1、但目前市场上的车载导航系统多使用 WinCE 作为操作系统，不仅软件使用价格昂贵，而且对硬件要求较高，运行速度偏慢。本文提出并设计了一种基于GPS 和GPRS，使用嵌入式32 位处理器和嵌入式Linux 的车载导航系统。该系统采用S3C2440A:32 位ARM920T内核处理器，外部扩展GPS接收模块及GPRS通讯模块，显示部分采用SAMSUNG4.3 寸480272 分辨率宽屏TFT 真彩液晶。底层采用嵌入式Linux 操作系统，具有源码开放、易移植、模块化、资源丰富的优势。图形用户界面（GUI）采用Qt/Embedded 软件进行开发。本文着重从 GPS 与GPRS 数据接收与发送, 嵌
2、入式Linux 总体架构，多线程技术在Qt中应用等方面进行论述。2 系统总体结构及软件开发平台系统整体结构如图1 所示，本系统采用SAMSUNG 公司的S3C2440A 嵌入式处理器，标称工作频率：400MHz；CPU 内置STN/CSTN/TFTLCD控制器，支持1024768 分辨率以下的各种液晶；以太网控制器；1 通道5 线制串口，2 通道3 线制串口，CAN接口，SPI接口，RTC实时时钟等；通过RS232外接GPS接收仪及GPRS模块; 系统外扩64NBSDRAM，用于操作系统内存空间，存放动态数据和运行程序; 系统外扩64MBFlash空间，用于存放Linux 内核，文件系统，应用
3、程序和用户数据。图1 系统结构系统软件基于嵌入式Linux 操作系统，并选择Qt/Embedded 作为图形用户界面（GUI）开发环境。Qt 是Trolltech 公司推出的跨平台的应用程序框架，Qt/Embedded 是Qt 面向嵌入式应用的版本，一次编写，随处编译。 Qt 特有的信号/槽（singal /slot）机制，加强了对象间通信的灵活性；通过裁剪去掉无关模块可以调整库文件的大小，适合嵌入式系统使用；在QT 中支持OpenGL 接口和矢量图形格式SVG. 能充分满足导航系统绘图需要。系统从GPS实时获取车辆位置（包括经纬度与时间等）和运行信息（包括车速与方向等），在电子地图上显示相关
4、导航信息，用户通过触摸屏操作，提供地图漫游、地图查询和道路信息管理等功能。3 GPS/GPRS 系统的组成原理及构成（1） GPS 定位基本原理GPS 的定位原理实质上就是测量学的空间测距定位，利用在平均20200km 高度均匀分布在6 个轨道的24 颗卫星，发射测距信号码和载波，用户通过接收机接收这些信号测量卫星至接收机之距，通过一系列方程演算，便可知地面定位坐标。用户测得的到卫星的距离称为“伪距”，它不是用户到卫星的真正距离，其中还包括卫星时钟的偏差，用户时钟的偏差信号，传播延迟引起的测距误差等，因此在至少收到三颗卫星后，即可计算出平面坐标（经纬度）值，收到四颗则可在计算出方程值，这就是G
5、PS 的基本定位原理。图 2 GPS 定位原理图程式中各个参数意义如下:x,y,z 为待测点坐标的空间直角坐标。x i 、y i 、z i （i=1, 2, 3, 4）分别为4 颗卫星在t 时刻的空间直角坐标，可由卫星导航电文求得。Vti （i=1, 2, 3, 4）分别为4 颗卫星的卫星钟的钟差，由卫星星历提供。Vt0为接收机的钟差。由以上方程即可解算出待测点的坐标 x,y,z 和接收机的钟差Vt0。（2） GPRS 网络结构及传输原理GPRS 是在原有的GSM网络中增加了两个节点：SGSN（Serving GPRS SupportNode，服务GPRS 节点）和GGSN（Gateway G
6、PRS SupportNode，网关GPRS 节点），SGSN 的主要作用就是记录车辆的当前位置信息，并在车辆和GGSN 之间完成移动分组数据的发送和接收，GGSN 主要是起网关作用，它可以和许多不同的数据网络连接。GGSN 提供了GPRS 网络与Internet 的接口，而SGSN 负责联系移动终端和GGSN，应此，一个完整的GPRS 通讯过程就是车载终端发出的数据先传至BSS（Base StationSystem基站系统），经由GPRS 网络传至GGSN,通过GGSN 接入Internet，在Internet 上依靠TCP 协议传给上位机，终端接收数据的流程则与此相反，GPRS 数据收发在
