用TMS320DM270在MP4上實(shí)現(xiàn)GPS導(dǎo)航

引言

近年來(lái)，電子技術(shù)的迅猛發(fā)展使PDA、MP4、高端手機(jī)等電子產(chǎn)品已經(jīng)走進(jìn)尋常百姓生活中。人們對(duì)這些產(chǎn)品的要求越來(lái)越高，而在MP4上實(shí)現(xiàn)GPS衛(wèi)星導(dǎo)航功能，可以使持有者在享受音樂(lè)、圖片、電影、網(wǎng)絡(luò)通訊、郵件等娛樂(lè)功能之外，又多一個(gè)實(shí)用功能。通過(guò)把GPS (Global PositionSystem-全球定位系統(tǒng))導(dǎo)航系統(tǒng)嵌人到MP4中，可以實(shí)現(xiàn)交通導(dǎo)航，衛(wèi)星定位，獲得星歷時(shí)間，也可以放置在車(chē)輛中用于車(chē)載導(dǎo)航，并可為出游者提供掌上電子地圖等。本文以法國(guó)某公司的一款MP4 (愛(ài)可視AV700)為原型來(lái)說(shuō)明將GPS導(dǎo)航系統(tǒng)嵌人到MP4硬件平臺(tái)的系統(tǒng)原理、結(jié)構(gòu)、軟件模塊化設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

1 系統(tǒng)硬件要求

AV700型MP4中的核心芯片TMS320DM270是一款基于多處理器架構(gòu)，并集成有DSP和ARM7RISC處理器的雙核結(jié)構(gòu)。其中80MHz ARM7TDMI32位RISC微控制器作為整個(gè)系統(tǒng)的主控制器．以滿(mǎn)足控制和接口方面的處理需要。該控制器具有一級(jí)緩存(8 K字節(jié))和片上程序／數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(32K字節(jié))，TI公司的90 MHz DSP芯片可編程TMS320C54XTM則具有片上程序／數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(128 K字節(jié))，可用于處理音頻編碼與解碼。

TMS320DM270集成有專(zhuān)門(mén)用于高計(jì)算量要求的可編程協(xié)處理器，其中SIMD圖像處理引擎(iMX)可執(zhí)行DCT、反向DCT以及眾多其它處理運(yùn)算中的運(yùn)動(dòng)估計(jì)與補(bǔ)償。其它協(xié)處理器則執(zhí)行可變長(zhǎng)度編碼／解碼、量化與逆量化等。

該器件帶有用于實(shí)時(shí)查看和數(shù)字放大的預(yù)覽引擎(Preview Engine)、用于DSC系統(tǒng)的硬件像素預(yù)處理器、多功能屏幕顯示(OSD)、彩色LCD數(shù)字接口、支持高達(dá)64MB和32／16位接口的120MHz SDRAM、用于NTSC／PAL混合視頻輸出的10位DAC、8／16位數(shù)字RGB／YUV輸出、串行音頻編解碼接口(McBSP)、USB1.1功能控制器設(shè)備等，另外，ARM7還有一個(gè)JTAG接口，并提供了一個(gè)功能完善的調(diào)試手段。TMS320DM270以其強(qiáng)大的處理能力和多媒體性能可以滿(mǎn)足將CPS導(dǎo)航功能嵌入到MP4設(shè)備的需要。

綜上考慮，用嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)該GPS導(dǎo)航系統(tǒng)是一個(gè)上佳選擇。AV700的核心芯片是TMS320DM270應(yīng)用處理器，輔之以一定的外部設(shè)備，構(gòu)成一個(gè)功能完整的系統(tǒng)。

2 GPS系統(tǒng)原理和結(jié)構(gòu)

整個(gè)GPS系統(tǒng)南空間衛(wèi)星、GPS模塊和用戶(hù)設(shè)備三部分組成?？臻g部分即GPS衛(wèi)星群，由21顆定位衛(wèi)星和3顆備份衛(wèi)星組成。這些衛(wèi)星可以覆蓋全球，從而使地球上任何一點(diǎn)基本上都可以接收到4顆星的衛(wèi)星信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)三維定位和測(cè)速。GPS模塊部分是接收衛(wèi)星信號(hào)，并經(jīng)過(guò)調(diào)制分離出經(jīng)緯度、高度、速度和時(shí)間等信息，最后通過(guò)串口發(fā)送到數(shù)字處理芯片進(jìn)行處理。用戶(hù)設(shè)備則通過(guò)接收衛(wèi)星信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)自身定位，并通過(guò)預(yù)裝在芯片中的電子導(dǎo)航地圖實(shí)現(xiàn)路標(biāo)指示，以引導(dǎo)使用者到達(dá)目的地。

