（载运工具运用工程专业论文）行车安全保障集成信息系统的软件开发及调试.pdf

c a n d i d a t e ：z h a n gd e n g y u s u p e r v i s o r ：p r o f s il i z e n g c h a n g a nu n i v e r s i t y , x i a n ，c h i n a 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：孙登芾各少卯碑多月re l 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：杈登格，。年占月p 日 导i ) - r r i 签名：武g 娟 黝，。年占胁日 摘要 交通运输是国民经济的重要组成部分之一，行车安全保障集成信息系统是货物运输 业需求较为迫切、应用较为广泛的技术，其实现了智能化识别、定位、跟踪、监控和管 理等功能，将大大提高汽车货物运输企业的工作效率，同时也大大提高了货物运输的安 全性。 论文通过对全球定位系统( g p s ) 和无线射频识别( r f i d ) 技术应用状况的研究， 提出这两大技术的发展趋势；通过对各种嵌入式操作系统的研究，确定系统的操作系统； 根据系统的功能要求，对嵌入式系统的剪裁进行了研究；通过对文件i o 编程的研究， 确定串口设置和操作应用程序的设计方案；通过对基于g p r s 的s o c k e t 技术的研究，确 定系统数据发送和接受应用程序的设计方案；通过对g p s 定位原理和n m e a 0 8 1 3 协议 的研究，确定g p s 模块应用程序的设计方案；通过对r f i d 技术基本原理和防冲突算法 的研究，确定r f i d 模块应用程序的设计方案；通过对m i n i g u i 软件的研究，确定 m i i l i g u i 可视化编程的方案；最后对嵌入式应用程序调试方法的研究，确定本系统应用 程序的调试方案。 关键字： g p s ，g p r s ，s o c k e t ，r f i d ，m i n i g u i a bs t r a c t t r a n s p o r t a t i o ni sa ni m p o r t a n tp a r to ft h en a t i o n a le c o n o m y , t r a f f i cs a f e t y 砌o r m a t i o n s y s t e mi n t e g r a t i o ni sm o r eu r g e n td e m a n df o rc a r g ot r a n s p o r t , t h ew i d e ra p p l i c a t i o no f t e c h n o l o g y , t h er e a l i z a t i o no fi n t e l l i g e n ti d e n t i f i c a t i o n , l o c a t i o nt r a c k i n g ，m o n i t o r i n ga n d m a n a g e m e n tf u n c t i o n s ，w i l ls i g n i f i c a n t l yi m p r o v ev e h i c l ee f f i c i e n c yo fc a r g ot r a n s p o r t a t i o n e n t e r p r i s e s ，b u ta l s og r e a t l yi m p r o v e dc a r g os e c u r i t y p a p e r so ng l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ( g p s ) a n dr a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ( r f i d ) t e c h n o l o g ya p p l i c a t i o n so ft h er e s e a r c h , p u tf o r w a r dt w om a j o rt e c h n o l o g i c a lt r e n d s ；t h r o u g h av a r i e t yo fe m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m ss t u d yt od e t e r m i n et h es y s t e m so p e r a t i n gs y s t e