（控制理论与控制工程专业论文）多功能车载终端系统的研究与实现.pdf

摘要 摘要 随着社会的快速发展以及人民生活水平的提高，汽车及其相关产业在整个 国民经济中的地位变得越来越重要。同时信息时代的到来，使人们在追求驾驶 舒适性、便利性的同时，更加重视信息的实时沟通以及随之而来的安全性问 题。从社会的角度来看，由于交通信息的分散性以及道路拥挤等情况的存在， 整个交通系统的效率提高受到了制约，车载终端系统便是在这种背景下逐渐发 展起来的。同时其功能也随着行车过程中各种需求的出现而变得越来越丰富。 针对实际行车过程中出现的一些问题，本文介绍了一个集成车载免提电话无 线数据连接模块、车载g p s 导航模块以及车载无线充电配件的多功能车载终端 系统。 免提电话无线数据连接模块基于g s m g p r s 通信模块m c 3 5 i ，设计硬件电 路及基于a t 命令集的控制软件，实现了免提通话及车载网上冲浪等功能。可 以在很大程度上减少行车过程中使用手机通话的危险，实现信息的实时沟通。 g p s 导航模块基于g p s 模块j p l 3 及e s u p e r m a p 开发平台，通过设计运行 于w i n d o w sc e n e t 操作系统上的导航控制软件，实现了电子地图显示及操 作、最优路径规划、g p s 信息接收以及实时模拟导航等功能，提高了行车效 率。 车载无线充电配件基于电磁感应原理，设计串联谐振电路，实现电能无接 触传输。为了减少空载损耗，采用r f i d 技术，检测负载的位置。仅对负载所 在位置的供电线圈供电，可以减少由于磁路不闭合造成的空载损耗大的问题， 提高系统效率。 本系统免提电话无线数据连接模块通过了震动、温度、e m c 等测试，其它 部分也运行正常稳定，达到了预期的效果。由于本系统可以提高行车安全性及 效率，因此有着广泛的应用前景。 关键词：车载终端，免提电话，导航，g p s ，无线充电 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fs o c i e t ya n di m p r o v e m e n to fp e o p l e sr i v i n g c o n d i t i o n s ，a u t o m o b i l ea n di t sr e l a t e di n d u s t r i e sh a v eb e e np l a y i n ga ni m p o r t a n tp a r t i nt h ed o m e s t i ce c o n o m y m e a n w h i l e ，t h ea r r i v a lo ft h ei n f o r m a t i o na g em a k e sp e o p l e p a ym o r ea t t e n t i o n so nt h er e a l t i m ec o m m u n i c a t i o no fi n f o r m a t i o na n dt h ed r i v i n g s a f e t y , a sw e l l a st h ed r i v i n gc o n v e n i e n c ea n dc o m f o r t t h e d i s p e r s i o n o f t r a n s p o r t a t i o ni n f o r m a t i o na n dt h ee x i s t e n c eo ft r a f f i cj a m sh a v eg r e a t l yr e s t r i c t e dt h e i m p r o v e m e n to fe f f i c i e n c yo ft h ew h o l et r a n s p o r t a t i o ns y s t e m a l lt h e s ea r et h e c o n t e x tf o rt h ed e v e l o p m e n to fv e h i c l et e r m i n a ls y s t e m ，o fw h i c ht h ef u n c t i o nh a s b e e ne n r i c h e db yt h ed e v e l o p m e n to fv e h i c l ee l e c t r o n i ct e c h n o l o g y am u l t i - f u n c t i o n a lv e h i c l et e r m i n