基于GPS的嵌入式公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的研究

    核心處理器S3C2410X是一款由Samsung公司設(shè)計(jì)的低功耗、高度集成的16/32位RISC處理器，它采用272 腳FBGA 封裝，為手持設(shè)備和一般類型應(yīng)用提供了低價(jià)格、低功耗、高性能小型微控制器的解決方案。S3C2410X的顯著特性是其CPU核心為一個(gè)16/32位的ARM920T RISC處理器。ARM920T實(shí)現(xiàn)了MMU、AMBA BUS和Harvard高速緩沖體系結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)具有獨(dú)立的16KB指令Cache和16KB數(shù)據(jù)Cache，每個(gè)都是由8字長(zhǎng)的行(line)構(gòu)成。通過(guò)提供一系列完整的系統(tǒng)外圍設(shè)備，S3C2410X可大大減少整個(gè)系統(tǒng)的成本，不需要為系統(tǒng)配置額外器件。工作頻率最高達(dá)到203MHz，同時(shí)具有MMU（內(nèi)存管理單元），使得處理器輕松運(yùn)行于Windows CE、Linux等操作系統(tǒng)，可進(jìn)行較為復(fù)雜的信息處理。
    GPS模塊采用美國(guó)Garmin公司的GPS 15模塊。GPS 15系列是Garmin公司新推出的產(chǎn)品,具備12個(gè)平行接收頻道，最多能同時(shí)解算12顆衛(wèi)星訊息，以供快速定位與導(dǎo)航。使用者不需初始化設(shè)定，可自動(dòng)搜尋衛(wèi)星信號(hào)，進(jìn)行定位功能，并輸出NMEA 0183標(biāo)準(zhǔn)資訊。所有GPS 15系列產(chǎn)品皆具有低耗電設(shè)計(jì)。使用讀寫式記憶體設(shè)計(jì)，內(nèi)部使用記憶體電池，斷電后儲(chǔ)存資料不流失。3.3V～40V的大范圍輸入電壓承載設(shè)計(jì)及輸出界面選擇，針對(duì)不同領(lǐng)域提供全方位更靈活的運(yùn)用，即便是在公交車上電壓不穩(wěn)定的環(huán)境下也不會(huì)受到影響。表1為GPS模塊接口定義，與ARM處理器相應(yīng)管腳連接即可。

    系統(tǒng)外擴(kuò)一個(gè)USB口，使用廉價(jià)的1GB或2GB的U盤作為海量存儲(chǔ)器來(lái)存放站點(diǎn)信息及廣告等多媒體文件。
2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    目前主流的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)有：Windows CE系列(含Pocket PC)、VxWorks和嵌入式Linux。相對(duì)于Windows CE、VxWorks，Linux用作嵌入式操作系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢(shì)：用戶可以依照需要自行對(duì)Linux系統(tǒng)進(jìn)行裁剪，這對(duì)于在功能、可靠性、體積、成本和功耗方面有嚴(yán)格要求的專用終端系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常重要的特點(diǎn)；可以用于多種硬件平臺(tái)；Linux為開源軟件，使用靈活，開發(fā)成本低。
    本方案采用的Linux版本為韓國(guó)MIZI公司為S3C2410X處理器開發(fā)的開源版本板級(jí)BSP包Linux 2.4.18-rmk7-pxa1。該版本也是三星公司的S3C2410X demo板上的Linux演示版本，已根據(jù)S3C2410X處理器的配置作了片級(jí)開發(fā)，但由于是開源版本，外圍驅(qū)動(dòng)做的并不完整,需要加入一些驅(qū)動(dòng)程序（LCD驅(qū)動(dòng)、USB驅(qū)動(dòng)）。同時(shí)，由于使用的硬件芯片和三星的demo板并不相同，需要在配置Linux時(shí)進(jìn)行一些調(diào)整，并修改部分源代碼。最主要的工作是對(duì)存儲(chǔ)單元的配置以及文件系統(tǒng)的建立，并在Linux內(nèi)核的基礎(chǔ)上開發(fā)應(yīng)用程序(MPlayer播放器、Qt圖形應(yīng)用程序、GPS定位應(yīng)用程序），如圖4。

