基于arm-linux的gps导航系统_论文

目录0摘要摘要摘要摘要11引言引言引言引言21系统方案选择与论证系统方案选择与论证系统方案选择与论证系统方案选择与论证211总体设计方案总体设计方案总体设计方案总体设计方案312部分模块设计方案部分模块设计方案部分模块设计方案部分模块设计方案3121主控芯片选择方主控芯片选择方主控芯片选择方主控芯片选择方案案案案3122操作系统及选择方案操作系统及选择方案操作系统及选择方案操作系统及选择方案3123GPS模块设计方案模块设计方案模块设计方案模块设计方案3124显示模块设计方案显示模块设计方案显示模块设计方案显示模块设计方案3125地图文件存放方案地图文件存放方案地图文件存放方案地图文件存放方案错误错误错误错误未定义书签未定义书签未定义书签未定义书签。13总体方案确定总体方案确定总体方案确定总体方案确定42系统硬件设计系统硬件设计系统硬件设计系统硬件设计21主控芯片电路主控芯片电路主控芯片电路主控芯片电路522FLASH芯片电路芯片电路芯片电路芯片电路723串口电路串口电路串口电路串口电路824USB接口电路接口电路接口电路接口电路926系统总线及系统总线及系统总线及系统总线及LCD接口电路接口电路接口电路接口电路925电源电路电源电路电源电路电源电路103系统的软件设计系统的软件设计系统的软件设计系统的软件设计1131程序结构框图程序结构框图程序结构框图程序结构框图1132MAINTAB类类类类1133MAINWIDGET类类类类1234CONFIG类类类类1235MAP类类类类1336GPS_DIVER类类类类1437STASNR类类类类1538DEBUG_PDF类类类类1639MAKEFILE文件文件文件文件16310地图文件地图文件地图文件地图文件（MAPINFOTXTMAPINFOXT文件文件文件文件）错误错误错误错误未定义书签未定义书签未定义书签未定义书签。4测试测试测试测试1641操作系统烧写测试操作系统烧写测试操作系统烧写测试操作系统烧写测试1642卫星接收测试卫星接收测试卫星接收测试卫星接收测试1843地图显示测试地图显示测试地图显示测试地图显示测试2044GPS信号检测测试信号检测测试信号检测测试信号检测测试错错错错误误误误未定义书签未定义书签未定义书签未定义书签。45功耗测试功耗测试功耗测试功耗测试2346其他测试其他测试其他测试其他测试2347测试结果分析测试结果分析测试结果分析测试结果分析235总结总结总结总结231参考文献参考文献参考文献参考文献23谢谢谢谢24录录录录24基于基于基于基于ARMARMLINUX的的的的GPSGPS导航系统导航系统导航系统导航系统朱衡（物理与电子信息学院应用电子技术教育专业06级指导老师周永宏）摘要摘要摘要摘要本系统由GPS数据采集并显示、地图显示两大部分组成，模拟GPS导航的过程。通过GPS模块、ARM9硬件环境、嵌入式LINUX操作系统、TFT触摸屏等模块来完成整个体系的运作，使其实时采集GPS数据，然后将GPS数据对应的地图显示出来，再利用串口将数据送入PC机数据库中实现查询等一系列功能。本设计的特点在于界面友好、用户易操作、功耗低、便于长时间户外导航。关键词关键词关键词关键词ARMLINUXGPSC语言SHELL编程嵌入式操作系统THEARMLINUXBASEDGPSNAVIGATIONSYSTEMZHUHENGINSTITUTEINSTITUTEOFPHYSICSANDELECTRONICINFORMATIONPROFESSIONALAPPLIEDELECTRONICTECHNOLOGYEDUCATIONYEAR06INSTRUCTORZHOUYONGHONGABSTRACTTHISSYSTEMCONSISTSOFGPSDATACOLLECTION,MAPDISPLAYCOMPOSEDOFTWOPARTS,SIMULATEDGPSNAVIGATIONPROCESSTHROUGHTHEGPSMODULE,ARM9HARDWAREENVIRONMENT,EMBEDDEDLINUXOPERATINGSYSTEM,TFTTOUCHSCREENANDOTHERMODULESTOCOMPLETETHE2OPERATIONOFTHEENTIRESYSTEMTOCOLLECTREALTIMEGPSDATA,GPSDATAANDTHENDISPLAYTHECORRESPONDINGMAP,REUSETHEDATAINTOTHEPCSERIALPORTMACHINEINTHEDATABASEQUERIES,ANDSOTOACHIEVEASERIESOFFUNCTIONSTHISDESIGNFEATUREISUSERFRIENDLY,USEREASYTOOPERATE,LOWPOWERCONSUMPTION,EASYTONAVIGATEALONGTIMEOUTDOORSKEYWORDSARMLINUXGPSCLANGUAGESHELLPROGRAMMINGEMBEDDEDOPERATINGSYSTEM0引言引言引言引言GPS是英文GLOBALPOSITIONINGSYSTEM（全球定位系统）的简称，而其中文简称为“球位系”。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的。随着人民生活水平的法杖，GPS技术被越来越多的应用在个人PDA、个人车载终端、手机等个人设备上。人们通过手持GPS，能准确知道自己所在的位置，从实现到导航、确定旅游路线、获取地理信息等功能。本文介绍的GPS导航系统，以ARM作为主控芯片，配以GPS、TFT触摸屏、嵌入式LINUX操作系统，构建了一个集GPS信息显示、地图显示、语音导航为一体的完整系统。本系统在一定程度上推动了个人手持GPS导航设备研究的发展。1系统方案选择和论证系统方案选择和论证系统方案选择和论证系统方案选择和论证11总体设计方案总体设计方案总体设计方案总体设计方案个人手持设备要求界面美观、功耗低、易于操作。系统应有彩色触摸屏；低功耗、高速度的处理芯片；带有嵌入式操作系统；GPS信息接收模块；SD卡用以存放地图；模块框图分别如图1所示S3C2440TFT触摸屏触摸屏触摸屏触摸屏SD卡卡卡卡（存放地图存放地图存放地图存放地图）GPS模块模块模块模块NANDFLASHNORFLASH3图1系统结构框图FIG1SYSTEMSTRUCTUREDIAGRAM12部分模块设计方案部分模块设计方案部分模块设计方案部分模块设计方案121控制模块设计方案控制模块设计方案控制模块设计方案控制模块设计方案方案一采用凌阳公司的16位单片机，它是16位控制器，具有体积小、驱动能力高、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗低、结构简单、中断处理能力强等特点。用于语音处理和识别等领域。满足系统GPS模块和语音导航功能的需要。由于本系统需要彩色人机交互界面，对处理速度要求较高，故不采用。方案二采用SAMSUNG公司的S3C2440。S3C2440采用ARM920T内核，实现了MMU、ARBA、BUS和HARVARD高速缓冲体系结构。是一块高性能、低功耗的嵌入式芯片。可植入操作系统。在个人PDA领域应用及广。植入操作系统后，在用户GUI编程方面具有很大优势。内置AD/DA，便于扩展语音模块。故选用此芯片为主控芯片。122操作系统选择方案操作系统选择方案操作系统选择方案操作系统选择方案LINUX操作系统广泛应用在嵌入式设备中，其源代码开放、免费；内核性能高效、多任务、可制定；完善的图形管理、文件管理机制；良好的开发环境、强大的工具集。可移植QT开发环境，可实现跨平台的编译，代码重用率高。123GPS模块选择方案模块选择方案模块选择方案模块选择方案方案一采用串口接口GPS模块。优点便于驱动，价格便宜。缺点嵌入式LINUX的调试需要用到串口，若GPS模块占用了串口会造成调试不便。故不采用方案二采用USB接口GPS模块。优点便于携带、连接开发板。缺点驱动相对电电电电源源源源串口串口串口串口（调试及下载调试及下载调试及下载调试及下载）4较难、价格相对较贵。为了便于调试和携带，采用USB接口GPS模块。124显示模块设计方案显示模块设计方案显示模块设计方案显示模块设计方案方案一采用LCD显示。液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小，低耗电量。但不能实现触摸功能，故部采用。方案二采用TFT显示。TFT屏幕带有四线式电阻触摸膜，能实现触摸功能、便于用户操作，故采用。125地图文件存放方案地图文件存放方案地图文件存放方案地图文件存放方案方案一采用S3C2440核心板内置NANDFLASH存放。