嵌入式车载GPS导航系统的设计

台建建

深圳市瑞联高科通讯有限公司 广东深圳 518000

嵌入式车载多媒体导航系统集成通信、定位、地理信息、多媒体等技术于一身，实现车辆定位、车辆导航、信息服务、多媒体娱乐等功能，不但能向驾驶者提供路况及导航信息，还能为乘坐者提供多媒体娱乐服务，大大提高了汽车的智能化水平。随着电子技术的飞速发展，汽车智能化将是汽车技术发展的重要方向，研究一款高性能车载多媒体导航系统，有着极大的市场空间。

1 嵌入式系统简介

嵌入式系统一般定义为以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁减，适合应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗要求的专用的计算机系统。可以说，嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术、电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物，这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。嵌入式计算机的外部设备中就包含了多个嵌入式微处理器，如键盘、硬盘、显示器、网卡、声卡等均是由嵌入式处理器控制的。嵌入式系统通常由嵌入式处理器、外围设备、嵌入式操作系统和应用软件等几大部分组成[1]。嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必须与具体应用相结合才会具有优势。嵌入式系统具有很强的专用性，必须根据应用需求对软硬件进行裁减，满足应用系统功能、可靠性、成本、体积等要求。在嵌入式系统中，具体的应用将决定对硬件和软件的需求，如芯片、存储器、扩展和操作系统、应用程序编制等。嵌入式计算机系统同通用型计算机系统相比具有以下特点：嵌入式系统通常是面向特定应用的。嵌入式大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点。嵌入式系统是先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余。为了提高执行速度、提高系统可靠性，嵌入式系统的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。嵌入式系统本身不具备自举开发能力，设计一完成后不能对其中的程序功能进行修改，必须有相应的开发工具和环境才能进行。

2 嵌入式车载GPS导航系统设计

2.1 嵌入式车载GPS导航终端的功能设计

根据用户的实际需求，嵌入式车载智能导航系统终端主要包括以下几种功能：GPS导航，主要功能是接收GPS信号，并在电子地图上显示位置信息；GPRS通信，主要功能是向控制中心传输车辆状态与位置信息、拨打电话，收发短信；可视倒车功能，驾驶员通过嵌入式车载导航终端屏幕观察车后环境，实现安全倒车；多媒体功能，视频与音频的播放、浏览照片、收音机等功能；娱乐功能，系统可安装小游戏，供乘客使用[2]。

2.2 硬件平台设计原则

硬件平台是基于GPS技术的车载导航系统，所搭建的平台不仅要求能实现系统功能，还要考虑以后的功能扩充。因此在前期的平台系统设计时，要注意以下几点原则：

（1）实用性，要求根据应用和市场需求综合考虑，确定整个平台需具备的功能单元。

（2）稳定性和可靠性，这是系统设计根本前提，需采用成熟可靠的技术方案。

（3）易用性，本系统作为一个车载终端，需要能够提供一个人性化的人机接口界面，方便用户使用；

（4）易于升级和功能扩展，以软件代硬件，不仅可以减小硬件复杂度，而且在升级时只需要升级软件就可以扩充系统功能。

2.3 系统总体结构

根据前面章节所介绍，嵌入式车载智能导航系统设计总体框其主要分为以下几个部分：

（1）核心处理器：完成主要的逻辑运算，并对外围设备接口进行控制；

（2）存储设备：存储设备主要包括了SDRAM、FlashROM和SD卡；

（3）GPS模块：为导航提供必要的硬件基础；这部分包含GPS卫星接收机以及外围电路。主要功能是通过GPS定位模块接收定位信息，掌握车辆实时位置；

（4）GPRS模块：包含模块本身和相应外围电路。系统接受到定位信息，通过GPRS

模块连接到监控中心，使监控中心实时掌握路况信息，同时GPRS模块还提供打电话和收发短信功能；

（5）人机交互模块：主要包括触摸屏和输入按键；这是用户操作嵌入式GPS导航系统的交互界面，不但可以显示电子地图和定位信息，还可以提供娱乐服务和倒车监控影像；

（6）音频模块：可提供音频播放、录音等功能。

2.4 系统硬件设计

嵌入式GPS导航系统的核心是嵌入式系统平台，它性能影响着整个系统的功能实现。本论文在选择嵌入式硬件平台时考虑的因素主要有：系统的性能，系统的功耗，系统的成本，系统的软件支持。为满足上述要求，本论文选择针对本设计对中央处理器性能要求高的特点，采用新一代Atom-510嵌入式系统平台作为主控单元。Atom-510嵌入式系统平台的CPU模块采用了Intel最先进的低至5W功耗的AtomZ510CPU和US15WSOC桥片，核心板内集成了CPU、内存、等所有X86的资源。该处理器支持的主频高，运算速度快，完全满足GPS导航系统对高速信息处理的要求。并且平台外部有多种接口，使用更加方便。GPS模块在选择上要求具有良好的精度和稳定性，文论文选择使用TrimbleLassenIQ46240-25模块，该模块自身集成了信号射频前端处理、模数转换以及卫星数据处理、输出的功能，并通过串行接口进行数据传输。GPRS模块本文使用BENQM23GPRS通信模块，M23主要由GSM基带控制器、射频模块、音频、天线接口等部分组成[3]。

3 结语

综上所述，车载嵌入式GPS导航是汽车工业电子化发展的重要标志，它是城市智能化交通系统的重要组成部分，对未来交通系统的建设有着举足轻重的作用。