a ls y s t e mi si n t r o d u c e di nt h i sp a p e rt os o l v es o m ep r o b l e m s o c c u r sw h e nd r i v i n g i tc o n s i s t so fam o d u l eo fh a n d f r e ep h o n e r e m o t ed a t aa c c e s s b a s e do ng p r s ，g p sb a s e dn a v i g a t i o nm o d u l ea n daw i r e l e s sc h a r g e r h a n d - f r e ep h o n ei sb a s e do ns i m e n s eg s m g p r sm o d u l em c 3 5 i ，a n d h a r d w a r ea n da tc o m m a n db a s e ds o f t w a r ea r ed e s i g n e dw h i c hm a k e si tm u c hs a f e r t oc a l lw h i l ed r i v i n ga n dt h er e a l t i m ea c c e s st ot h ei n t e r a c to nt h ev e h i c l et u r n si n t oa r e a l i t yd u e t ot h eg p r sb a s e dr e m o t ed a t aa c c e s sf u n c t i o n n a v i g a t i o nm o d u l ei sb a s e do ng p sm o d u l ej p l 3a n de s u p e r m a pg i sp l a t f o r m t h es o f t w a r ew h i c hw i l lr u no nt h ew i n d o w sc e n e tp l a t f o r mh a st h ef o l l o w i n g f u n c t i o n s ：e m a ps h o w i n ga n do p e r a t i o n s ，r o u t e so p t i m i z a t i o n , g p sp o s i t i o n i n g i n f o r m a t i o n so b t a i n i n ga n ds h o w i n g ，r e a la n ds i m u l a t e dn a v i g a t i o n ，e t c a l lt h e s e w i l lg r e a t l yi m p r o v et h ed r i v i n ge f f i c i e n c y t h ew i r e l e s sc h a r g e ri sb a s e do nt h ee l e c t r o m a g n e t i ca n das e r i e sr e s o n a n c e c i r c u i ti sa d d e dt om a k et h el o a dc h a r g e dw i t h o u tp h y s i c a lc o n n e c t i o n r f i dm o d u l e i su s e dt od e t e c tt h ee x i s t e n c eo ft h el o a dt or e d u c et h en o l o a dl o s s t h es u p p l i e rw i l l s t a r tt oc h a r g et h el o a do n l yw h e nt h el o a di si nt h ep o w e r i n ga r e a s y s t e m a t i c e f f i c i e n c yh a sb e e ni m p r o v e d t h eh a n d f l e ep h o n em o d u l eh a sp a s s e dt h et e s t so fv i b r a t i o n ，t e m p e r a t u r ea n d n a b s t r a c t e m c a l lo t h e rp a r t sw o r kw e l la n