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

1 引言

車輛導(dǎo)航是一門融合了汽車、計(jì)算機(jī)、通信、交通、系統(tǒng)科學(xué)等領(lǐng)域技術(shù)的課題，一直是國(guó)內(nèi)外眾多高科技公司和高校研究的重點(diǎn)。對(duì)比而言，國(guó)內(nèi)的導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展比較緩慢，在硬件制造、軟件功能、電子地圖等方面與國(guó)外都有較大差距，迄今為止，真正實(shí)用的高質(zhì)量導(dǎo)航產(chǎn)品寥寥無幾；而國(guó)外的導(dǎo)航系統(tǒng)雖然軟硬件水平先進(jìn)，但受電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)等因素的制約，也沒有大規(guī)模進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。

近年來，嵌入式系統(tǒng)憑借強(qiáng)大的功能、小巧的體積、極低的功耗等優(yōu)良特性得以突飛猛進(jìn)的發(fā)展，逐漸滲透到了生活的各個(gè)方面，為車輛導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展帶來了新的動(dòng)力。本文介紹了一種嵌入式車輛導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，采用基于X86架構(gòu)的ETX（Embedded Technology Extended）硬件平臺(tái)和VxWorks嵌入式操作系統(tǒng)，在軟硬件方面都能較好的滿足導(dǎo)航系統(tǒng)的要求，具有良好的應(yīng)用前景。

2 車輛導(dǎo)航系統(tǒng)的組成

本系統(tǒng)的功能框圖如圖-1所示，對(duì)各部分簡(jiǎn)要介紹如下：

·電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)：包含以預(yù)定格式存貯的數(shù)字地圖信息，是系統(tǒng)的軟件平臺(tái)；

·定位模塊：通過GPS、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)或移動(dòng)通信等方法對(duì)車輛進(jìn)行定位；

·地圖匹配模塊：通過適當(dāng)?shù)钠ヅ浜妥R(shí)別過程來確定車輛在地圖上的位置；

·路徑規(guī)劃：根據(jù)地圖數(shù)據(jù)庫(kù)及實(shí)時(shí)定位信息幫助駕駛員規(guī)劃路線；

·路徑引導(dǎo)：引導(dǎo)用戶沿著所規(guī)劃的路徑行駛；

·人機(jī)接口：提供友好的界面允許用戶與系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)交互；

·無線通訊模塊：允許用戶與監(jiān)控中心等部門實(shí)時(shí)交換信息。

結(jié)合實(shí)際的軟硬件結(jié)構(gòu)，本系統(tǒng)具體的框圖如圖-2所示，分成了四個(gè)層：最底層為硬件平臺(tái)層，包含了ETX嵌入式CPU模塊以及必要的傳感器/子模塊。上面三層為軟件層，其中設(shè)備驅(qū)動(dòng)層在硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)之間充當(dāng)橋梁的作用，為上一層提供了與硬件設(shè)備無關(guān)的統(tǒng)一接口；VxWorks系統(tǒng)層提供庫(kù)函數(shù)、應(yīng)用程序接口、任務(wù)調(diào)度機(jī)制等為用戶程序提供支持；應(yīng)用軟件層是用戶自行開發(fā)的程序，這里主要包括電子地圖和導(dǎo)航應(yīng)用程序，也是本系統(tǒng)的核心部分。下面從硬件和軟件兩方面來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

3 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

（1）CPU模塊

車輛導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)硬件平臺(tái)的要求為：小型化、低功耗、接口豐富，并能適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境。本系統(tǒng)選用的ETX嵌入式CPU模塊能夠完全滿足這些要求。它采用了Intel Pentium III處理器，使用ACPI，APM1.2電源管理減低了功耗，使系統(tǒng)無需風(fēng)扇裝置散熱。此外它采用了VIA VT8603/VT82C686A芯片組、S3 Savage 4顯卡和VIA-enhanced 聲卡，具有2個(gè)EIDE 接口, 支持Ultra DMA/33，以及4個(gè)USB 1.1，2個(gè)串口，1個(gè)EPP并口等。ETX還提供了ISA總線接口和PCI總線接口，并具有看門狗，可以有效的解決死機(jī)問題。背面的4×100pin總線定義了各種標(biāo)準(zhǔn)接口信號(hào)，使用時(shí)只需在母板設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的插座即可，開發(fā)起來非常方便

（2）串口擴(kuò)展模塊

考慮到系統(tǒng)需要多個(gè)串口（與上位機(jī)通信、接收GPS信息、收發(fā)短消息、與語(yǔ)音模塊通信等），而ETX模塊只自帶了兩個(gè)串口，故采用了 TL16C554進(jìn)行串口擴(kuò)展。它內(nèi)部帶有16字節(jié)收發(fā)FIFO的通用異步收發(fā)器，具有獨(dú)立的收發(fā)控制電路控制4路標(biāo)準(zhǔn)的串行接口，通過軟件可分別設(shè)置每一路的中斷允許、波特率、數(shù)據(jù)幀格式等信息。TL16C554與ETX的ISA總線相連，通過一片CPLD完成兩者時(shí)序的轉(zhuǎn)換。由于系統(tǒng)的中斷資源比較緊張，而且考慮到各子模塊的數(shù)據(jù)不是很頻繁，因此采用了4個(gè)擴(kuò)展串口共享中斷的方案。

（3）路徑引導(dǎo)模塊

本系統(tǒng)通過語(yǔ)音方式進(jìn)行路徑引導(dǎo)，采用了安徽科大訊飛公司生產(chǎn)的XF-S3111中文語(yǔ)音合成芯片。它是利用嵌入式中文語(yǔ)音合成領(lǐng)域的最新研究成果 ——InterSound3.0中文語(yǔ)音合成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一款中文語(yǔ)音合成芯片，通過異步串口接收待合成的文本，直接合成為語(yǔ)音輸出，體積較小，使用方便，是一種完整的物美價(jià)廉的語(yǔ)音解決方案。