m ； a c c o r d i n gt ot h es y s t e mf u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t s ，t a i l o r i n gt h ee m b e d d e ds y s t e mh a sb e e n s t u d i e d ；t h r o u g hf i l ei 0p r o g r a m m i n gs t u d yt od e t e r m i n et h es e r i a lp o r ts e t t i n g sa n d o p e r a t i o no fa p p l i c a t i o nd e s i g n ；b yt h es o c k e tb a s e do ng p r st e c h n o l o g yr e s e a r c h , t o d e t e r m i n es y s t e md a t at r a n s m i s s i o na n da c c e p tt h e a p p l i c a t i o nd e s i g n ；t h r o u g hg p s p o s i t i o n i n gt h e o r ya n dn m e a - 0 8 13p r o t o c o ls t u d yt od e t e r m i n et h eg p sm o d u l ea p p l i c a t i o n d e s i g n ；t h r o u g ht h eb a s i cp r i n c i p l e so fr f i dt e c h n o l o g ya n da n t i - c o l l i s i o na l g o r i t h m , r f i d m o d u l et od e t e r m i n et h ed e s i g no ft h ea p p l i c a t i o n ；b ym i n i g u is o f t w a r es t u d i e dt od e t e r m i n e t h em i n i g u iv i s u a lp r o g r a m m i n gp r o g r a m s ；f i n a l l y , e m b e d d e dd e b u g g i n gm e t h o df o r a p p l i c a t i o nt od e t e r m i n et h es y s t e mt od e b u gt h ea p p l i c a t i o np r o g r a m k e yw o r d s ：g p s ；g p r s ；s o c k e t ；r f i d ；m i n i g u i 目录 第一章绪论一1 1 1 行车安全保障集成信息系统概述1 1 1 1 行车安全保障集成信息系统的定义l 1 1 2 行车安全保障集成信息系统的组成1 1 2 课题来源及研究意义3 1 3 国内外研究状况3 l - 3 1 无线射频识别( r f i d ) 技术发展状况一3 1 3 2 全球定位系统( g p s ) 技术应用及发展前景6 1 4 论文的研究内容7 第二章行车安全保障集成信息系统的硬件平台简介8 2 1 嵌入式系统简介一8 2 2 友善之臂m i n i 2 4 4 0 开发板9 2 2 1 开发板的硬件资源9 2 2 2 接口资源简介1 0 2 3 本章小结1 3 第三章系统的软件设计总体方案及l in u x 操作系统的移植1 4 3 1 系统软件各组成功用1 4 3 2 系统应用程序的总体设计方案1 4 3 3 嵌入式操作系统的选择15 3 4 嵌入式l i n u x 的移植1 6 3 4 1l i n u x 开发环境的建立1 6 3 4 2b o o t l o a d e r 的移植1 7 3 4 3l i n u x 内核移植1 9 3 4 4 制作根文件系统2 5 3 4 5m “g u i 的移植2 6 3 5 本章小结2 7 第四章文件i 0 编程及g p r s 模块应用程序设计2 8 4 1 文件从) 编程2 8 4 1 1 不带缓存的文件i o 操作2 8 4 1 2 嵌入式l i n u x 串口应用开发2 9 4 2g p r s 模块应用程序开发3 6 4 2 1t c p i p 协议概述3 6 4 2 2s o c k e t 通信应用程序设计3 9 4 3 本章小结4 8 第五章g p s 模块应用程序设计4 9 5 1g p s 定位技术简介4 9 5 1 1g p s 定位系统的组成。