de x p e c t a t i o n sa r ew e l lm e t t h i sv e h i c l et e r m i n a l s u c c e s s f u l l ys o l v e ss e v e r a li s s u e so fd r i v i n g ，b yw h i c ht h es a f e t yi sg r e a t l ye n h a n c e d a n dt h ee f f i c i e n c yi si m p r o v e d i th a sa w i d e l yu s i n gv a l u e k e yw o r d s ：v e h i c l et e r m i n a ls y s t e m , h a n d - f r e ep h o n e ，n a v i g a t i o n , g p s ，w i r e l e s s c h a r g e r 1 1 1 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 支舻纣培 知1 年；月1 1 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名：州连礴 叫年多月1 日 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题研究的背景及意义 随着社会经济的快速发展及人民生活水平的提高，汽车逐步进入了普通人 的生活，汽车在整个经济及社会生活中的地位变的越来越重要。汽车的出现使 人们的出行日益方便而随意，但随着近些年城市规模的不断扩大，城市公路交 通系统变得越来越复杂，特别是车辆增长的速度已经远远高于道路和其他交通 设施的增长速度，由此带来的道路堵塞、交通事故及能源浪费现象在世界范围 内变的越来越严重。据美国运输统计局的预测结果，到2 0 2 0 年，美国每天的交 通事故将达到2 9 8 3 8 起，其中重大事故将达1 8 5 起，造成的经济损失每年将超 过1 5 0 0 亿美元。由于土地资源的严重制约，道路建设不能无限扩展，高速路里 程的增长速度仅为3 2 ，而私人车辆的旅行增长速度为8 6 6 ，堵车拥挤的状 况将日趋严重。在美国的重要城市每年由于交通拥挤而造成的浪费就己超过 4 7 5 亿美元，每年因交通拥挤浪费了多达1 4 3 5 亿升的燃料和2 7 亿工作小时 o i 。 因此在追求汽车舒适、方便、快捷的同时保证行车安全、效率，并满足用 户需求成为了汽车业发展的主要方向。在这种背景下，车载终端系统应运而 生。车载终端可以提供车辆的准确定位信息和车辆运行情况信息；接收或反馈 各种实时信息；提供影音娱乐等服务功能。同时由于汽车安全、娱乐、信息等 方面新需求的不断出现，车载终端将包含越来越多的新功能。 由于信息交流的重要性增加，行车过程中手机的使用已成为不可避免、且 较为普遍的现象，但从行车安全的角度来看，在行车过程中使用手机是非常危 险的，即便带上耳机。众所周知，交通事故使由于司机分神引起的。不久前， 美国科学家做了一次有关开车时持手机打电话分散驾车者注意力的模拟试验。 结果表明驾车持手机打电话导致驾车者的注意力下降2 0 ，如果通话内容重 要，驾车者的注意力甚至会下降3 0 。研究报告说，在已经发生的车祸中，属 于注意力不集中引起的占8 0 。而在差一点发生车祸的交通事件中，有6 5 都足由于丌车人的注意力不集中造成的。出于对行车安全的担忧，我国新的 第1 章：绪论 道路交通安全法明确禁止驾驶员在开车时使用手机进行电话通信。很多国 家的法律都明令禁止开车时使用手机或单手开车【3 l 。但国内外这方面的法律法 规并没有禁止驾车者使用免提电话进行通信，相反，越来越多新推出的高档轿 车装备了车载免提电话系统并作为其亮点之一，较好地解决了既安全行车又保 障通信这一难题。同时由于车载娱乐服务系统的发展，如无线上网、g p s 导 航、路况信息的反馈等服务的出现，无线网络数据传输逐步成为新的功能需 求。在这种背景条件下，车载免提语音及无线数据传输功能( 免提电话+ 无线 上网) 被逐步集成到汽车终端系统中。 车载导航技术也是一种新兴的技术。“导航”即引导车辆从一个地方正确 的行驶至另一个地方。车辆导航不仅要解决运动的目的性，还要考虑运动的安 全性及效率。在发达国家里，最近在改进汽车驾驶员路线跟踪潜力的商业性估 价中发现，非有效导航带来的浪费相当于车辆总行程的6 4 ，总时间的1 2 。 对于超出的行程，仅考虑汽车驾驶费、事故费和时间的价值，每年对个人和社 会所造成的费用估计为数百亿美元【1 l 。