嵌入式GPS導航系統(tǒng)設計

隨著科技化的角度持續(xù)加快，迫使有越來越多的人必須在緊湊的時間及地點進行工作，而當城市化的速度不斷地膨脹后，不僅導致交通網(wǎng)絡日益復雜，人們必要的移動性也有越來越頻繁的趨勢。

使得每個人對空間信息有了更多的依賴，使得人們對于「我身處在何方？」、「前往的目的地？」、「如何前往？」等問題，存在著前所未有的需求性。因此，以嵌入式系統(tǒng)為主要平臺的數(shù)碼地理整合性應用與其因應方案，也就是手持式、車載GPS全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，便可解決對此人們急迫的需求性。

圖說：附加功能仍持續(xù)呈現(xiàn)高度擴張，過去車用導航系統(tǒng)中不需要AM/FM收音機、DVD/VCD影音系統(tǒng)、CD/MP3播放器，又或者兼具語音導航的音效系統(tǒng)、擁有存放地圖的存儲器等諸多功能性。

嵌入式GPS導航系統(tǒng)　體現(xiàn)最佳化導航系統(tǒng)

今日GPS衛(wèi)星導航定位的應用已愈來愈普及，但大多數(shù)人對它的認識仍限定在行車導航的用途之上，不過針對廣泛的應用市場，車載式GPS的應用只是開端而已，其實它在國防、地理信息和建筑工程等領域已是不可或缺的重要技術，而下一步，GPS將走入每個人的生活，成為人手一支的GPS手機或手持導航設備（PND）。

這可以由嵌入式GPS導航系統(tǒng)的核心技術來看，以三星ARM9系列中的16/32位RISC處理器S3C2410A芯片為例，該芯片強大的實時處理能力和豐富的外圍界面非常適合嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)，而該系統(tǒng)就是基于該芯片的這些特點而設計的。該系統(tǒng)以S3C2410A微處理器為核心，與2片32M的SDRAM（HY57V561620CT）和64M的NAND Flash（K9F1208U0B）整合為最小的一套系統(tǒng)；另外，就是在系統(tǒng)外部加裝可用于收GPS信號的GPS模塊，用于顯示的液晶面板，以及UDA1341TS的語音芯片系統(tǒng)。

建立系統(tǒng)平臺完善架構　兼容性是主要目標

主要來說，其系統(tǒng)平臺架構的建立，可細分為2個主要部分，也就是主控的計算機主機的操作系統(tǒng)的選擇和交叉編輯設備與工具鏈的建立。在計算機的主機上，其操作系統(tǒng)可以有多種選擇，包括：安裝Linux發(fā)行版、在Windows下使用虛擬機或者使用Cygwin。由于現(xiàn)今Microsoft Windows統(tǒng)領著全球超過半數(shù)的計算機系統(tǒng)，而許多開發(fā)者開始使用虛擬機等手段來實現(xiàn)在Windows平臺下進行嵌入式Linux的開發(fā)，但這些方法都會或多或少地帶來些兼容性問題。開發(fā)嵌入式Linux最好的選擇便是在計算機主機上安裝Linux發(fā)行版，因為這樣與Windows毫無關聯(lián)，可占有系統(tǒng)全部資源，擁有系統(tǒng)最高性能和最佳的兼容性。

其次，就是在建立交叉式編輯設備的工具鏈方面，必須注意一點就是在計算機運行系統(tǒng)的選擇?，F(xiàn)在可供選擇的運行系統(tǒng)有glibc、uClibc以及newlib等。glibc是由GNU項目提供的標準系統(tǒng)，因為主要是針對計算機而應用設計，主體架構較為巨大，不過卻能供應最佳的兼容性。如果一般的嵌入式開發(fā)可選用uClibc，而uClibc原本就是uCLinux開發(fā)過程中的一個C語言庫，現(xiàn)已經(jīng)獨立于uCLinux項目并且進一步完善。它對glibc的大部分函數(shù)進行了重寫，并且目標就定位于嵌入式，所以其相對glibc而言要小巧很多。此外由于它的函數(shù)與glibc保持一致，這樣很多原本基于glibc開發(fā)的軟件基本不需要更改，便能使uClibc在編輯的過程中獲得最佳化，使得在嵌入式系統(tǒng)上占用的存儲器和磁盤空間更少，不過由于不是標準的運行系統(tǒng)，因此uClibc擁有著一定的兼容性問題。

圖說：使用在不同設備上的GPS導航設備，比方說，手持式導航設備或者是汽車上所嵌入式的GPS導航架構，這都是要選擇適當?shù)挠布軜嬛埃仨氁刃写_認的使用范疇及定位方向。（www.u-blox.com）