4 9 5 1 2g p s 卫星信号5 0 5 1 3g p s 定位的基本观测值5 2 5 1 4g p s 信号周跳产生的原因及常用解决方法5 3 5 2g p s 数据接收与解析5 4 5 2 1g p s 协议( n m e a 0 18 3 协议) 简介：5 4 5 2 2g p s 数据的接收与解析5 7 5 3 本章小结6 2 第六章r f id 模块应用程序设计6 3 6 1r f i d 系统基本原理6 3 6 1 1r f i d 系统基本模型6 3 6 1 2r f i d 工作流程6 4 6 2 确定性标签防冲突算法研究6 4 6 3r f i d 模块应用程序设计。6 7 6 4 本章小结6 8 第七章minig ui 编程及应用程序调试6 9 7 1m i n i g u i 编程6 9 7 2 应用程序调试6 9 7 3 本章小结：7 4 结论7 5 参考文献一7 6 致谢7 9 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 行车安全保障集成信息系统概述 1 1 1 行车安全保障集成信息系统的定义 行车安全保障集成信息系统通过无线射频识别( 1 强i d ) 设备、全球定位系统( g p s ) 和g p r s 设备，将车载货物与g p r s 网络连接，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控 和管理等功能。 行车安全保障集成信息系统主要有两大方面功能。第一，通过g p r s 网络实时获取 车辆位置、速度等信息；第二，通过g p r s 网络实时获取车载货物的相关信息。这两大 功能提高了汽车运输企业的管理水平和服务水平，具体表现在以下几个方面。 1 、提高汽车运输企业的运输效率 通过g p r s 网络传送回来的相关信息，管理中心工作人员可以根据实际情况合理及 时调度车辆，提高汽车运输企业的运输效率。 2 、实时、准确地获取货物相关信息 无线射频识别( i 讧i d ) 模块间隔一定时间自行对车载货物进行扫描，系统将货物的 位置和状态信息传送给管理中心。这样，工作人员可以准确、清楚地对货物丢失等事故 作出及时处理，增强了货物的安全性。同时，使得客户可以随时查询货物的位置、状态 信息，提高了企业的服务水平。 3 、提高货物运输的准确性和及时性 根据系统传送回来的车辆位置、速度等信息，管理中心工作人员能够及时发现不能 在规定时间将货物交付给客户的情况，提高了企业的服务水平。 1 1 2 行车安全保障集成信息系统的组成 行车安全保障集成信息系统由车载系统和管理中心两大部分组成。车载系统又由无 线射频识别( r f i d ) 模块、全球定位系统( g p s ) 模块和g p r s 模块三大部分组成。系 统组成如图1 1 所示。 第一章绪论 车载系统 g p r s 网络 管理中心 图1 1 行车安全保障集成信息系统组成 1 、全球定位系统( g p s ) g p s 模块的功用主要是提供车辆和货物的位置信息。g p s 是g l o b a lp o s i t i o n i n g s y s t e m ( 全球定位系统) 的简称，其中文简称为“球位系 。g p s 是2 0 世纪7 0 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，是美国独霸全球战略的重要组成。经过2 0 余年的研究实验，耗资 3 0 0 亿美元，到1 9 9 4 年3 月，全球覆盖率高达9 8 的2 4 颗g p s 卫星星座已布设完成。 2 、无线射频识别( r f i d ) 模块 r f i d 射频识别时一种非接触的自动识别技术，其具有其他自动识别及时无法比拟 的优势，各种自动识别技术的对比见表1 1 。它通过读写器发送的射频信号自动识别标 签并且获取标签传送回来的相关数据，其工作过程是智能化的、无需人工操作的，并且 对工作环境无特殊要求。r f i d 技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作 快捷方便。r f i d 模块是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统具有控制、 检测和跟踪物体等功能。系统由一个读写器和很多标签组成。 3 、g p r s 模块 g p r s 是通用分组无线服务技术( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 的简称，它是g s m 移动电话用户可用的一种移动数据业务。g p r s 可以说是g s m 的延续。