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基于SOPC技術(shù)的便攜式定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2009-03-24 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

定位數(shù)據(jù)的采集主要采集GPS和數(shù)字指南針的定位數(shù)據(jù),采用串口接收中斷的方式。NIOS II中,串口包括6個(gè)16位的寄存器,在軟件中對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為:

typedef volatile struct
{ int np_uartrxdata; //接收數(shù)據(jù)寄存器,只讀
int np_uarttxdata; //發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器,只寫
int np_uartstatus; //狀態(tài)寄存器,只讀
int np_uartcontrol; //控制寄存器,可讀寫
int np_uartdivisor; // 波特率除數(shù)寄存器,可讀寫
int np_uartendofpacket; // 數(shù)據(jù)包結(jié)束符寄存器,可讀寫
} np_uart;

串口被當(dāng)成字符設(shè)備,對(duì)其訪問可以通過標(biāo)準(zhǔn)輸入(stdin)和標(biāo)準(zhǔn)輸出(stdio)來完成,也可以通過打開和寫文件的方式,本系統(tǒng)采用直接訪問寄存器方式,采用系統(tǒng)自動(dòng)生成的訪問宏,這樣可以采用精簡(jiǎn)Newlib C,減少程序代碼長(zhǎng)度,并采用串口中斷方式接收數(shù)據(jù),NIOS II中使用中斷首先要向系統(tǒng)注冊(cè),并且要打開硬件中斷。中斷采集GPS信號(hào)主要程序如下:

IOWR_ALTERA_AVALON_UART_CONTROL(UART2_BASE, 0X80) //向串口2控制寄存器寫命令字,打開串口2接收中斷,0x80為開接收中斷命令字,串口2為與GPS模塊通信串口。
int alt_irq_register (alt_u32 UART2_IRQ,
void* context,
void (*UART2_ISR)(void*, alt_u32));
//向系統(tǒng)注冊(cè)中斷,UART2_IRQ為串口2中斷號(hào),中斷號(hào)越小優(yōu)先級(jí)越高,context為中斷服務(wù)程序UART2_ISR ( ) 的一個(gè)形參
Static UART2_ISR (void *contex,alt_u32 id)
//中斷服務(wù)程序,串口有數(shù)據(jù)送入引起串口中斷,執(zhí)行該服務(wù)程序
{ *[buffer+i]=IORD_ALTERA_AVALON_UART_RXDATA(UART2_BASE)
//從串口2接收GPS定位數(shù)據(jù),并存入緩沖。
… …
}

3.3.3 定時(shí)器中斷方式程序?qū)崿F(xiàn)

系統(tǒng)采用定時(shí)中斷方式與監(jiān)控中心通信,將定位數(shù)據(jù)發(fā)往監(jiān)控中心。NIOS II提供了兩種類型的時(shí)鐘,HAL系統(tǒng)時(shí)鐘(HAL system clock)和基于時(shí)標(biāo)驅(qū)動(dòng)(timestamp driver)的時(shí)鐘,后者適用于對(duì)時(shí)鐘具有高精度的場(chǎng)合。系統(tǒng)時(shí)鐘提供了定時(shí)的功能,使用定時(shí)器和使用中斷方式一樣,首先要通過alt_alarm_start ( )函數(shù)向系統(tǒng)注冊(cè)一個(gè)時(shí)鐘中斷,再在時(shí)鐘中斷服務(wù)程序中實(shí)現(xiàn)GPRS發(fā)送,alt_alarm_start ( )函數(shù)聲明如下:

alt_alarm_start (alarm,alt_ticks_per_second( ),GPRS_ISR ( ),NULL)
其中alarm為定時(shí)中斷變量,由系統(tǒng)自動(dòng)初始化,第二個(gè)形參為注冊(cè)時(shí)鐘中斷后多長(zhǎng)時(shí)間后開始執(zhí)行服務(wù)程序,alt_ticks_per_second ( )為每秒系統(tǒng)時(shí)鐘的“滴答”數(shù),此處為一秒后開始執(zhí)行,GPRS_ISR ( )為服務(wù)程序,NULL為服務(wù)程序的形參,此處為空。

定時(shí)中斷服務(wù)程序完成將定位數(shù)據(jù)通過GPRS模塊發(fā)往監(jiān)控中心,通過串口向GPRS寫數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn),通過下條語(yǔ)句實(shí)現(xiàn):IOWR_ALTERA_AVALON_UART_TXDATA(BASE, DATA) //向串口寫數(shù)據(jù),BASE為串口基地址,DATA為要寫入數(shù)據(jù)。
3.4 軟件開發(fā)中應(yīng)注意的問題

針對(duì)NIOS II軟核處理軟件開發(fā)特點(diǎn),總結(jié)以下需要注意的幾點(diǎn):

(1) HAL系統(tǒng)庫(kù)作為NIOSⅡ處理器支持的軟件包,可以給軟件開發(fā)人員提供便利,包括自動(dòng)初始化系統(tǒng),可以使用ANSI C標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)等,但這樣是以增加代碼長(zhǎng)度為代價(jià)的。

(2) 進(jìn)行NIOSⅡ軟核處理器的嵌入式軟件開發(fā)時(shí)可以通過多種方式減少軟件代碼和提高工作效率,包括使用自定義初始化函數(shù)alt_main( ),使用精簡(jiǎn)Newlib C庫(kù),優(yōu)化軟件編譯參數(shù),自定義指令等,但這樣無(wú)疑對(duì)軟件開發(fā)人員提出了更高的要求。

(3) 編寫中斷服務(wù)程序時(shí)要注意防止系統(tǒng)“死鎖”,尤其是使用ANSI C標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)訪問IO設(shè)備時(shí)。

4 試驗(yàn)結(jié)果

該系統(tǒng)樣機(jī)與GPS單一定位的定位系統(tǒng)在武漢徐東地下通道進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如圖5、圖6所示。從對(duì)比結(jié)果可以看出,GPS單一定位的定位系統(tǒng)在地下通道區(qū)出現(xiàn)了定位盲區(qū),而本系統(tǒng)接收終端在地下通道行走時(shí),監(jiān)控中心地圖上還可以實(shí)時(shí)顯示軌跡,克服了以往單一GPS定位系統(tǒng)的定位盲區(qū),驗(yàn)證了該系統(tǒng)的可行性并體現(xiàn)了其優(yōu)越性。

5 總結(jié)

圖5 GPS單一定位軌跡 圖6 本系統(tǒng)定位軌跡

本文采用技術(shù),設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于NIOSII軟核處理器的便攜式組合定位系統(tǒng),并采用GPS和數(shù)字指南針組合定位,克服了單一GPS定位的盲區(qū)。與傳統(tǒng)的產(chǎn)品相比,該系統(tǒng)具有開發(fā)周期短,開發(fā)成本低,產(chǎn)品生命周期長(zhǎng),適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)體積小,便于攜帶,并可以縫制在衣服、飾物品中。適合于老人、小孩、智障人群佩戴,以便對(duì)他們進(jìn)行監(jiān)控,防止他們走失,也適合一些特殊行業(yè),例如郵政、公安、電力、冶金行業(yè),市場(chǎng)前景可觀。


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