如果车辆配备有效的导航设备，可以综 合各种有用信息，使车辆选择最优的线路出行，可减少对道路能力的需求，改 善交通条件，节省巨大的交通经费开支。 对于车辆系统而言，精确、可靠的定位操作是先决条件。卫星导航是当前 常用的定位方式。与传统的导航系统相比，它具有覆盖面积大、不受气候的影 响、定位精度高等优点。g p s 是美国在2 0 世纪7 0 年代开始研制的第二代卫星 导航系统，具有高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、使用广泛等显 著特点，因而在海、陆、空移动物体的导航、制导、大地测量和工程测量的精 密定位、时间传递和运动物体的速度测量方面都获得了大量的应用。近年来， 微电子技术的迅速发展使得g p s 接收机的体积更小、价格更便宜、使用范围更 广泛；兼之美国于2 0 0 0 年5 月1 日取消了s a 政策，停止对民间用户精度的限 制，使得g p s 定位精度有了很大的提高【1 1 ，这些都大大激发了g p s 在民用领域 的发展，尤其是在车辆导航领域的发展。最近对车辆定位导航系统的研究结果 表明，g p s 定位技术在车辆定位导航领域中具有广阔的应用前景。 随着人们拥有的移动设备的逐渐增多，与之相关的配件系统逐步成为了车 载设备的一个发展方向。由于各种移动设备不可避免的都需要充电操作，而各 种设备的充电标准各不相同，近期“手机充电器标准的统一”政策的出台，促 使移动设备的充电标准的逐步统一。无线充电技术的出现，给此类充电设备的 第1 章绪论 统一提供了一种新的解决方案。用户仅需要将被充电设备( 如手机、m p 3 等) 放置于充电范围内，即可进行充电操作。由于其方便、灵活的特点，此技术将 会由很大的应用前景。 1 2 课题在国内外研究的研究现状 在车载免提电话方面，市场上主要有以下几种不同的实现形式： 1 低档次的车载免提装置。这种装置的电源使用点烟器直插式，其实就 是一个简单的音频放大器，将其传声器贴住手机的耳机处，当有电话来时，按 下届听键即可就行通话。最大缺点是音质比较差。目前市场上此类车载免提装 置比较多见，以国产品牌为主。 2 手机车载免提配件。某些高档手机提供选配车载免提配件，可与驾车者 自有手机匹配，这些配件一般采用固定电源，附件包括外置天线、分体式麦克 风，备有接收设备，当使用电话时能自动触动收音机静音开关，拄断后收音机 自动回复到播放状态。此种装置由于具有数字信号处理技术，通话质量好，使 用方便，真正实现了“上车是车载，下车是手机”的理念。目前市场上最新的产 品是西门子1 3 8 和摩托罗拉m a 2 2 8 8 ，这两款产品采用了全新的技术，解决了 以往简易车载免提配件使用过程中通话质量差的问题，但由于具有此类配件及 功能的手机种类较少，因此推广具有局限性。 3 蓝牙免提配件。当前很多手机均具有蓝牙接口，且蓝牙传输技术可以满 足语音通话的速率要求，因此很多汽车配件厂商开始设计基于蓝牙的免提配 件，这也逐渐成为一个新的研究热点。此类厂商希望一些主要手机生产厂商提 供电话簿蓝牙访问接口，使蓝牙免提配件可以访问电话簿，并以此实现电话拨 叫、接听功能，结合语音识别技术，使蓝牙免提电话成为可能。现有的蓝牙免 提电话配件仅具有接听功能，即简单的蓝牙耳机功能，具有拨号功能的方案的 设计正在进行中，如果成为现实，将极大的便利用户，降低车载免提电话的成 本。 4 专用汽车电话。属于汽车固定电话，直接安装汽车上。此类装置具有独 立的信号处理电路，类似车载的手机系统，并为汽车使用环境进行了专门的处 理、优化，通话效果比较好。缺点是用户必须另外购买电话卡，每次开车酊都 要将手机呼叫转接设置到汽车电话上。车载电话通常基于专用的通信模块 第1 章绪论 ( g p r s c d m a g s m ) ，由于此类通信模块通常支持无线数据传输( 无线上网 等) ，此类车载电话可以被作为车载信息服务的通信载体，具有较大的扩展应 用空间。 在车载导航领域，日本发展较早，8 0 年代后期，日本已经出现了拥有彩色 显示屏及c d r o m 的可存储数字地图无线通信技术的自主引导系统，此后随着 g p s 、语音识别、引导技术的发展，各式各样的导航产品被不断推向市场。到 1 9 9 5 年，此类产品在日本的总销量已超过1 2 0 万台1 5 1 1 6 1 。 从九十年代初期开始，我国车辆监控与调度系统应用走过了起伏而缓慢的 发展道路，经历了几起几落的艰难历程。由于当时市场尚未形成，产品并不完 全成熟，且当时通讯手段不够先进，无法满足系统定位信息交换的要求。目前 随着中国g p r s 网络、c d m a 网络的建成及美国国防部取消对g p s 的s a 政 策，为研制新的车辆导航系统提供了很好的技术基础i ”。 