GPS導航應用軟件　關乎導航系統(tǒng)優(yōu)劣

基本上，軟件功能也是決定導航系統(tǒng)好壞的重要關鍵之一；首先是操作系統(tǒng)的選擇，由于是車載嵌入式系統(tǒng)，車廠對內(nèi)裝設備的可靠性要求遠高于消費性或家用等設備系統(tǒng)，而作為導航系統(tǒng)的計算機主要機體的操作系統(tǒng)，以及分別使用buildroot和crosstool建立兩條采用不同的運行系統(tǒng)的交叉編輯設備工具鏈。由于系統(tǒng)開發(fā)需要使用U-Boot的TFTP功能下載Linux內(nèi)核，以及Linux的NFS網(wǎng)絡文件系統(tǒng)，所以首先需要對Fedora Core 5設置TFTP，以及NFS，而后需要設置一個接口通信軟件與開發(fā)平臺上進行互動之用，因此，在選擇上可采用Kermit通訊協(xié)定，進行資料的傳輸。使用2不同運行系統(tǒng)的交叉編輯器工具鏈的主要原因在于，導航應用程序使用uClibc有兼容性問題，所以不得不采用glibc，而為了減少占用資源，而U-Boot、Linux內(nèi)核和Busybox仍然采用的是uClibc。

在系統(tǒng)平臺建立之后，Linux操作系統(tǒng)提供了底層的操作，包括：文件系統(tǒng)的管理、存儲器分配以及基本快閃存儲器的燒錄讀取，但并沒有提供最佳的的顯示界面，而再同一時間為了體現(xiàn)出地理數(shù)據(jù)的顯示與導航功能，就需要在操作系統(tǒng)上放入圖形用戶界面支持系統(tǒng)和地理信息開發(fā)平臺。

整個軟件系統(tǒng)依靠響應不同窗口或者控制元件所發(fā)出的訊息，進行一部體現(xiàn)出各式各樣的導航系統(tǒng)功能，再透主窗口建立后注冊mGIS控件，可以較為方便的實現(xiàn)一些常用的地圖操作。主窗口建立后，將會創(chuàng)建許多用于子窗口，包括：用于顯示地圖經(jīng)緯度信息、時間。最后，在速度的靜態(tài)功能上，則可用于實現(xiàn)快速便捷操作的工具欄，用于實現(xiàn)GPS功能關閉和地圖數(shù)據(jù)加載的菜單欄。

圖說：手持式GPS系統(tǒng)電路結構圖。GPS的應用范圍十分廣泛，也必然有其市場的賣點，但要將GPS做到手機當中，仍有不少瓶頸需要突破。手機的GPS應用與車載導航差異甚大，前者要求在行走的環(huán)境中能獲得精準的定位信息，而手機用戶又經(jīng)常會處于收訊不良的室內(nèi)或巷弄當中。（www.Edom.com）

「Find My Way」是GPS衛(wèi)星導航的終極目標

Find My Way嵌入式移動地圖導航系統(tǒng)經(jīng)過最初設計、實現(xiàn)及應用檢驗，已經(jīng)具備基本的功能，可初步滿足個人移動導航信息系統(tǒng)的需求。能完成數(shù)碼地圖的加載、縮放、拖動、搜索、簡易導航、測距、GPS功能開閉等功能。同時必須要針對較為可行的矢量地圖的制作方法，能依據(jù)使用的場合不同，較快速的完成地圖數(shù)據(jù)源的制作及相關信息的添加，有一定的擴展能力。

當然由于時間和能力的有限，這款產(chǎn)品也有其一定的不足，值得進一步的深入研究，例如：在打開GPS接收模塊之后，系統(tǒng)的響應速度將有顯著的下降，雖然已經(jīng)對Linux核心和編輯器經(jīng)過適當?shù)膬?yōu)化過程，但情況并沒有顯著的改善。問題可能在硬件平臺的處理速度和可調(diào)用的資源有限，也有可能在軟件接收上的程序結構不合理，嵌套過多。

GPS接收信號有時會發(fā)生信號接收的不穩(wěn)定，出現(xiàn)信號的偏移，超過標稱的誤差值。問題可能在開發(fā)平臺的設計電路中對于數(shù)據(jù)信號線的照排上，沒有使信號線等距，也沒有設置合理的信號隔離和保護帶，導致最終出現(xiàn)了不應有的誤差。但從軟件上著手，如何糾正這樣的誤差也是值得研究的一個方向，不過，在本文中只說明了固定點導航，并不能完成從任意點至任意點的導航，導航功能可以從軟件方面繼續(xù)深入的研究，包括對地圖格式的選擇等，這些都是未來必須要面對到的問題與挑戰(zhàn)。