NANDFLASH读取速度快。但容量较小，只有128M,不适合存放大量地图数据，故不采用。方案二采用外置SD卡。SD卡读取速度相对较慢，且会增加成本。但能存放大量数据（），地图更新升级也很方便。故采用。13总体方案确定总体方案确定总体方案确定总体方案确定1）控制芯片采用S3C2440ARM9处理器2）液晶显示模块采用NECTFT35寸屏幕3）GPS模块采用三星公司的GPSUSBII模块4）NANDFLASH采用K9F1208；5）NORFLASH采用AM29LV160DB5）音频处理芯片UDA1341TS；6）SD卡模块采用金士顿公司的4GBSD卡；7）电源模块采用两个8V可充电锂电池；8）操作系统采用嵌入式LINUX操作系统2系统的硬件设计与实现系统的硬件设计与实现系统的硬件设计与实现系统的硬件设计与实现系统硬件采用友善之臂的S3C2440MINI2440开发板。MINI2440体积小，便于携带；接口丰富，易于扩展；功耗低，便于长时间户外导航。5MINI2440硬件特性如下图图2主控芯片电路FIG2MASTERCHIPCIRCUITRY21主控芯片电路主控芯片电路主控芯片电路主控芯片电路主控芯片为S3C2440的6层核心板，该核心板性能稳定、工艺精良。67图21主控芯片电路FIG21CIRCUITOFULTRASONICTRANSMITTINGANDRECEIVING22FLASH芯片电路芯片电路芯片电路芯片电路221NANDFLASH1ANDFLASH芯片电路芯片电路芯片电路芯片电路NANDFLASH是操作系统的程序存储区，该芯片掉电不丢失数据、寿命长，可反复擦写。芯片容量128M。适合存放高密度数据结构图221主控芯片电路FIG221CIRCUITOFULTRASONICTRANSMITTINGANDRECEIVING222NORFLASH2NORFLASH芯片电路芯片电路芯片电路芯片电路NORFLASH是系统BIOS存储区。该芯片掉电不丢失数据、寿命长，可反复擦写。芯片容量8M。适合高速度、低数据密度的数据结构。8图222主控芯片电路FIG222NORFLASHCHIPCIRCUITRY23串口电路串口电路串口电路串口电路采用MAX3232电平转换芯片与计算机通信9图23串口电路FIG23SERIALCIRCUIT24USB端口电路端口电路端口电路端口电路采用USB20协议，USB接口用以连接GPS模块图24USB端口电路FIG24DRIVINGCIRCUIT25系统总线及系统总线及系统总线及系统总线及LCD接口电路接口电路接口电路接口电路10图25系统总线及LCD接口电路FIG25DRIVINGCIRCUIT26电源电路电源电路电源电路电源电路系统输入电压为DC5VC，通过LM111718、LM111733、MAX8869EU18芯片转换成系统需要的三种电压18V、33V、125V图26电源电路FIG6POWERCIRCUIT113系统的软件设计系统的软件设计系统的软件设计系统的软件设计本系统的所有程序均采用C语言编写，开发工具为QTEMBED20。程序定义了许多类来分别管理各个模块，通过对各个类的操作，来构建整个程序框架。31程序整体结构框图GPS类类类类GPSDRIVERPGPSDRIVERSTASNRPSTASNRGPSINFOPGPSINFOTIMERMASTOROPERATION1GPSDRIVERINTCOMFDINTTIMERID/定时管理定SETCOMCOM_PARAMGPGPSNEWGPSGPCONFIGNEWCONFIGGPCONFIGGETOBJECTGPMAINLAYOUTGPCONFIGGETOBJECTGPGPSGPCONFIGSETCOMBDRATEGPCONFIGSETMAPPATHADDTABGPMAINLAYOUT,QSTRING“MAP“ADDTABGPGPS,QSTRING“GPSINFO“ADDTABGPCONFIG,QSTRING“CONFIG“TIMERIDSTARTTIMER1000VOIDMAINTABTIMEREVENTQTIMEREVENTEVENTGPS_DATAMGPSDATAINTIPDF3,“TABMASTERTIMERALARMN“/设置好卫星信号强度数据GPGPSMPSATSNRSETDATAGPMAINLAYOUTPZHDRAWRECTPGPSDRIVERMGPSSTASNR/GPMAINLAYOUTPZHDRAWRECTPGPSDRIVERGETDATAMGPSDATA27GPGPSMPGPSINFOSETDATAMGPSDATA/PDF3,“TABMASTERTIMERENDN“INTMAININTARGC,CHARARGVQAPPLICATIONAPPARGC,ARGVMAINTABTAPPSETMAINWIDGETTSHOWRETURNAPPEXECGPS_DRIVER类程序INCLUDEINCLUDE“GPS_DRIVERH“INCLUDEINCLUDEINCLUDEINCLUDE/NMEA0183的CHECKSUM只能作8位异或包括“,“的运算，但不包括“及“定义符号的运算。最后的两位是检验码的HEX16进制转成ASCII两个符号09,AF。/CHARNMEA_CHECKSUMCHARSENTENCE/ISTHECHECKSUMONTHESPECIFIEDSENTENCEGOOD/UNSIGNEDCHARSUM0CHARC,PSENTENCE,CSUM2CPWHILECSUMCPCP/CSUM0SUMIFCSUM010CSUM0AELSECSUM00/CSUM1SUMIFCSUM110CSUM1AELSECSUM1028CCSUM1TOUPPERP1RETURNC/0ISERRORINTZH_GPSDRIVERFIFOCTLFIFOTYPEPRIV,INTDATA,CONSTUNSIGNEDCHARFLAGINTTEMP1UNSIGNEDINTWIDX0WIDXPRIVW_IDX/SAVETHEOLDINDEXBEFOREPROCEEDING/IFFLAGWR/WRITEDATA/SAVEITTOBUFFER/IFPRIVW_IDX1BUFSIZEPRIVR_IDX/ADJUSTREADINDEXSINCEBUFFERISFULL/无法写入来处理FIFO满。CANWDTOFIFO/PRIVR_IDXPRIVR_IDX1BUFSIZE/保证是环状的FIFO。PDF2,“BUFFERFULLN“RETURN1PRIVBUFFERPRIVW_IDXDATAPRIVW_IDXPRIVW_IDX1BUFSIZE/保证是环状的FIFO。RETURN0ELSE/READDATAIFPRIVR_IDXWIDXPDF2,“BUFFEREMPTYN“RETURN1ELSETEMPPRIVBUFFERPRIVR_IDXPRIVR_IDXPRIVR_IDX1BUFSIZE/保证是环状的FIFO。RETURNTEMPPDF2,“FLAGERRORN“RETURN129ZH_GPSDRIVERZH_GPSDRIVERQOBJECTPARENT,CONSTCHARNAMEQOBJECTPARENT,NAMECOM_PARAMMCOMPARAMMCOMPARAMSERIALDEVICEPATH“/DEV/TTYUSB0“MCOMPARAMBAUDRATE9600IDSTARTTIMER200BUFPOS0BUFSW0MPGPS_GPRMCMPGPS_GPRMCGPS_SWVMPGPS_GPGSVPDF1,“GPSDRIVERCONSTRUCTN“/OPENMODEMDEVICEFORREADINGANDWRITINGANDNOTASCONTROLLINGTTY|O_NONBLOCK/FD1SETCOMMCOMPARAMINTZH_GPSDRIVERGPRS_GETTEXTLINEFROMFIFOCMD_BUFPCMD_BUF/去掉换行符INTJ0INTIDATADOIDATAFIFOCTLIFIDATA1RETURN0ELSEIFIDATANPCMD_BUFBUFPCMD_BUFPOSCHARIDATAPCMD_BUFPOSPCMD_BUFSW1BREAKELSEPCMD_BUFBUFPCMD_BUFPOSIDATAPCMD_BUFPOSWHILEJPOSBUFSIZE5PDF2,“POTENTIALFIFLOOVERFLOWN“CMDBUF_INITPCMD_BUFPDF2,“POSDN“,PCMD_BUFPOS30PCMD_BUFBUFPCMD_BUFPOS0/PDF4,“POSDIBUFPOSDAMSGSN“,POS,IBUFPOS,PSTRBUFFERRETURN1INTZH_GPSDRIVERZH_GETGPSDATAGPS_DATAGPSDATALATIMPGPS_GPRMCLATITUDEGPSDATALONTMPGPS_GPRMCLONGITUDERETURNMPGPS_GPRMCGPS_SWDOUBLEDDMM2DDDDDOUBLEDDMMDOUBLEFI,FFZ,FFXINTFZFIDDMMFZINTFIFFZDOUBLEFZ/取整数部分FFXFIFFZ/取小数部分FIFFZFFX/06PDF2,“DDMMLFDDDDLFN“,DDMM,FIRETURNFIINTZH_GPSDRIVERGPGSV_ANALYSISGPS_GPGSVPGPS_GPGSVSWITCHPGPS_GPGSVGSV_IDCASE1MEMCPYMEMCPYMEMCPYMEMCPYBREAKCASE2MEMCPYMEMCPYMEMCPYMEMCPYBREAKCASE3MEMCPYMEMCPY31MEMCPYMEMCPYBREAKDEFAULTBREAKINTZH_GPSDRIVERCMD_ANALYSISCMD_BUFPCMD_BUFCHARPCMDINTIIFPCMD_BUFSW1PDF3,“SENTENCESNENDN“,PCMD_BUFBUFPCMDSTRSTR/只对此语语解析IFPCMDNULLIFNMEA_CHECKSUM/CMDBUF_INITRETURN1/2判断有效性。ISSCANFPCMD,“AVC,“,PDF3,“GPSSWFILEDCN“,MPGPS_GPRMCGPS_SWIFMPGPS_GPRMCGPS_SWVPDF3,“VINVALIDDATAN“CMDBUF_INITRETURN2/SSCANF并不能由空值来输入浮点数。/PRINTF“GPSIDSNUTC_TIMESNGPS_SWCNLATITUDELFNLATI_NSCNLONGITUDELFNLONGI_EWCNSPDLF“,/GPSID,UTC_TIME,GPS_SW,LATITUDE,LATI_NS,LONGITUDE,LONGI_EW,SPDISSCANFPCMD,“,C,LF,C,LF,C,LF,LF,LF,C,S“,MPGPS_GPRMCGPSID,MPGPS_GPRMCUTC_TIME,32/请检查SSCANF的返回值，可能会失败，如果小于要收得的数目。IFIGPS_SWVCMDBUF_INITRETURN3/转换成度制，而不是度，分，十进制分形式。MPGPS_GPRMCLATITUDEDDMM2DDDDMPGPS_GPRMCLATITUDE/100MPGPS_GPRMCLONGITUDEDDMM2DDDDMPGPS_GPRMCLONGITUDE/100PDF3,“GPS_SWCNLATITUDELFNLATI_NSCN“,MPGPS_GPRMCGPS_SW,MPGPS_GPRMCLATITUDE,MPGPS_GPRMCLATI_NSPDF3,“LONGITUDELFNLONGI_EWCN“,MPGPS_GPRMCLONGITUDE,MPGPS_GPRMCLONGI_EWGOTOOUT/PCMDSTRSTR/只对此语语解析IFPCMDNULLIFNMEA_CHECKSUM/CMDBUF_INITRETURN1/SSCANF并不能由空值来输入浮点数。ISSCANFPCMD,“,D,D,D,D,D,D,D,D,D,D,D,D,D,D,D,D,D,D,D,S“,MPGPS_GPGSVGPGSV,/请检查SSCANF的返回值，可能会失败，如果小于要收得的数目。33GPGSV_ANALYSISMPGPS_GPGSV/存入数据中IGOTOOUTOUTCMDBUF_INITRETURN0VOIDZH_GPSDRIVERCMDBUF_INITCMD_BUFPCMD_BUFPCMD_BUFPOS0PCMD_BUFSW0INTZH_GPSDRIVERGETDATAGPS_DATAGPSDATALATIMPGPS_GPRMCLATITUDEGPSDATALONTMPGPS_GPRMCLONGITUDEGPSDATASWMPGPS_GPRMCGPS_SWRETURNMPGPS_GPRMCGPS_SWINTZH_GPSDRIVERGETDATAGPS_STASNRINTZH_GPSDRIVERSETCOMCOM_PARAMSTRUCTTERMIOSATTR/打开串口IFFD1/CLOSEFDCOMPARAMCOMFDOPENCOMPARAMSERIALDEVICEPATH,O_RDWR|O_NONBLOCK/FDCOMPARAMCOMFD34IFCOMPARAMCOMFD1PRINTF“OPENDEVICESERRORN“,COMPARAMSERIALDEVICEPATHRETURN1ELSEPRINTF“OPENDEVICESOKN“,COMPARAMSERIALDEVICEPATH/读取串口当前属性ITCGETATTRFD,IFI0PRINTF“ERRORFORGETATTRN“RETURN1/设置好波特率IFCOMPARAMBAUDRATE4800ICFSETISPEEDICFSETOSPEEDIFI0PRINTF“ERRORFORGETATTRN“RETURN1ELSEIFCOMPARAMBAUDRATE9600ICFSETISPEEDICFSETOSPEEDIFI0PRINTF“ERRORFORGETATTRN“RETURN1ELSEPRINTF“ERRORBAUDRAETD,ONLYSUPPORTBAUDRATE4800/9600N“,COMPARAMBAUDRATEIFTCSETATTRFD,TCSANOW,RETURN1/RETURNFDVOIDZH_GPSDRIVERWFIFOFIXSTRINGCHARDATASTATICINTFLAG0IFDATA,FLAG0ELSEIFFLAG1FIFOCTLELSEFLAG1FIFOCTLVOIDZH_GPSDRIVERTIMEREVENTQTIMEREVENTEVENTINTREADBYTES,I,JCHARC35IFEVENTTIMERIDIDPDF3,“ZH_GPSDRIVERTIMERISALARMN“/FORJ0J0PDF2,“TTYREADBYTES1DN“,READBYTESFORI0IZHGPSWIDTH/ORGXYPICPICXYWHELSEIFAXWZHGPSWIDTH/ORGXYPICPICXYWH40PAINTMAPDRAWPIXMAPAXW,0,PIXMAPB,0,BYSUBWIDTH,ZHGPSWIDTHAXW,ZHGPSHEIGHT/ORGXYPICPICXYWH/PAINTMAPENDVIEWVIEWQCANVASZHMAPRESIZEQSIZEZHGPSWIDTH,ZHGPSHEIGHTMAINMAPGETMAPABINFOMAPINFOAPOSITON,MAPINFOBPOSITONMAINGPSLATIMAPINFOBPOSITONLATIMAPINFOAPOSITONLATIMAPINFOBPOSITONLATI/2MAINGPSLONTMAPINFOAPOSITONLONTMAPINFOBPOSITONLONTMAPINFOAPOSITONLONT/2MAINMAPGETCURRMAPMAINGPS,ZHMAPCANVASSETBACKGROUNDPIXMAPZHMAPCANVASRESIZEZHGPSWIDTH,ZHGPSHEIGHT/SETFIXEDSIZEZHGPSHEIGHT,ZHGPSHEIGHTRNEWQCANVASRECTANGLEZHGPSWIDTH/2,ZHGPSHEIGHT/2,ZHPR,ZHPR,/RSETVELOCITY05,0/SPEEDRSETBRUSHQCOLOR250,10,10RSETZ10RSHOWVOIDVIEWSETPOSITIONDOUBLELONTCHANGE,DOUBLELATICHANGE,INTSWMAINGPSLATILATICHANGEMAINGPSLONTLONTCHANGEMAINGPSSWSWMAINMAPGETCURRMAPMAINGPS,ZHMAPPCANVASSETBACKGROUNDPIXMAPZHMAP/PCANVASUPDATEVOIDVIEWCHANGEPOSITIONDOUBLELONTCHANGE,DOUBLELATICHANGEMAINGPSLATILATICHANGEMAINGPSLONTLONTCHANGE41PDF2,“CHANGELATLFLONTLFN“,MAINGPSLATI,MAINGPSLONT/MAINM