7、网络层使用TCP/IP 协议。4 系统软件的设计与实现（1） 系统软件结构主要由以下模块组成：用户界面显示模块、GPRS 通讯模块、GPS 定位模块、地图匹配模块、路径规划模块、电子地图模块、底层通讯模块等。图3 系统软件结构总体框图用户界面显示模块：用户与车载导航系统交互的平台，通过调用其它模块起到信息交互的作用；GPRS 通讯模块：将用户驾驶信息及车况信息实时传送至远程监控端，不仅起到记录车况的作用，而且还能防盗；GPS 定位模块：实时接收卫星定位数据，包括经纬度，时间，海拔，即时速度等；地图匹配模块：根据GPS 定位获得的数据，与系统中存储的地图信息进行匹配，获得车辆周围的地理信息，为用
8、户提供参照；路径规划模块：用户输入起始坐标和终点坐标，系统自动计算最近道路，从而起到车辆导航的作用；底层通讯模块：通过CAN总线及232 总线，获取车辆各种信息，从而在用户显示界面上显示出来。（2） Linux 在S3C2440 上的移植嵌入式 Linux 管理整个导航系统的硬件设备并对所有程序进行调度，是软件系统的核心。由于Linux 是面向PC 机的操作系统，将其用于嵌入式领域，需要进行移植，它一般包括启动加载代码（Bootloader）的移植、内核移植、驱动程序的编写、文件系统的构建等。将 U-boot 源代码在ADS 环境下进行编译，将编译成功的二进制代码烧写到开发板所带Flash 上
9、，然后在上电启动。Bootloader 首先完成硬件设备的初始化，然后设置Linux 内核的启动参数，最后调用Liuux 内核，直接跳转到Linux 内核的第一条指令处。从 Linux 的方式看待设备可区分为3 种基本设备类型：字符设备，块设备，或者网络设备。车载导航系统设备驱动程序由以下三个部分组成：（1）自动配置和初始化子程序。初始化子程序首先运行，负责检测硬件设备是否存在和能否正常运行；（2）中断服务子程序。由嵌入式Liuux 系统来接收硬件中断，再通过系统来调用中断服务子程序；（3）服务于I/O 请求的子程序。对I/O 设备进行存取。将编写好的设备驱动编译到内核中，在系统启动时和内核一
10、起启动。文件系统构成了 Linux 系统上所有数据的基础。经过比较，系统设计时决定使用Cramfs文件系统，当访问文件时，Cramfs 文件系统自动的将要访问的文件解压到RAM 中，会尽可能给实际执行的应用程序保留RAM 空间，而且可以为运行时解压缩挪出额外的CPU 周期。使用mkcramfs 命令生成cramfs 镜像文件，再将其下载到系统中去，Linux 启动时自动加载根文件系统，完成系统的启动。（3）多线程技术在Qt 中的应用在具有图形用户界面的 Qt 应用程序中，主线程由GUI 线程充当，它同时拥有一个或多个非GUI 线程作为工作线程来处理其它耗时操作，例如不断更新的车辆方向、速度，地
11、图的匹配等。这样，即使在负载很重的情况下，应用程序也可以保证图形用户界面的响应。依赖 Qt 提供的多线程技术，使得该导航系统中的多数据交互成为可能，GUI 线程在调用了exec（）函数后，要么等待一个事件，要么处理一个事件，每一个线程都可以有自己的事件循环，如图4所示，起始线程通过QcoreApplication:exec（）启动事件循环，其他非GUI 线程通过Qthread:exec（）启动各自的事件循环。图 4 Qt 线程事件模型5 结论本文作者的创新点：（1）将嵌入式Liuux 操作系统用于车载导航系统，是对传统的车辆导航系统的重大改进，成本大幅降低，同时利用Linux 系统的多线程技术，可以解决系统中多个任务并行处理的问题，保障了系统的稳定性、可靠性，提高了系统的运行速度。（2）显示系统采用Qt/Embeded 软件进行用户显示界面设计，一次编写，随处编译，方便移植到各种不同的平台，只需重新编译即可，使用开源版节约大量软件授权费用，这些都是传统WinCE 程序所不能比拟的。（3）目前本系统已经装载在车上试运行，实践证明本系统能实时显示车辆当前运行状况，快速响应用户操作，为驾驶者提供良好的导航信息