g p r s 和以往连 续在频道传输的方式不同，是以封包( p a c k e t ) 式来传输，因此使用者所负担的费用是 以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。g p r s 的传输速率可 2 亘 酉甲 长安大学硕士学位论文 提升至5 6 甚至1 1 4 b p s 。 表1 1 自动识别技术比较 系统 条形码 光学识别 i c 卡 r f i d 技术 参数 数据量9 节 l 1 0 01 1 0 0l 每洱k1 ( v - 6 4 k 数据密度小小很高很高 阅读的可读性好好好好 受环境影响很严重很严重可能( 接触)没有影响 受方向位置影响很小很小一个方向插入没有影响 用坏或磨损有条件有条件接触没有影响 购置费很少一般一般很少 未经允许的 容易容易不可能不可能 修改复制 阅读速度 慢( 9 04 秒)慢( 约3 秒)慢( 约4 秒)快( 约0 5 秒) 数据载体与阅读 器之间的距离 0 - 5 0 e r a 小于l e m直接接触最大可达1 0 m 1 2 课题来源及研究意义 本论文来源于2 0 0 8 年交通部公路科学研究院汽车运输技术研究中心对外开放课题。 按照课题要求，本论文设计了集全球定位( g p s ) 技术、无线射频识别( r f i d ) 技术和 g p r s 技术为一体的行车安全保障集成信息系统。如上所述，本论文的研究意义在于一 定程度上提高汽车运输企业的管理水平和服务水平。 1 3 国内外研究状况 1 3 1 无线射频识别( r f i d ) 技术发展状况 1 、无线射频识别( r f i d ) 市场规模分析 无线射频技术( i 疆i d ) ，作为物联网发展的排头兵，已经成为市场关注的焦点。最 新数据显示，2 0 0 8 年，全球r f i d 市场规模为5 8 7 亿美元，与上年相比增幅明显下降， 并且回落到个位数增长，主要原因是全球最大r f i d 项目中国身份证市场成熟，而 美国以及欧洲等地区没有大型项目的带动所致。相对于世界市场，2 0 0 8 年我国r f i d 市 场销售规模为7 2 9 亿元，与2 0 0 7 年相比下降了5 8 。表1 2 和表1 3 分别为2 0 0 4 - 2 0 0 8 年问全球和我国r f i d 市场规模与增长。 3 第一章绪论 表1 22 0 0 4 - - 2 0 0 8 年全球r f i d 市场规模与增长 年份2 0 0 4 年2 0 0 5 年2 0 0 6 年2 0 0 7 年2 0 0 8 年 销售额( 亿美元) 2 0 72 9 24 4 45 4 05 8 7 增长率 4 1 3 5 1 8 2 1 7 8 7 表1 32 0 0 4 - 2 0 0 8 年中国r f i d 市场规模与增长 年份2 0 0 4 年2 0 0 5 年2 0 0 6 年2 0 0 7 年2 0 0 8 年 销售额( 亿元) 1 1 2 3 1 2 6 5 57 7 47 2 9 增长率 2 3 4 5 1 7 8 o 1 0 9 0 1 8 1 5 8 2 、无线射频识别( r f i d ) 技术国内外应用发展现状， 2 0 0 0 年以来，r f i d 技术在工农业、医疗、移动通信、环境监测、建筑等多个民用 领域得到了广泛应用。r f i d 的典型应用案例包括物流供应链跟踪、公路不停车收费、 图书馆管理系统、畜牧管理系统、纺织品生产管理系统等。 随着r f i d 应用领域的扩展，r f i d 应用向着多元化发展。按照r f i d 功能可以将全 球r f i d 的应用分为3 个阶段，2 0 0 5 年以识别功能为主；2 0 0 5 - 2 0 0 7 年发展为传感功能， 具有跟踪记录、环境感知的能力；2 0 0 7 - 2 0 1 0 年发展为具有自动化传感、物物通信和实 时控制的能力。r f i d 功能发展状况如图1 2 所示。 2 0 1 0 。 识别功能传感功能 智能化自动传感功能 图1 2r f i d 功能发展状况 美国政府和企业积极推动r f i d 技术的发展，使得其r f i d 技术的发展走在了世界 的前列。美国的r f i d 编码体系为e p cg l o b a l 标准。到目前为止，美国已有1 0 0 多家企 业承诺支持r f i d ，其中包括零售商沃尔玛，制造商吉利、强生，物流行业的联合包裹 服务公司等。 欧洲采用的也是美国的e p cg l o b a l 标准。2 0 0 3 年1 1 月，t e s e o 就已经公布了使用 4 长安大学硕士学位论文 无线标签的计划，要求前1 0 0 位供应商在2 0 0 6 年9 月4 日起必须在商品包装盒上使用 无线标签进行物流管理。