g p s 车载定位导航设备在国内的应用，从1 9 9 0 年就开始了，但直到2 0 0 1 年，才开始了高速增长和规模化发展。自2 0 0 1 年到现在，中国从事g p s 车载 产品和系统行业的从业企业已超过1 0 0 0 家，而且这个数字还在继续增长，体现 出这个行业在国内的热度和吸引力。从各种统计综合来看，2 0 0 3 年国内g p s 终 端销售量约为1 2 0 0 0 0 套，建成的系统约有1 5 m 2 0 0 个。 在车辆定位与监控系统的软件方面，做的较好的有法国的c a r mtn a t 车辆定位与调度系统，美国g e n e r a lm o t o r 公司研究实验室研制的t r a v t e k 车辆 定位与调度系统，日本s u m l l r o m o 电子公司研制的c r u i s e m a t e 汽车电子导航 系统，美国c o m r o a d 公司的t r a v e l p i o l t r g s 车辆定位与调度系统。在国内，有 灵图公司推出的s m a r t g p s ，超图公司推出的s u p e r m a p 产品等，这些系统在定 位与监控方面的共同特点是能提供精确、连续的车辆定位，同时定位与调度系 统的稳定性和可靠性也较高1 4 j 。 国外对无线充电技术的研究较早，s p l a s h p o w e r 已经推出了s p l a s h p a d 系列 产品，可以对多个被电设备进行无线充电操作。香港城市科技大学电子工程学 系也成功研制出了“无线电池充电平台”，通过低频电磁场进行充电，充电时 间与传统充电器无异【1 5 】。 4 第1 章绪论 1 2 课题研究的内容 车载终端系统是汽车电子系统的重要组成部分，且随着汽车技术信息技术 的发展，越来越多地功能会被集成到车载终端系统中去。本课题经过对国内外 相关信息的分析、调研，设计集成免提通话功能无线上网功能、g p s 导航功能 以及无线充电配件的车载终端系统。可以减少行车过程中手机通话的危险，提 高行车效率并为用户带来更多的便利。 本课题主要研究的内容包括： 1 基于g p r s 模块的车载免提通话无线数据连接模块的研制。主要包括系 统硬件电路设计，运行于w i n d o w sc e n e t 平台上的的用户操作软件设 计以及无线数据连接的实现。 2 车载g p s 导航模块的设计。包括g p s 接收器模块相关电路设计，以及 基于e s u p e r m a p 平台的导航软件的设计。主要功能包括：地图显示及操 作、g p s 定位信息采集、路径规划、真实模拟导航等。 3 无线充电配件的设计。主要基于电磁感应原理设计硬件电路，添加 r f i d 模块进行负载位置检测，以减少空载损耗，提高效率。 第2 章系统结构及开发环境 第2 章系统结构及开发环境 本车载终端系统是集成数字信息处理、无线通信、定位导航、嵌入式 g i s 、图像显示等多功能为一体的车载电子系统。车载终端可以给用户提供行 车安全、信息交流、视昕娱乐等方面的服务，同时随着新技术的不断出现，越 来越多的功能将被加入到车载终端系统中。 2 1 系统结构 本车载终端系统包括嵌入式计算机系统、车载导航系统、无线通信系统及 车载配件。系统以嵌入式计算机为运行平台，通过添加一定的硬件电路及相关 软件设计，完成车载导航、无线通信等功能。系统结构如图2 , 1 所示。 车载终端系统 儿 儿 儿儿 车载导航系统 嵌入式计算机系统ii 无线通信系统 i 车载配件 止l业止lj l 导 ，删寇1 免无 无线 g p sg i s l 提线 航通上 充电 系统 砒“豁磊i 话同 图2 1 车载终端系统结构图 1 嵌入式计算机系统 整个系统基于i n t e lp x a 2 5 5 开发平台及w i n d o w sc e n e t4 2 嵌入式操作系 统，具有丰富的外设计口及软件资源，可以很好的满足车载嵌入式计算应用的 需要。 平台基于i n t e lx s c a l ep x a 2 5 5 处理器，工作频率4 0 0 m h z 。集成6 4 m s d r a m ，3 2 mf l a s h ，支持w i n d o wc e n e t 和l i n u x 两种操作系统。强大的运 算能力、丰富的功能、优秀的人机交互能力使该系统可以很好的满足各种需 耍。 第2 章系统结构及开发环境 w i n d o w sc e n e t 为微软推出的一种应用在嵌入式系统环境下的操作系统。 w i n d o w sc e n e t 提供了与w i n d o w 相似的操作界面，以及丰富的b s p 接口资 源，用户可以通过p l a t f o r mb u i l d e r 方便的定制系统内核，并可以通过 e m b e d d e dv i s u a lc + + 进行用户程序的编写、编译，调试，极大的提高了嵌入式 系统的开发效率。 