2.2.1 GUI設(shè)計(jì)
    QT/Embedded是一個(gè)專門為小型設(shè)備提供圖形用戶界面的應(yīng)用框架和窗口系統(tǒng)。它提供了豐富的窗口小部件（Widgets）,并支持窗口部件的定制，因此可以為用戶提供漂亮的圖形界面。Qt是KDE等項(xiàng)目使用的GUI支持庫(kù)，有許多基于Qt的X Window程序可以方便地移植到Qt/Embedded上。Qt/Embedded以原始Qt為基礎(chǔ)，并做了許多出色的調(diào)整以適用于嵌入式環(huán)境。在Qt中加入觸摸屏驅(qū)動(dòng)的接口函數(shù)，便可支持觸摸功能。
    移植Qt時(shí)，在裝有Linux的PC機(jī)上安裝交叉編譯環(huán)境，編譯器版本為arm-linux-gcc-3.4.1,在/root/.bash_profile中修改編譯器搜索路徑；編譯庫(kù)文件(libjpeg-iwmmxxt.tar.bz2)；編譯工具包(tslib.tar.gz、tmake-1.13.tar.gz)；編譯Qtopia桌面環(huán)境(qtopia-free-source-2.1.1.tar.bz2)；最后將交叉編譯后得到的Qtopia桌面環(huán)境、Qtopia.sh文件及相應(yīng)的庫(kù)文件下載到自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)。
    在公交車未到站時(shí)，如果有乘客通過(guò)觸摸屏查詢信息，則觸發(fā)人機(jī)交互中斷，調(diào)用Qt圖形應(yīng)用程序。該程序可以通過(guò)觸摸屏顯示當(dāng)前時(shí)間、本公交運(yùn)行路線圖、首末班車發(fā)車時(shí)間及本線路沿途各站點(diǎn)所經(jīng)過(guò)的其他公交車。
2.2.2 多媒體播放器
    用于播放景點(diǎn)介紹、廣告等信息的播放器選用MPlayer播放器，它基于0.2.0版本的Libmpeg2函數(shù)庫(kù)編寫，因此支持多種流行的圖像壓縮格式，例如：MPG、DAT、BIN、VOB、ASF、WMF、AVI等。MPlayer播放器本身編譯自帶了多種類型的編碼器，不需要再安裝xvid、ffdshow、ac3、filter、ogg、vobsub等解碼器。本系統(tǒng)移植采用較新版本的MPlayer-1.0pre7try2.tar.bz2。
2.2.3 GPS定位應(yīng)用程序
    GPS模塊工作流程如圖5所示。任務(wù)啟動(dòng)后，模塊接收GPS信息，然后解析出GPS信息，根據(jù)解析出來(lái)的經(jīng)緯度信息與數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的站點(diǎn)信息比較，計(jì)算出實(shí)際距離。如果距離到達(dá)閥值時(shí)，啟動(dòng)GPS報(bào)站中斷。

2.2.4 系統(tǒng)軟件總流程
    系統(tǒng)的軟件流程如圖6所示。上電后，首先完成系統(tǒng)初始化，然后創(chuàng)建GPS 信號(hào)檢測(cè)任務(wù)，并進(jìn)入此任務(wù)執(zhí)行GPS信號(hào)檢測(cè)及解析，同時(shí)監(jiān)測(cè)是否有GPS報(bào)站中斷產(chǎn)生。若有中斷產(chǎn)生，則啟動(dòng)MPlayer播放器播報(bào)站名、景點(diǎn)介紹等信息；若沒(méi)有，則檢測(cè)是否有觸摸屏中斷產(chǎn)生。若有中斷，則進(jìn)入人機(jī)交互界面；否則啟動(dòng)MPlayer播放器播報(bào)廣告、公益信息等，同時(shí)檢測(cè)、解析GPS信號(hào)。