圖1所示一個(gè)GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)組成框圖。其中用戶(hù)設(shè)備部分有以下幾個(gè)模塊組成：GPS接收模塊、數(shù)字信號(hào)處理模塊、按鍵輸入模塊、液晶屏和音頻輸出模塊等組成。

核心硬件電路模塊以TMS320DM270處理器為核心和必要的附加設(shè)備組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。內(nèi)存采用64 MB的SDRAM。為保證運(yùn)算空間足夠大，系統(tǒng)還配置了64 MB的Flash閃存以用于存儲(chǔ)操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)。此外還配置了相關(guān)的接口電路。

GPS模塊和TMS320DM270之間通過(guò)串口(U-ATR)進(jìn)行通信。由于GPS導(dǎo)航系統(tǒng)被嵌入到MP4上，而實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航功能只是增加了MP4的一個(gè)輔助功能，所以，本系統(tǒng)通過(guò)擴(kuò)展按鍵來(lái)輸入鍵盤(pán)信號(hào)，以控制MP4功能的切換。

該軟件可在主機(jī)上開(kāi)發(fā)，然后通過(guò)USB接口將程序和數(shù)據(jù)下載到系統(tǒng)中。

3 軟件模塊的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)模塊如圖3所示。該軟件以電子地圖分析模塊和數(shù)據(jù)庫(kù)為中心，包括GPS模塊、通訊模塊以及顯示和聲音輸出模塊。

數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄著各種地理信息和數(shù)據(jù)。事實(shí)上，整個(gè)城市可以看成一個(gè)以各路口和轉(zhuǎn)折點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)的有向圖。各路段可用折線(xiàn)段表示，并可設(shè)立各轉(zhuǎn)折點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)，然后分配一定的“屬性字段”。當(dāng)打開(kāi)MP4且處于GPS接收狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)將由GPS模塊接收和分析衛(wèi)星信號(hào)，同時(shí)計(jì)算當(dāng)前的經(jīng)緯度、速度、方向等數(shù)值，以得到MP4持有者在電子地圖上的當(dāng)前位置。若能定時(shí)記錄位置移動(dòng)情況，就可以在LCD上顯示直觀的運(yùn)行路線(xiàn)。此外，可以得到精確的星歷時(shí)間，以便為出行、旅游提供極大的方便。

對(duì)于導(dǎo)航系統(tǒng)的軟件，考慮到uCLinux已經(jīng)在90％以上的MP4中采用，而且uCLinux的開(kāi)放性特點(diǎn)使得很大一部分軟件可以免費(fèi)進(jìn)行移植修改，這樣就可以節(jié)約大量的授權(quán)費(fèi)用，許多Lin-ux高手也已經(jīng)開(kāi)發(fā)出非常豐富的應(yīng)用數(shù)據(jù)包，如網(wǎng)絡(luò)瀏覽、電子郵件、游戲、個(gè)人事務(wù)處理甚至GPS電子地圖等。如果可以得到他們的支持，就能節(jié)省很多開(kāi)發(fā)時(shí)間。所以本設(shè)計(jì)采用uCLinux作為操作系統(tǒng)，用Hitool for uCLilux作為軟件開(kāi)發(fā)工具。其開(kāi)發(fā)流程如圖4所示。

Hitool for uCLinux是Hitool System公司的開(kāi)發(fā)套件，整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程可以在Windows環(huán)境下完成，并采用JTAC方式來(lái)調(diào)試。這種方式可以調(diào)試內(nèi)核和驅(qū)動(dòng)程序，同時(shí)也可以調(diào)試應(yīng)用程序。在硬件平臺(tái)(基于ARM7處理器)建立后，可以通過(guò)仿真器將已經(jīng)準(zhǔn)備好的uCLinux內(nèi)核(linux.elf)下載到RAM上?？梢韵裾{(diào)試一個(gè)普通的嵌入式程序一樣調(diào)試Linux內(nèi)核，再編譯生成“合身”的操作平臺(tái)(linux_bootrom.bin)，最后燒錄到Flash中。

該系統(tǒng)軟件編譯好后，便可通過(guò)USB口把編譯好的軟件下載到目標(biāo)板的文件中。經(jīng)調(diào)試運(yùn)行正常，即可投入試用，并可以開(kāi)發(fā)新的功能。

4 結(jié)束語(yǔ)

GPS是當(dāng)今世界應(yīng)用最廣泛的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，無(wú)論在車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)還是在手持式導(dǎo)航設(shè)備，特別是在PDA、MP4、高端手機(jī)等電子產(chǎn)品中，用高速處理器和強(qiáng)大的多媒體功能來(lái)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航，具有其廣闊的發(fā)展空間。