2 车载导航系统 本系统车载导航部分以s u p e r m a p 公司的e s u p e r a m p6 i s 组件为开发平 台，通过e m b e d d e dv i s u a lc + + 进行导航软件的开发，提供车载g p s 定位、电 子地图显示及导航功能等。 3 。无线通信系统 无线通信部分主要提供车载免提通话功能以及无线上网功能。采用 s i m e n s e 公司的i d c 3 5 i6 s m 6 p r s 无线通信模块，可实现免提通话及无线上网 功能。通过编写运行于w i n d o w sc e n e t 平台上的用户控制程序，可以实现与 m c 3 5 i 的通信，完成拨号、接听等功能，减少行车中通话的危险。由于w i n d o w c e n e t 平台提供了基于l i i c r o s o f ti n t e r n e te x p l o r e r 的i n t e r n e t 浏览器， 通过将m c 3 5 i 配置为标准调制解调器，即可以实现无线上网，给用户信息交流 提供了极大的便利。 4 车载无线充电配件 由于当前便携移动设备种类越来越多，不同设备的充电方式各不相同，本 系统提出了一种基于电磁感应和r f i d 技术的通用、简单的充电概念，可为车 主的移动设备提供一种方便的车载充电服务，且在其他领域具有很大的应用前 景。 2 2p x a 2 5 5 开发平台 p x a 2 5 5 开发平台基于i n t e lx s c a l ep x a 2 5 5 处理器。i n t e l 的x s c a l e 系 列处理器为一种全新的、高性价比、低功耗且基于a r m 的第五代体系架构一 a r m v 5 t e 体系结构的解决方案，兼容a r m v 5 t ei s a 指令集，支持1 6 位t h u m b 指 令和d s p 扩充。 p x a 2 5 5 丌发平台提供了丰富的接口功能。如集成音频、显示及触摸屏接 口，可以支持音、视频播放，图像显示等功能，实现友好的人机交互接口。此 7 第2 章系统结构及开发环境 外平台提供两路串行口输出，以及红外、u s bs l a v e 、p c m c i a 、c f 删c 等接 口，为外扩各种设备提供了便利。 开发平台提供了多种下载、调试接口形式，如串行口、j t a g 、以太网等。 开发板中主要芯片型号如下： 主处理器： i n t e lp x a 2 5 5 4 0 0 m h z 内存；s a m s u n g6 4 m b y t e f l a s h ：i n t e ls t r a t af l a s h3 2 m b y t e 以太网口驱动芯片：c s 8 9 0 0 al o b a s e t 音频驱动芯片： a c 9 7s t e r e oa u d i o 显示驱动芯片： l gt f tl c d6 4 触摸屏驱动芯片： a d s 7 8 4 3 红外驱动芯片： h d s l 3 6 0 0 用户可以通过串行口、j t a g 、以太网接口进行底层及上层程序调试、系统 镜相下载等操作。 2 3w i n d o w sc e n e t 操作系统 2 3 1 内核功能介绍 w i n d o w sc e n e t 是m i c r o s o f t 公司推出的一种嵌入式操作系统。w i n d o w s c e n e t 内核具有灵活的电源管理功能，包括睡眠模式、唤醒模式等。同时使用 对象存储技术，包括文件系统、注册表、数据库等。它还具有很多高性能、高 效率的操作系统特性，如换页存储、共享存储、交叉处理同步、支持大容量堆 ( h e a p ) 等l s 】i 。 w i n d o w sc e n e t 系统拥有很好的通信能力，支持多种连接形式。利用局域 网连接或拨号连接，可以与p c 和i n t e r n e t 进行通信。内嵌的集成调试接口， 使用户可以方便的通过u s b 、网络等连接方式进行底层及上层用户程序调试。 w i n d o w sc e n e t 的图形用户界面相当出色。他拥有基于m i c r o s o f t i n t e r n e te x p l o r e r 的i n t e r n e t 浏览器，此外，还支持t r u e t y p e 字体。开发 人员可以使用丰富灵活的控件库在w i n d o w sc e n e t 环境下为嵌入式应用建立 各种专门的图形用户界面。