GPS 3D導(dǎo)航設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性考慮

摘要： 3D地圖的出現(xiàn)和推廣、更多信息點(diǎn)的地圖，使大容量的存儲(chǔ)器成為2008年導(dǎo)航產(chǎn)品發(fā)展的一個(gè)重要方向。大容量存儲(chǔ)器的需要還來源于對(duì)數(shù)據(jù)保護(hù)的需求。本文通過對(duì)比Embedded Raw MLC和Managed Nand兩種存儲(chǔ)方式，介紹了系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)對(duì)GPS導(dǎo)航設(shè)備穩(wěn)定性的影響。

關(guān)鍵詞： GPS；SLC；MLC；3D導(dǎo)航

　　GPS 3D導(dǎo)航地圖的出現(xiàn)并非偶然，3D導(dǎo)航比2D顯示更多的信息量，通過3D圖像來真實(shí)地模擬顯示現(xiàn)實(shí)世界中的街道和交叉路口，駕駛者不僅可以看到詳細(xì)而逼真的圖片、數(shù)以百計(jì)的數(shù)字集成定位點(diǎn)，還能看到整個(gè)城市及其周邊地區(qū)的仿真顯示，從而在復(fù)雜的路口、陌生的城市更加容易、更加輕松地找到正確方向，更加安全地駛達(dá)目的地，使導(dǎo)航更直觀，駕駛更方便。因此，3D導(dǎo)航將是未來的導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展方向。
　　
3D導(dǎo)航增加穩(wěn)定性要求

　　3D地圖的出現(xiàn)和推廣、更多信息點(diǎn)的地圖，使大容量的存儲(chǔ)器成為2008年導(dǎo)航產(chǎn)品發(fā)展的一個(gè)重要方向。大容量存儲(chǔ)器的需要還來源于對(duì)數(shù)據(jù)保護(hù)的需求。目前很多導(dǎo)航儀的導(dǎo)航軟件和地圖數(shù)據(jù)都是存儲(chǔ)在SD卡中，如果SD卡丟失則數(shù)據(jù)就完全丟失；而且用SD卡存儲(chǔ)導(dǎo)航
　　軟件和地圖，對(duì)版權(quán)的保護(hù)也相對(duì)有限。因此一些廠商選擇將導(dǎo)航軟件和地圖直接燒錄到內(nèi)置Flash中，確保數(shù)據(jù)和軟件的安全。
　
圖1 基于Atlas III的GPS導(dǎo)航硬件系統(tǒng)方案

　　存儲(chǔ)器的選擇可以影響整個(gè)產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。目前一些處理器集成了MLC(多層單元閃存)控制器，但是我們并不建議直接采用Embedded Raw MLC，而是建議采用Managed NAND，如iNAND，因?yàn)镸anaged MLC是專業(yè)存儲(chǔ)器廠商將MLC控制器和MLC存儲(chǔ)器芯片集成在一起，并進(jìn)行了大量軟硬件優(yōu)化。通過大量產(chǎn)測(cè)試后，才作為一個(gè)完整的合格產(chǎn)品提供給客戶使用，可靠性有很好的保證，并且讀寫效能更好(持續(xù)讀：10MB/s，持續(xù)寫：9MB/s)，技術(shù)成熟度更高。

　　目前GPS導(dǎo)航產(chǎn)品存儲(chǔ)器主要有兩種SLC(單層單元閃存)和MLC(多層單元閃存)，在可靠性問題上，MLC相比SLC讀寫效能較差。SLC閃存大約可以反復(fù)讀寫10萬次左右，而MLC則大約只能讀寫5000~10000次左右。這就對(duì)MLC驅(qū)動(dòng)的優(yōu)化程度，測(cè)試充分性提出了很高的要求。特別要優(yōu)化負(fù)載平衡率(wear leveling rate)算法，要盡量使不同區(qū)塊的讀寫次數(shù)相近，從而延長整個(gè)MLC的使用壽命。另外處理好對(duì)壞塊的管理也異常重要。對(duì)于音視頻播放、導(dǎo)航軟件讀取地圖等需要頻繁讀寫Nand flash的應(yīng)用，如果MLC的驅(qū)動(dòng)開發(fā)失當(dāng)或測(cè)試不全面，就
很有可能導(dǎo)致使用過程中MLC的壞塊迅速增多，F(xiàn)lash可用容量快速減少，最終造成數(shù)據(jù)丟失甚至系統(tǒng)崩潰等嚴(yán)重后果。