2 0 0 4 年4 月，m e t r o 建立了一家应用r f i d 技术的试验性“未 来商店 ，包括i b m 、n c r 、n i x d o r f h e w l e t tp a c k a r d 、c i s c o 、m e t t l e rt o l e d o 、s y m b o l t e c h n o l o g i e s 、o r a c l e 、c h e p 、g a m b l e 、k r a f tf o o d s 、g i l l e t t e 和c o c a - c o l a 等在内的多家 大公司参与了这个试验。在2 0 0 8 年的m 2 m 论坛上，世界最大的半导体供应商之一意法 半导体展示了传感器、通信和网络连接融合为一体的多项关键技术，多种技术的融合有 助于提高娱乐、安全、医疗、工控、资源管理、消费产品监测、资产跟踪等各种设备的 价值。 本世纪初，r f i d 已经开始在中国进行试探性的应用，并很快得到政府的大力支持， 2 0 0 6 年6 月，中国发布了中国r f i d 技术政策白皮书，标志着r f i d 的发展已经提 高到国家产业发展战略层面。到2 0 0 8 年底，中国参与r f i d 的相关企业达数百家，已经 初步形成了从标签及设备制造到软件开发集成等一个较为完整的r f i d 产业链。 目前，我国r f i d 主流的应用领域有： ( 1 ) 公路收费和智能交通； ( 2 ) 车辆的识别和管理； ( 3 ) 电子票证； ( 4 ) 动物信息跟踪和管理； 。 ( 5 ) 资产追踪和管理。 3 、无线射频识别( i 蹬i d ) 技术的发展趋势及存在的问题 近几年，无线射频技术发展势头十分迅猛。虽然2 0 0 8 年的市场规模没有大幅度的 增长，甚至国内市场份额有一定的回缩，但是我们不能否定无线射频技术将来的发展前 景。我们可以预见r f i d 技术将有以下几点的发展趋势： ( 1 ) 成品多样化 随着市场需求的变化，单一功能产品必将必将会遭到淘汰。因此无线射频技术必将 与其他技术相结合，由单一识别向多功能识别发展。譬如，本课题研究的系统，将r f i d 技术与g p s 技术、g p r s 技术相结合，形成一多功能的系统，可以实现智能化识别、定 位、跟踪、监控和管理等功能。 ( 2 ) 系统网络化 随着无线射频技术发展，其必将与其他技术相结合，从而我们可以通过网络查询物 品的详细信息。 5 第一章绪论 ( 3 ) 系统的兼容性 随着标准的统一，系统的兼容性将得到更好的发挥，产品的可替换性也将大大提高。 当然，r f i d 技术还面临着很多有待解决的问题，主要有以下几个方面： 首先是标准问题。虽然，无线射频技术已经具有一些国家标准。但是我国的生产和 应用领域还没有统一的国家标准，这大大制约了r f i d 技术的发展。 其次是安全与隐私问题。在r f i d 技术的发展过程中，安全与隐私问题一直是r f i d 技术研究的重要课题。 最后是多样性与复杂性问题。由于用户需求的多样性与复杂性，导致很多应用领域 还处于摸索阶段，从而使公司的研发压力和成本更大。 1 3 2 全球定位系统( g p s ) 技术应用及发展前景 g p s 技术作为先进的测量手段和新的生产力，其具有全天候、高精度和自动测量等 特点，并且已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个领域。本文中，g p s 技术主要用于车辆定位，因此下面简单介绍g p s 技术在车载导航定位领域的发展前景。 近年来，随着人们生活水平的不断提高，汽车逐渐进入家庭，并成为生活必需品， 未来几年内汽车的增长速度还将会大幅上升。车载g p s 系统具有巨大的市场潜力和不 可估量的发展前景。据估计，国内汽车市场对g p s 系统的需求量，将以每年3 0 以上 的速度递增。车载g p s 的最大特点是兼具导航、定位、防盗等功能，在g p s 应用较为 普遍的北美、欧洲、日本等地，汽车导航销售额雄居各类g p s 市场之首。而我国车载 g p s 市场过去一直饱受技术应用、市场规模因素的瓶颈。随着这两年技术水平与产品成 熟程度的不断提高，特别是汽车市场的飞速发展，我国车载g p s 市场已经进入规模发 展的时期，未来国内车载g p s 市场前景相当好。相信随着与g p s 紧密相关的电子地图 的逐步完善，动态内容的不断丰富，g p s 的实用性将不断提高，其市场的容量会随着我 国汽车市场的发展而大幅度的增加。而动态导航将逐步取代静态占据主导地位。 来自国家统计局、慧聪网汽车研究所和中国汽车新网的统计数据显示，目前中国汽 车导航市场尚处于市场启动初期，初步估计其需求量约为5 5 万台，如果以每台4 0 0 0 元 的售价来算，3 至5 年后就可能会成为百亿元规模的市场。据统计，中国私人汽车的保 有量已经达到了4 5 0 0 多万辆。国务院发展研究中心预测显示，中国汽车保有量2 0 1 0 年 将达到5 6 6 9 万辆，2 0 2 0 年达到1 3 1 0 3 万辆。