；通信結(jié)束，用Close()關(guān)閉套接口。
服務(wù)器部分由Socket()創(chuàng)建套接口，并給套接口地址結(jié)構(gòu)賦值；調(diào)Bind()函數(shù)綁定套接口、用Listen()函數(shù)在該套接口上監(jiān)聽請求；當(dāng)Accept()函數(shù)接受請求，產(chǎn)生新的套接口及描述字，并與客戶端連接；在用Fork()函數(shù)派生新的子進(jìn)程與客戶端通信，主進(jìn)程繼續(xù)處理其他請求。
3．4 GPS串口通信程序
GPS串口通信程序是對采集到的GPS數(shù)據(jù)和車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析；對時間、經(jīng)度、緯度、速度及超速報警等數(shù)據(jù)解析，并以固定格式通過串口3傳送到AT91RM9200。GPS模塊的工作流程如圖4所示。