基于ETX與VxWorks的嵌入式車輛導航系統的設計

1 引言

車輛導航是一門融合了汽車、計算機、通信、交通、系統科學等領域技術的課題，一直是國內外眾多高科技公司和高校研究的重點。對比而言，國內的導航系統發(fā)展比較緩慢，在硬件制造、軟件功能、電子地圖等方面與國外都有較大差距，迄今為止，真正實用的高質量導航產品寥寥無幾；而國外的導航系統雖然軟硬件水平先進，但受電子地圖數據庫等因素的制約，也沒有大規(guī)模進入國內市場。

近年來，嵌入式系統憑借強大的功能、小巧的體積、極低的功耗等優(yōu)良特性得以突飛猛進的發(fā)展，逐漸滲透到了生活的各個方面，為車輛導航系統的發(fā)展帶來了新的動力。本文介紹了一種嵌入式車輛導航系統的設計方案，采用基于X86架構的ETX（Embedded Technology Extended）硬件平臺和VxWorks嵌入式操作系統，在軟硬件方面都能較好的滿足導航系統的要求，具有良好的應用前景。

2 車輛導航系統的組成

本系統的功能框圖如圖-1所示，對各部分簡要介紹如下：

·電子地圖數據庫：包含以預定格式存貯的數字地圖信息，是系統的軟件平臺；

·定位模塊：通過GPS、慣性導航系統或移動通信等方法對車輛進行定位；

·地圖匹配模塊：通過適當的匹配和識別過程來確定車輛在地圖上的位置；

·路徑規(guī)劃：根據地圖數據庫及實時定位信息幫助駕駛員規(guī)劃路線；

·路徑引導：引導用戶沿著所規(guī)劃的路徑行駛；

·人機接口：提供友好的界面允許用戶與系統進行人機交互；

·無線通訊模塊：允許用戶與監(jiān)控中心等部門實時交換信息。

結合實際的軟硬件結構，本系統具體的框圖如圖-2所示，分成了四個層：最底層為硬件平臺層，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，其中設備驅動層在硬件平臺和操作系統之間充當橋梁的作用，為上一層提供了與硬件設備無關的統一接口；VxWorks系統層提供庫函數、應用程序接口、任務調度機制等為用戶程序提供支持；應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航應用程序，也是本系統的核心部分。下面從硬件和軟件兩方面來對系統進行介紹。

3 系統的硬件結構

（1）CPU模塊

車輛導航系統對硬件平臺的要求為：小型化、低功耗、接口豐富，并能適應復雜的環(huán)境。本系統選用的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，使系統無需風扇裝置散熱。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EIDE 接口, 支持Ultra DMA/33，以及4個USB 1.1，2個串口，1個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問題。背面的4×100pin總線定義了各種標準接口信號，使用時只需在母板設計對應的插座即可，開發(fā)起來非常方便

（2）串口擴展模塊

考慮到系統需要多個串口（與上位機通信、接收GPS信息、收發(fā)短消息、與語音模塊通信等），而ETX模塊只自帶了兩個串口，故采用了 TL16C554進行串口擴展。它內部帶有16字節(jié)收發(fā)FIFO的通用異步收發(fā)器，具有獨立的收發(fā)控制電路控制4路標準的串行接口，通過軟件可分別設置每一路的中斷允許、波特率、數據幀格式等信息。TL16C554與ETX的ISA總線相連，通過一片CPLD完成兩者時序的轉換。由于系統的中斷資源比較緊張，而且考慮到各子模塊的數據不是很頻繁，因此采用了4個擴展串口共享中斷的方案。

（3）路徑引導模塊

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