基于ETX與VxWorks的嵌入式車輛導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計

（4）無線通訊模塊

本系統(tǒng)的無線通訊部分采用了短消息方式，選用了深圳科靈通科技有限公司生產(chǎn)的短消息模塊DTR2000。它主要由西門子公司生產(chǎn)的工業(yè)級GSM模塊和一款高性能的處理器組成，可通過短消息功能實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳送的功能，且支持中文傳輸。其傳輸數(shù)據(jù)透明，協(xié)議簡單，能夠方便的進行模塊之間以及模塊與手機之間的通訊。

（5）其它

本系統(tǒng)采用了GPS定位方式，通過彩色LCD進行電子地圖及定位點的顯示，并采用了可與ETX直接相連的CF卡作為存儲設(shè)備。

4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

由于車輛導(dǎo)航系統(tǒng)對多任務(wù)性、實時性、穩(wěn)定性的要求比較高，因此本系統(tǒng)采用了VxWorks嵌入式操作系統(tǒng)。它包括了進程管理、存儲管理、設(shè)備管理、文件系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及系統(tǒng)應(yīng)用等幾個部分，而且高度可裁減，只占用很小的存儲空間，保證了其能以較高的效率運行于導(dǎo)航系統(tǒng)中。VxWorks包括微內(nèi)核wind、高級的網(wǎng)絡(luò)支持、強有力的文件系統(tǒng)和I/O管理、C++和其他標(biāo)準(zhǔn)支持等核心功能。微內(nèi)核wind處于VxWorks操作系統(tǒng)的核心，支持所有的實時特征：快速任務(wù)切換、中斷支持、搶占式和時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度等，能夠很好的滿足導(dǎo)航系統(tǒng)對實時性和多任務(wù)的要求。

本系統(tǒng)的軟件功能框圖如圖-3所示，分為VxWorks環(huán)境下的驅(qū)動程序和應(yīng)用軟件兩部分。前者主要是對TL16C554驅(qū)動的開發(fā)，而其它設(shè)備（如顯卡，網(wǎng)卡等）由于VxWorks自帶了X86的相關(guān)驅(qū)動而不必涉及。TL16C554的驅(qū)動開發(fā)可參照VxWorks自帶的串行驅(qū)動模板來進行,這里只簡單描述一下開發(fā)步驟。VxWorks系統(tǒng)的串行設(shè)備驅(qū)動不是直接掛在IO系統(tǒng)中，而是由虛擬設(shè)備ttyDrv在中間充當(dāng)轉(zhuǎn)換層。因此驅(qū)動需要根據(jù)系統(tǒng)接口實現(xiàn)驅(qū)動并掛到ttyDrv上。首先需要修改config.h、sysSerial.c等文件中的相關(guān)參數(shù)，然后再編寫具體的驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的 I/O操作，包括TL16C554的初始化函數(shù)、I/O控制函數(shù)、中斷處理函數(shù)等。這樣，系統(tǒng)在初始化時就會將設(shè)備和驅(qū)動程序安裝好，應(yīng)用程序就可以按照與設(shè)備無關(guān)的統(tǒng)一方式進行I/O操作了。

應(yīng)用軟件的開發(fā)包括電子地圖和導(dǎo)航應(yīng)用程序設(shè)計兩部分的設(shè)計：

（1）電子地圖的設(shè)計

電子地圖的設(shè)計包括圖形界面和地圖數(shù)據(jù)庫兩部分。本系統(tǒng)通過VxWorks的WindML（Wind River Multimedia Library）實現(xiàn)了電子地圖的圖形界面。WindML主要是用來實現(xiàn)基本的圖形、視頻和音頻技術(shù)以及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備驅(qū)動程序框架，它提供了一個統(tǒng)一的圖形硬件接口以及處理輸入設(shè)備和輸入設(shè)備事件的能力。電子地圖數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)采用了Arc—Node結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的基本原理是采用“以直代曲”的思想，即在允許的精度范圍內(nèi)，通過加入多個節(jié)點將現(xiàn)實中的真實道路用一系列線段來模擬或近似表示，整個道路網(wǎng)絡(luò)就是由Arc（小段的線段）和Node（Arc的兩個端點）組成，并具有明確的拓?fù)潢P(guān)系，可以實現(xiàn)路徑規(guī)劃。本系統(tǒng)實現(xiàn)了北京市四環(huán)以內(nèi)的電子地圖，并實現(xiàn)了地圖瀏覽、地點查詢、路徑規(guī)劃等功能。

（2）導(dǎo)航應(yīng)用程序的設(shè)計

導(dǎo)航應(yīng)用程序包括了對電子地圖的操作、GPS定位、收發(fā)短消息、語音提示、人機接口等功能的實現(xiàn)。在設(shè)計中，根據(jù)VxWorks提供的良好的多任務(wù)特性，將不同的導(dǎo)航功能模塊分給了不同任務(wù)去執(zhí)行，通過任務(wù)間通信機制保證多任務(wù)的同步。其中系統(tǒng)的主任務(wù)負(fù)責(zé)實現(xiàn)硬件設(shè)備的初始化（如串口、看門狗的配置等）、電子地圖的初始化和首次顯示、發(fā)起子任務(wù)等功能，其流程圖可如圖-4所示。

主任務(wù)中發(fā)起了四個子任務(wù)，分別負(fù)責(zé)響應(yīng)用戶的輸入、標(biāo)準(zhǔn)串口的數(shù)據(jù)輸入、ISA總線16C554的數(shù)據(jù)輸入以及實現(xiàn)路徑規(guī)劃算法。前三個功能獨立出來是因為這些功能的觸發(fā)時間都是不確定的，需要單獨監(jiān)視；最后一個則因為需要較大的運算量。這里只以接收串口數(shù)據(jù)的子任務(wù)為例進行分析。該任務(wù)需要監(jiān)視兩個串口的信息：GPS數(shù)據(jù)和從語音模塊返回的狀態(tài)信息。VxWorks將I/O系統(tǒng)設(shè)計成為與設(shè)備無關(guān)的接口，因此對串口的操作可以視為對文件的操作。串口的打開，關(guān)閉和寫操作均比較簡單，而串口的讀操作采用了select函數(shù)，利用其觸發(fā)機制阻塞任務(wù)。有數(shù)據(jù)到來時，任務(wù)才會被激活并從串口讀取數(shù)據(jù)，然后通過任務(wù)間通信機制，通知主任務(wù)進行相應(yīng)的處理，如進行地圖更新、輸出語音提示等操作。

5 結(jié)束語

經(jīng)過實驗，本系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠的運行。系統(tǒng)的實驗結(jié)果可如圖-5所示，展示了其GPS定位和路徑規(guī)劃的功能。本系統(tǒng)功能的實現(xiàn)證明了ETX平臺以及VxWorks操作系統(tǒng)的優(yōu)良性能，表明兩者的結(jié)合具有開發(fā)簡單、性能可靠等優(yōu)點，有著良好的應(yīng)用前景。

參 考 文 獻

[1] 張其善等. 智能車輛定位導(dǎo)航系統(tǒng)及應(yīng)用. 北京：科學(xué)出版社，2002

[2] 探矽工作室. 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)圣經(jīng). 北京：中國鐵道出版社，2003

[3] 陳智育等. VxWorks程序開發(fā)實踐. 北京：人民郵電出版社，2004

[4] 何江水等. VxWorks漢字的顯示支持. 微計算機信息，2005年第五期