基于嵌入式车载定位导航系统的设计

许凯迪

摘要：本篇文章以车载定位导航系统的设计为研究核心，阐述了车载定位导航系统的概念和构成，分析了车载用户端的总体设计，又从硬件与软件的设计方面分别对基于嵌入式的车载定位导航系统的设计进行了探讨，期望大家能够对其设计过程与设计注意事项有更多的了解。

关键词：嵌入式;车载定位导航系统;导航系统设计

一.车载定位导航系统的概念与构成

车载定位导航系统即就是借助GPS定位技术实现车辆位置，路线获取的一种便捷方式。车载定位导航系统是多种先进高科技技术综合下的产物，为人们的出行带来了很多的便利。车载定位导航系统拥有比较多的功能，首先最重要的就是其导航功能，驾驶员将自己所在的位置以及想要去到的目的地的位置在导航系统中标注出来，系统就会自动为其规划出最有利出行的路线。之后是与之配套的语音提示功能，系统会在需要车主着重注意的地方向车主进行语音播报提示。还有定位，测速功能等，二者都是利用卫星信号来实现其功能的[1]。车载定位导航系统由几个大的模块构成，即汇集多种信息数据的中心服务端，进行信息采集与上传的探测端，最后是为用户提供功能服务的车载移动端。以下所论述的主要就是车载定位导航系统中的车载移动端的设计。

二.车载用户端总体设计

基本上所有的设计方案在规划的过程中所考虑到的因素都是大致相同的，主要的就有制作成本，制作技术难度，产品功能等。车载用户端的设计也是如此。设计者在进行设计时，要充分考虑到用户在使用导航系统的每一项功能时的需求，如在使用导航功能时，用户是否需要进行复杂的操作，在使用定位功能时，定位的精度能不能达到用户的要求，还要根据产品所面向的受众的消费程度来预估其所能承受的产品价格范围，进而确定产品的成本应该在什么样的数值内。

三.基于嵌入式的车载用户端硬件设计

车载定位导航系统的硬件主要包含导航计算机，定位系统，显示设备，音响设备，无线通信系统，控制装置，存储设备等。而在这些硬件设施中，导航计算机是最为核心的部件[2]。而由于其车载的限定，这些部件的体积必须足够小，对供应其正常运转的能源的消耗也要足够低，除此之外，其操作方式也要足够简单便捷。因而这就有了嵌入式导航计算机系统在车载定位导航系统中的应用。嵌入式导航计算机系统会去除大量不必要的模块和部件的应用，使得整个系统的结构更加紧凑，所占空间更小。

另外，导航计算机作为实现车载定位导航系统的各种功能的软件的载体，其在运行过程中是需要进行大量的数据的处理的，这就要求了所选择的嵌入式导航计算机必须要有足够强大的运算能力。而车辆往往是在运行中进行车载定位导航系统的使用的，所以其多数的功能都是要在车辆行驶的过程中使用的，所以作为硬件的嵌入式导航计算机在设计与选择的过程中还应该将其抗震性能考虑进去。

四.基于嵌入式的车载用户端软件设计

车载定位导航系统移动端的软件体系的构成是比较复杂的，在设计时所要考虑到的因素也比较多。主要的软件体系有人机交互界面的软件体系，核心应用层的软件体系，数据层的软件体系，操作系统层的软件体系，以及硬件网络层的软件体系。其中每个软件体系中又包含多种软件，这些软件构成了整个的车载定位导航的软件系统，或独自或组合在一起为用户提供着各种与驾车出行相关的服务。可以说，没有这些软件，整个的车载定位导航系统就会是没有灵魂的空壳子，完全不具备实际意义。

（一）硬件网络层的软件体系

车载定位导航系统的硬件网络层所包含的项目是比较少的，但这些又是最基础的，其主要是用来帮助各种硬件的运行的。比如说其中的GPS/DR组合定位就是车载定位导航系统实现定位功能的基础，若没有该模块，系统就无法为车主提供准确的车辆定位信息，那么后期的路径规划，引导，地图匹配等功能也会因此无法实现。如果说整个的车载定位导航系统是一座房子的话，那么硬件网络层的软件体系就是这座房子的地基，其他的上层建筑都是在这层地基上逐渐延伸向外的。

（二）操作系统层软件体系

操作系统是非常重要且基础的软件，它帮助用户处理其下达的各种任务命令的操作与管理，为用户更加有条理地提供各种服务。在进行操作系统的选择时，要尽量选择功能强大，包含的软件资源丰富的操作系统。当然还要确保硬件网络层的软件体系与操作系统是匹配的，能够完全支持操作系统的各种数据运行。此外，车载定位导航系统要求其操作系统的启动必须足够方便，故而操作系统的启用方式必须可以脱离硬盘。设计者在进行操作系统的平台选择时，要对这些因素进行综合的考虑与分析，从而选择出最适合的平台。

（三）数据层软件体系

导航系统的数据层是用来存储各种数据以及文件的，其中会涉及到嵌入式GIS。嵌入式GIS在各种嵌入式设备上运行，它的优势在于其高度浓缩，精简的特性。在选择应用于导航系统数据层的嵌入式GIS时，其应具备有多种与地图操作相关的功能，如下载更新地图数据，放大，缩小，旋转地图等[3]。除此之外，还有各种信息的动态处理，包含有实时交通，定位等信息的处理与显示。在进行嵌入式GIS的开发时，要选择先进完善的开发平台，所开发出的嵌入式GIS才能在车载导航移动设备中顺利运行。

（四）核心应用层软件体系

核心应用层就如其名字一般，是整个软件结构中比较核心的部分。核心应用层的存在一方面是为了支持上层应用中的各种软件的运行，另一方则是为了将各个软件系统层分割开来，帮助设计人员在进行车载用户端的软件设计时可以多个层级同时进行，实现各个软件结构层的独立存在。在进行核心应用层的软件系统的设计时，一般会根据各种软件的作用将其再次细分为上下两层，上层一般会用来排布一些比较常用的支撑上层应用操作的软件，如目的地查询，路径规划等。下层排布的则是一些不太常用的模块，如支付，用户认证等。

（五）人机交互界面的软件体系

人机交互界面是车辆使用者直接与导航终端进行接触的结构层。其主要是将下层软件提供的各种功能进行一个有效的系统集成，并将最终的操作界面向着使用者以图标的形式呈现出来。人机交互界面层软件体系的设计并没有多大的难度，只要在底层的各项软件体系的设计中已经打好坚实的基础，那么作为最上层的人机交互界面，只需要进行一定的整合即可。设计者在进行这一层的设计时，所要注意的是不要有所遗漏，已经完成的所有功能一定要在这一层全部呈现出来，避免出现已设计功能无法触发的情况出现。

五.结束语

车载定位导航系统在现如今的车辆中的应用已经十分普及，而基于嵌入式的车载定位导航系统拥有占地面积小，信息处理能力好，操作简单方便等优势，故而研究基于嵌入式的车载定位导航系统的设计是对自身在车载定位导航系统设计方面的能力的一种锻炼与提升，能够有效帮助自己厘清整个设计的流程，帮助自己更加熟练地对相关知识进行系统化的应用，是一件极为有意义的事情。

參考文献：

[1]王楠. 基于ARM的嵌入式车载导航系统的设计与研究[D]. 哈尔滨理工大学， 2010.

[2]黄信兵. 基于嵌入式技术的车载导航系统的设计研究[D]. 西北农林科技大学.

[3]钮若丹. 基于嵌入式系统的车载实时导航定位系统硬件设计[D].