　　這樣的問題是在消費(fèi)者使用過程中才逐步發(fā)生積累而成的，因此在生產(chǎn)測(cè)試階段是很難被發(fā)現(xiàn)的，只能等產(chǎn)品到了消費(fèi)者手中才會(huì)發(fā)現(xiàn)這些致命的技術(shù)隱患。因此在選擇MLC方案時(shí)，對(duì)可靠性的考量一定要慎之又慎。而在讀寫速度上，相同條件下，MLC的讀寫速度要比SLC芯片慢。MLC在讀寫速度上的瓶頸會(huì)拖累整個(gè)系統(tǒng)的性能。尤其是對(duì)于多媒體播放的應(yīng)用，如果讀取速度過慢可能導(dǎo)致播放不連續(xù)，聲音畫面不同步等問題。對(duì)于導(dǎo)航軟件，則表現(xiàn)出加載地圖用時(shí)過長。這些都直接影響了消費(fèi)者的使用體驗(yàn)。

　　從主流的GPS導(dǎo)航硬件方案來看，目前使用MLC主要有以下兩種解決方案：Embedded Raw MLC。在系統(tǒng)中直接使用Raw MLC芯片，通過處理器內(nèi)置或外掛的MLC控制器來驅(qū)動(dòng)Raw MLC芯片。這樣的方案，開發(fā)者需要自己整合硬件，優(yōu)化MLC 驅(qū)動(dòng)器來解決好可靠性和讀寫速度的問題。優(yōu)點(diǎn)是成本相較其他方案低；缺點(diǎn)是讀寫效率需要優(yōu)化提高(較差情況下，只有2MB/s)，可靠性缺少保證。

　　Managed Nand。Managed Nand是專業(yè)存儲(chǔ)器廠商將MLC控制器和MLC芯片集成在一起，并進(jìn)行了大量軟硬件優(yōu)化。通過量產(chǎn)測(cè)試后，才作為一個(gè)完整的合格產(chǎn)品提供給客戶使用?？煽啃杂泻芎玫谋ＷC。代表產(chǎn)品有：Sandisk的iNand和Samsung的MoviNand。優(yōu)點(diǎn)是高效的讀寫(iNand持續(xù)讀：10MB/s，持續(xù)寫：9MB/s)，技術(shù)的成熟度高，易使用。產(chǎn)品的可靠性由專業(yè)廠商保證；缺點(diǎn)是成本較Embedded Raw MLC高。

　　盡管一些PND的國際大廠使用的主處理器集成了MLC 控制器，但他們并沒有采用直接外掛Embedded Raw MLC的方案。而是選擇了Managed Nand。想必這些大廠也是在成本和可靠性之間權(quán)衡再三后，最終選擇了更為可靠和高效的Managed Nand。畢竟對(duì)于任何一個(gè)負(fù)責(zé)任的廠商來說，穩(wěn)定壓倒一切。一個(gè)不可靠的產(chǎn)品，即使成本看上去再有優(yōu)勢(shì)，也未必能轉(zhuǎn)換成真正的利潤。恰恰相反，這可能導(dǎo)致無法挽回的損失。

　　基于同樣的理由，遠(yuǎn)峰國際和SiRF、Sandisk共同合作推出了基于iNand的SiRF AtlasIII平臺(tái)。其研發(fā)的PCBA導(dǎo)航主板，也正是基于此平臺(tái)而推出的。在這個(gè)平臺(tái)中，使用一個(gè)2Mb /4Mb的Nor flash來存放Boot loader和需要經(jīng)常修改的注冊(cè)表信息。將OS image和導(dǎo)航軟件等數(shù)據(jù)存放在iNand或直接放在SD Card上。采用這個(gè)方案，不但能夠提供大容量的內(nèi)置Flash容量，也避免了采用Embedded Raw MLC而造成的系統(tǒng)可靠性降低的問題。