中国g p s 协会研究报告显示，到2 0 1 0 年， 汽车自主导航系统年销量将达到1 0 0 万台，保有量5 0 0 万台。 可以预见，车载g p s 市场的前景将日渐开阔。全球汽车市场的增长主要来自中国， 6 长安大学硕士学位论文 中国导航系统市场的快速发展对全球市场有举足轻重的影响。今后我国卫星导航车辆应 用将在以下几方面有所发展：车辆监控系统市场己开始出现大批量需求的倾向，其发展 的关键在于提高产品质量和应用服务，尤其应注重专业应用，为用户带来实际效益；多 种导航系统，特别是车载导航仪，已在技术、产品和服务及系统集成方面实现了突破， 并日趋成熟，有望在短时间内形成批量市场；与车辆应用系统同步发展起来的信息服务 产业在许多城市已全面展开，在今后几年内会成为产业发展的主力军之一；车辆导航与 监控合二为一的走向是产品发展的大方向；卫星导航车辆应用在中国会呈现出多样化的 趋势，并向深度和广度进军。 1 4 论文的研究内容 ( 1 ) 阐述行车安全保障集成信息系统的定义、组成及研究意义，通过对各主要技 术市场规模的分析，对各技术未来的发展趋势进行一定的预测； ( 2 ) 阐述行车安全保障集成信息系统的硬件组成； ( 3 ) 讨论行车安全保障集成系统软件平台的设计方案及嵌入式l i n u x 系统的移植； ( 4 ) 阐述嵌入式l i n u x 系统i o 编程的原理，研究基于g p r s 网络的s o c k e t 通信， 并完成相关应用程序的编写； ( 5 ) 阐述g p s 系统的基本概念、基本组成及基本定位原理，并遵循n m e a - 0 1 8 3 协议，完成g p s 模块数据接收和解析相关应用程序的编写； ( 6 ) 阐述r f i d 系统的基本概念、基本组成及防冲突算法，并遵循i s o1 8 0 0 0 6 b 协议，完成r f i d 模块应用程序的编写； ( 7 ) 完成系统应用程序的可视化编程，阐述嵌入式系统应用程序各种调试方法， 并对系统应用程序进行了g d b 调试。 7 第二章行车安全保障集成信息系统的硬件平台简介 第二章行车安全保障集成信息系统的硬件平台简介 本系统的硬件平台是广州友善之臂计算机科技有限公司生产的m i n i 2 4 4 0 开发板、 g r - 8 7 型的g p s 模块、s i m 3 0 0 型的g p r s 模块以及s k y e t e k 生产的m 9 无线射频模块， 总体结构如图2 1 所示。 2 1 嵌入式系统简介 图2 1 硬件总体结构图 i e e e ( 国际电机工程师协会) 对嵌入式系统的定义是“控制、监视或者辅助装置、 机器和设备运行的装置”( d e v i c e su s e dt oc o n t r o l ，m o n i t o r , o ra s s i s tt h eo p e r a t i o no f e q u i p m e n t , m a c h i n e r y o rp l a n t s ) 。目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以 计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功 耗严格要求的专用计算机系统。 嵌入式系统与普通计算机系统相比有以下几个特点： ( 1 ) 系统内核小。由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资源相对 有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。比如e n e a 公司的o s e 分布式系统，内 核只有5 k 。 ( 2 ) 专用性强。嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧 密，一般要针对硬件进行系统的移植，即使在同一品牌、同一系列的产品中也需要根据 8 长安大学硕士学位论文 系统硬件的变化和增减不断进行修改。同时针对不同的任务，往往需要对系统进行较大 更改，程序的编译下载也要与系统相结合。 ( 3 ) 系统精简。嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其 功能设计及实现上过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现系统安全。 ( 4 ) 高实时性的系统软件( o s ) 是嵌入式软件的基本要求。而且软件要求固态存 储，以提高速度；软件代码要求高质量和高可靠性。 ( 5 ) 嵌入式软件开发要想走向标准化，就必须使用多任务的操作系统。