基于嵌入式LINUX的智能车载终端系统的设计

刘 青， 杨 勇

（1．南京钟山职业技术学院 江苏 南京 210049；2.中兴通讯股份有限公司 江苏 南京 210028）

随着国内汽车使用量增加，公路建设在跨越式发展，道路的复杂程度越来越大，这些因素给车辆安全运行带来了困难。如何让车辆安全行驶，并能够对车辆进行有效监管，已经成为驾车人和交管部门重点关注的焦点。智能交通系统ITS（Intelligent Transportation Systems）[1]， 通 过 引 进 信 息 管 理 技术，优化传统的交通管理系统，形成新型现代交通管理系统，体现出信息化、智能化和社会化的特点。在智能交通系统中，车载终端是重要组成部分，它使用卫星全球定位GPS功能对道路上运行的车辆，进行实时监管、控制和调度。具体设计实现时，使用GPS接收机，接收车辆实时运动位置信息，并将这些数据发送到车辆监控中心；监控中心根据接收到的车辆运行状态数据，以及当前道路实际监测状况，向车载终端发送控制指令，以达到对运行车辆的调度和监控[2-3]。

当前，电子技术飞速发展，出现一些处理能力强、外设接口丰富的处理器芯片，比如ARM（Advanced RISC Machines）系列处理器，为开发多功能的车载终端提供了硬件技术基础；此外，LINUX操作系统日渐成熟稳定，且外设驱动支持丰富，被广泛应用于消费电子产品中，为开发智能车载终端提供了强大的软件支撑平台。

文中根据车载终端系统的功能需求，提出了一种基于ARM和LINUX的智能车载终端系统的设计方案[4-5]。在该设计方案中，硬件平台主要围绕S3C44B0X处理器，配置GPS定位信息模块、GPRS通讯模块以及其他外设；软件平台以嵌入式LINUX为平台，对操作系统组件做适当的功能裁减，辅助必要的业务数据处理程序。

1 硬件设计方案

本智能车载终端系统的硬件组成主要包括4个部分：GPS定位模块、GPRS通信模块、触摸屏模块和ARM控制模块，系统的硬件结构见图1所示。本系统中的触摸屏模块选用了成熟的解决方案，下面着重说明本系统中GPS定位模块、GPRS通信模块和ARM控制模块的设计方案。

图1 智能车载终端系统的硬件结构组成Fig.1 The hardware structure of intelligent vehicle terminal system

1.1 ARM控制模块设计

本智能车载终端系统中的ARM控制模块，主要用于设置GPS定位模块、GPRS通信模块、触摸屏模块以及外设器件的工作方式，使得各个硬件组件按照设计方式工作。

考虑到本系统的业务逻辑控制并不是异常复杂，经过慎重比较，选择了集成ARM公司的ARM7TDMI核的嵌入式微处理器S3C44B0X，作为主控制模块的处理器。S3C44B0X处理器内设丰富，集成了LCD控制器、存储器控制器、IIC总线控制器、IIS总线控制器等设备控制器，还有UART等外部接口。使用这款处理器，既简化了系统整体硬件设计，又降低了硬件成本。

1.2 GPS定位模块设计

本智能车载终端系统中的GPS定位模块，主要负责接收定位卫星的定位信息，通过RS232接口连接ARM主控模块，传递定位数据，用于计算行车的位置和坐标。

考虑到在通常行车环境下，GPS定位模块只能与4～8颗卫星同时通信。在设计本系统的GPS模块时，考虑了高性价比的选择标准，选择了上海丽浪公司的GPS－R25型GPS模块。该GPS模块有这样的特性：支持12通道C/A码接收控制，同时监控12路卫星信号；内部集成16位ARM处理器内核，电池可在正常使用中充电；数据误差范围为1～5 m；有串行接口；达到工业级标准。

1.3 GPRS通信模块设计

本智能车载终端系统中的GPRS通信模块，是车载终端与后台监控中心的通信通道，实现将处理好的GPS数据和其他监控数据发送给监控中心，并接收后台监控中心发送给车载终端的控制数据。