　　系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性也與系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)有很大關(guān)系。如果設(shè)計(jì)較差，則會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)死機(jī)等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐上到y(tǒng)崩潰，從而影響消費(fèi)者的使用，出現(xiàn)大批量退貨現(xiàn)象。尤其是目前導(dǎo)航產(chǎn)品，大多集成了音頻、視頻等播放器軟件及其它的應(yīng)用軟件，如果某些軟件存在BUG，就有可能導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降，導(dǎo)航路徑計(jì)算過慢、地圖不能實(shí)時(shí)更新等問題。
　
圖2 遠(yuǎn)峰多媒體導(dǎo)航產(chǎn)品YFN35C306-17C-3

硬件方案的設(shè)計(jì)考慮

　　對(duì)于GPS導(dǎo)航產(chǎn)品，硬件永遠(yuǎn)是不容忽視的部分。處理器和存儲(chǔ)器的選擇、GPS接收器元件的選擇、電源管理部分的設(shè)計(jì)、嵌入式軟件的開發(fā)等眾多環(huán)節(jié)決定了產(chǎn)品的性能。與其它消費(fèi)類電子產(chǎn)品略有不同，設(shè)計(jì)公司在GPS導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)鏈中成為突出的一環(huán)。專注于導(dǎo)航產(chǎn)品硬件的研發(fā)，設(shè)計(jì)公司為廣大的OEM廠商提供了各種完整的解決方案，促進(jìn)導(dǎo)航產(chǎn)品更加成熟穩(wěn)定。

　　而作為眾多知名GPS導(dǎo)航品牌的方案提供商，遠(yuǎn)峰國際目前主推SiRF公司的 SoC Atlas III方案，借助于400MHz的ARM926和264MHz DSP的雙核處理器，優(yōu)化的30通道內(nèi)嵌式GPS基帶及高速DDR200或166/133MHz SDR存儲(chǔ)控制器，使得基于該平臺(tái)的各種方案都能夠達(dá)到出色的GPS定位、跟蹤、路經(jīng)搜索和流暢的圖像顯示，并可實(shí)現(xiàn)同時(shí)進(jìn)行音樂播放。而遠(yuǎn)峰國際所采用的WINCE 5.0軟件平臺(tái)，及AP3.0等軟件工具，使用戶可以感受到更加人性化的操作體驗(yàn)。

　　硬件的不斷發(fā)展提升了GPS導(dǎo)航產(chǎn)品的性能和集成度的提升，也有效低降低了成本，使性價(jià)比不斷提高，并保證了更好的系統(tǒng)擴(kuò)充性。例如，CPU主頻提高帶來的處理能力提高，使更多應(yīng)用成為可能，如3D導(dǎo)航軟件的運(yùn)行和多媒體播放等。芯片從ARM9到ARM11的升級(jí)，工藝從0.18um、0.13um到90nm、65nm，系統(tǒng)性能不斷提升，功耗更低且集成度更高。天線技術(shù)的發(fā)展也促進(jìn)了GPS導(dǎo)航產(chǎn)品發(fā)展。尺寸從原來的25×25×4mm，到目前的13×13×4mm的演變，沒有降低GPS信號(hào)的靈敏度，反而通過技術(shù)的革新，使整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)靈敏度得到有效提高，大大加快了信號(hào)捕捉速度。同時(shí)，尺寸的減小也有效提升了系統(tǒng)集成度，使更薄更時(shí)尚的外觀設(shè)計(jì)成為可能。

結(jié)語

　　GPS導(dǎo)航產(chǎn)品作為消費(fèi)類電子產(chǎn)品的一種，未來的趨勢(shì)走向是將更豐富、更高品質(zhì)的數(shù)字內(nèi)容整合到更多樣化的產(chǎn)品中，實(shí)現(xiàn)硬件、軟件、內(nèi)容、服務(wù)等方面有機(jī)連接。尤其是在設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)⒏幼⒅貍€(gè)性化，因此高清晰度、3D化、高存儲(chǔ)空間、多功能、智能化的導(dǎo)航產(chǎn)品成為發(fā)展潮流。

參考文獻(xiàn)：

1．  王瑩, ‘嵌入式OS：關(guān)注連接，多種版本共存’，電子產(chǎn)品世界, 2007.8
2．  www.yfgps.com