嵌入式系 统的应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行；但是为了合理地调度多任务、利用 系统资源、系统函数以及和专家库函数接口，用户必须自行选配l u d s ( r e a l - - t u n e o p e r a t i n gs y m e m ) 开发平台，这样才能保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时 间，保障软件质量。 ( 6 ) 嵌入式系统开发需要开发工具和环境。由于其本身不具备自主开发能力，即 使设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具 和环境才能进行开发，这些工具和环境一般是基于通用计算机上的软硬件设备以及各种 逻辑分析仪、混合信号示波器等。开发时往往有主机和目标机的概念，主机用于程序的 开发，目标机作为最后的执行机，开发时需要交替结合进行。 2 2 友善之臂m i n i 2 4 4 0 开发板 2 2 1 开发板的硬件资源 m i n i 2 4 4 0 开发板的p c b 采用沉金工艺的四层板设计，专业等长布线，保证关键信 号线的信号完整。该开发板具有以下硬件资源： ( 1 ) c p u 处理器，s a m s u n g s 3 c 2 4 4 0 a ，主频4 0 0 m h z ，最高5 3 3 m h z 。 ( 2 ) s d r a m 内存，6 4 m ，3 2 b i t 数据总线，s d r a m 时钟频率高达1 0 0 m h z 。 ( 3 ) n a n df l a s h 存储，2 5 6 m 。 ( 4 ) l c d 显示，板上集成4 线电阻式触摸屏接口，可以直接连接4 线电阻触摸屏； 标准配置为n e c2 5 6 k 色2 4 0 x 3 2 0 3 5 英寸t f t 真彩液晶屏，带触摸屏。 ( 5 ) 接口资源，1 个1 0 0 m 以太网r j 4 5 接口( 采用d m 9 0 0 0 网络芯片) ；3 个串 行口；1 个u s bh o s t ：1 个u s bs l a v eb 型接口；1 个s d 卡存储接口；1 路立体声音频 输出接口，l 路麦克风接口；1 个2 0 m m 间距1 0 针j t a g 接口等，接口布局图如图2 2 所示。 9 第二章行车安全保障集成信息系统的硬件平台简介 l c 隗口l c d 电压逢箨髓缱c m o s 疆豢头接口复位按麓龟恭开美 j t a g 援口系统息缆 用户控键罾烦豫入n o r n a n d 选择秀关 图2 2m i n i 2 4 4 0 开发板接口布局图 2 2 2 接口资源简介 1 、s d 洲存储系统v r m i 也4 4 0 使用了两片外接的3 2 mb y t e s 总共6 4 mb y t e s 的s d r a m 芯片( 型号为： h y 5 7 v 5 6 1 6 2 0 f t p ) ，一般称之为内存，它们并接在一起形成3 2 b i t 的总线数据宽度，这 样可以增加访问的速度；因为是并接，故它们都使用了n g c s 6 作为片选。图2 3 是 s d r a m 部分原理图。 2 、f l a s h 存储系统 m i n i 2 4 4 0 具备两种f l a s h ，一种是n o rf l a s h ，型号为s s t 3 9 v f l 6 0 l ( a m d 2 9 l v l 6 0 d 与此引脚兼容) ，大小为2 m b y t e ；另一种是n a n df l a s h ，型号为k 9 f 1 g 0 8 ，大小为1 2 8 m 。 $ 3 c 2 4 4 0 支持这两种f l a s h 启动系统，通过拨动开关s 2 ，可以选择从n o r 还是从n a n d 启动系统。图2 4 是f l a s h 存储系统的原理图。 1 0 长安大学硕士学位论文 l 虹涩 墨：u 哪 l 1 、t 1 ： 嚣 饼 茹 ：3 ： j “ = ： 聪 ： j 1 二 l 1 ”- ，：i dq； 。 t ： ：_ - w ：9 斟dq ie ：j l “3 。 5d 0 1 j 一1 ： l - 丑 “d辅 hl k e j - 、珏! ： ，d矿 n 1 _ 、j 一气 - o饕 罅d ：二。0 ： j l = m 二3 4 ，d。