本系统选用的GPRS模块是索尼爱立信公司推出的GR47模块，其主要特点：采用实时操作系统；内置完整的TCP/IP协议，允许一个TCP/UDP传输机制，以最小的前期配置和操作来被使用；内嵌控制器，方便集成用户的应用，减少外部控制器的需求。GR47支持双频GSM带宽900MHZ/1800MHZ，可以通过 SMS短信息服务、CSD、HSCSD或GPRS来收发资料，并支持语音处理和传真。可通过AT命令或嵌入式应用访问其TCP/IP协议栈。由于GR47模块内嵌了TCP/IP协议栈，因而可以直接使用AT命令对其控制，使用方便[6]。

2 软件设计方案

2.1 软件模块设计

本智能车载终端系统的软件部分主要包括：主控子模块、GPS采集/处理子模块、GPRS报文通信子模块和显示驱动子模块。

主控子模块：负责初始化硬件通信接口、GPS定位模块控制器、GPRS通信模块控制器、触摸屏控制器以及其他外设；从外设存储芯片中加载用户配置信息；响应并处理前台用户给出的控制命令，以及来自后台监控中心的控制指令。

GPS采集/处理子模块：负责接收GPS定位模块的定位数据，一方面对定位数据进行解析处理，从中提取位置信息，转交主控子模块，显示实时位置信息，便于车辆行驶人了解当前地理位置；另一方面对定位数据进行数据格式转换处理，然后借助GPRS通信接口，将转换后的数据发送给后台监控中心，方便后台控制中心实时了解车辆运行信息。

GPRS报文通信子模块：负责接收监控中心传递来的GPRS通信格式报文，并对接收到的报文按照约定的数据格式进行转换处理，通过内部消息，将转换后的报文数据送交至主控子模块继续处理；另外为GPS数据采集/处理子模块提供GPRS数据报文发送接口，按照GPRS约定格式的数据发送至后台监控中心。

显示驱动子模块：接收用户输入控制，比如：设置导航线路、发送行车状态等；显示定位信息数据，以及监控中心发来的控制命令。

2.2 多线程应用设计

借助于嵌入式LINUX系统的多线程技术、中断的快速响应机制、以及消息驱动机制，结合智能车载终端系统需要实现的功能，进行如下线程设计，如图2所示。

图2 系统中主要线程的运行流程图Fig.2 The running flow chart of the main threads

主要线程功能说明：

1）主控线程：本线程主要实现对GPS模块控制器、GPRS模块控制器、触摸屏模块控制器、以及其他外设器件初始化；接收报文接收线程发送的内部消息，处理后台监控中心的控制指令；接收GPS数据采集/处理线程发送的内部消息，实时更新显示地理位置信息；响应处理前台触摸屏控制用户的设置，设定行驶线路以及其他行车状态；

2）报文接收线程：本线程等待主控线程完成基本硬件器件初始化后，尝试连接GPRS通信网络；在连接成功之后，本线程开始接收后台监控中心发给本终端的控制命令报文，然后解析报文，转换为系统中约定的内部控制消息，交给主控线程继续处理；

3）GPS数据采集/处理线程：本线程等待主控线程完成基本硬件器件初始化后，开始采集GPS定位数据；采集到GPS定位数据后，发送内部控制消息给主控线程，实现地理位置信息更新；同时对采集到的GPS数据按照约定的数据格式进行转换处理，然后使用GPRS报文发送接口，将转换后的数据报文发送给后台监控中心处理。

3 结束语

文中提出的技术实现方案，重点在于使用GPRS网络进行无线数据通信，代替传统的GSM短信息通信模式，提高了数据传输速率和传输可靠性；此外，基于嵌入式LINUX系统，通过使用多线程设计方案，解决了系统中多任务并行处理的问题，确保系统的稳定性和可靠性，相比现有车载终端，故障率降低了约50%；用户体验更好。

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