9 4 4 、o 抬 一k = 埘d 0 1 0 啦工= m ： j o 一k芏 nd 0 l 】 ? l 0 r ： i 越z 翻拍ll w ：二 土l ：d 0 王： ! o i ： ：! i 却x 骆 d 0 1 5 五 o d 0 1 ：，l d c l 虹础：l二ji 丑c 王= 五舶d q 芷 1 小黜 u 毗 挎k 勰 l 小蕊ij ，强l 二三r 主s d 0 扯商m 】l 正分= s l s 砒” d 】6l 讯 鬣缸m l s c 瑚盟髓、 x 监 l ， 墓 、唧 1 广 l 、墨矗、】 1 l 葛lv 皿 * 、 翟蕾 ， 暑 v 口蚴 1 “ 1 ： q 毒葶、1 犁 惦 蝤 嘞m 苹 4 9 q 奉霉韧单 譬 y 蹋 、d d 3 ，v l 旺穗芒：0 盘 工 m i c ：船 箬 饼 嚣 一j 二 i 点：暑辱 ： 2 d 甚 ：l ： ： ：s i 。艺3 靶：壬 n t ： ：9 l c = 、曼s3 0 船dqe sz ：曲 i ：墓。3 0 射d z 土： 二： z _ c ：j z l3 l d 。： - 。厅0t 射d ：l 誓： ：c k ：黜o 型 ，d矿 巧二o ：盟 l i 一w ” j d镡 ：l ：h t a = _ 4 l 主：& ：= ，d09 l ：二 ：土= l = 硪二譬 埘d 0 ! l ：土：土：5 越ld 0 1 1 z a ： 二。 l 越x ) 耻3 6惦l = 茁心 j 皿d 0 l ： 5 0l o t a l g i d e d 。b 二ll 二0 置矗o d 0 l i ) x =2 l：3l o ： 3 l j d 。址 l 水钉雌 u ) 麟 】，k黝 l 醇铊嫩强uk互结 础越珧 】?k 二 s l s 跹3 v 矗酗 1 6 k 怒 鬟缸傩 l 瓢：强jmz ge 3 v 鬟 1 嚣 v 锄 】 4 1 v 盈口y z 】 、淄】百d 0 0 * v 啦 ， 6 v 0 蚴 ， 】： q 嫁、1 ：d 掣 蛄 帕 t 礴2 黟荔 傍 q 露器拳 咒 v 踯 图2 3s d r a m 部分原理图 3 、电源系统及接口 i n 0 图2 4f l a i l 存储系统原理图 m i n i 2 4 4 0 本开发板的电源系统比较简单，直接使用外接的5 v 电源，通过降压芯片 产生整个系统所需要的三种电压：3 3 v 、1 8 v 、1 2 5 v 。图2 5 是电源系统的原理图。 l l 第二章行车安全保障集成信息系统的硬件平台简介 c 1 l l o e 1 v d d 3 n 协 h u x s 暑6 睫强a l l v d d l 2 5 v 图2 5 电源系统原理图 4 、复位系统 m i n i 2 4 4 0 开发板采用专业的复位芯片m a x 8 11 实现c p u 所需要的低电平复位，复 位原理如图2 6 所示。 图2 6 复位系统原理图 1 2 长安大学硕士学位论文 2 3 本章小结 本章对嵌入式系统的定义和特点进行了简单叙述，并对友善之臂m i n i 2 4 4 0 开发板的 硬件资源进行详细介绍。 第三章系统的软件总体设计方案及l i n u x 操作系统的移植 第三章系统的软件设计总体方案及l i n u x 操作系统的移植 软件系统的好坏直接导致设备工作的优劣，其组成如图3 1 所示。 长安大学硕士学位论文 组成。总的来说，系统的应用程序有g p s 数据接收、解析及发送应用程序和r f i d 数据 接收及发送应用程序两大功能部分。此两大应用程序设计流程如图3 2 和图3 - 3 所示。 图3 2g p s 数据接收、解析及发送流程图图3 3r f i d 数据接收接发送流程图 3 3 嵌入式操作系统的选择 嵌入式操作系统e o s ( e m b e d d e do p e r a t i n g s y s t e m ) 是一种用途广泛的系统软件， 过去它主要应用于工业控制和国防系统领域。e o s 负责嵌入系统的全部软、硬件资源的 分配、调度工作，控制协调并发活动。目前，已推出一些应用比较成功的e o s 产品系 列。随着i n t e m e t 技术的发展、信息家电的普及应用及e o s 的微型化和专业化，e o s 开 始从单一的弱功能向高专业化的强功能方向发展。嵌人式操作系统在系统实时高效性、 硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。 目前，常用的嵌入式操作系统有u c o s i i 、w m c e 、v x w o r k s 及l i n u x 。u c o s i i 操作系统最明显的特点是简洁与使用，并且其启动速度非常快，在a r m 9 中启动时间仅 为l s ，但是它在w i f i 等协议软件方面具有一定的局限性；w i n c e 操作系统与w m d o w s 一脉相承，具有丰富的资源及较好的继承性，但是其硬件成本比较高；v x w o r k s 操作系 统最明显的优点是较好的实时性和稳定性，但是它的授权费用比较高，一年的年费至少 4 7 2 5 0 美元；l i n u x 操作系统最大的应用价值是开源，而且其内核是比较稳定的，并且 支持较多的新微处理器、新驱动软件及新协议软件