方便地利用e m b e d d e dv i s u a c + + 方便地丌发运行 第2 章系统结构及开发环境 于嵌入式终端上的图形界面设计。 w i n d o w sc e n e t 内置了多媒体功能，通过w i n d o w sm e d i a p l a y e r 可以播放 音乐，甚至视频。且支持c o m p a c tf 1 a s h m m c s d p c m c i a 等存储或接口格式， 通过扩充相应存储卡，即可以实现多种功能，例如网页浏览、无线接入或者增 加更大的存储空间等。 w i n d o w sc e n e t 是一个多任务的操作系统，其实就是w i n d o w s 的简化版 本，与我们熟悉的w i n d o w s 系统具有相似的操作界面、操作方式及配置界面。 操作简单、方便。其运行界面如图2 2 所示。 图2 2w i n d o w sc e n e t 运行界面 w i n d o w sc e n e t 为嵌入式系统的开发提供了极大的便利，具有实时操作系 统的各种功能，同时其完备的操作系统性能集，以及功能强大的开发环境，用 户可以根据系统需要，进行内核剪裁和订制。 2 , 3 2w i n d o w sc e n e t 特点 作为一种优秀的嵌入式实时操作系统，w i n d o w sc e n e t 具有如下特点： 1 占用资源少 w i n d o w sc e n e t 是专门面向嵌入式系统的。一个典型的w i n d o w sc e n e t 设备只需4 m b 到8 m b 的r o m 。最小的w i n d o w sc e n e t 大约5 0 0 k ，称作 “m i n k e r n ”。这样的一个操作系统可以处理所有内核任务，包括进程、线 9 第2 章系统结构及开发环境 程、象同步、读写注册表等。w i n d o w sc e n e t 支持唯一的编程接口w i n 3 2 a p t 。w i n d o w sc e 不支持v x d 和w d m 。 2 易于移植 在嵌入式系统内，使用的处理器的类型要远远多于p c 机( x 8 6 占了主要部 分) 。w i n d o w sc e n e t 的内核几乎完全是用c 语言写的，因此很容易移植到多 种不同的3 2 位微处理器中。w i n d o w sc e n e t 可以通过o e m 适配层进行调整， 并应用于任何硬件平台。o e m 适配层是位于内核和硬件之间的底层代码。这层 代码允许原始设备制造商( o e m ) 移植w i n d o w sc e n e t 到自己的目标平台。 3 模块化结构 w i n d o w sc e n e t 分成几个模块，四个主要的模块是内核、图形窗口事件、 文件系统和通讯模块。每个模块又分成多个组件，当定制w i n 4 0 w sc e 映像文 件时，可以选择模块中的一些组件。为了节省内存空间，部分w i n d o w sc e n e t 操作系统可以放在r o m 中，组件甚至可以直接在r o m 中执行，这个特点称为 x i p ( e x e c u t e i n p l a c e ) ，对于r o m 中的压缩组件，则必须先在r a m 中解压缩 后再执行。w i n d o w sc e3 0 后支持多个x i p 区，不同的r o m 段不需要位于连续 的内存中。 4 w i n 3 2 兼容 w i n d o w sc e n e t 重要的优点是它使用与w i n 9 8 和w i n 2 0 0 0 相同的w i n 3 2 编 程模式，只采用了适合自己需要的w i n 3 2 的子集。为了简化代码，调整和删除 了一些w i n 3 2 函数。w i n d o w sc e n e t 同时支持其他流行技术和库，例如m f c ， a t l 和嵌入式v b ，从而可以快速开发出适用性强的应用程序。 5 多种开发工具支持 w i n d o w sc e n e t 支持的开发工具包括：e m b e d d e dv i s u a ls t u d i oc + + 、 e m b e d d e dv i s u a ls t u d i ob 、平台构造器( p l a t f o r mb u i i d e r ) 和仿真平台等。 6 多种连接方式 w i n d o w sc e n e t 可以连接到桌式p c 进行数据同步，w i n d o w sc e n e t 支持 通过串口，并口，网线和红外线端口进行通讯。w i n d o w sc e n e t 通过以下的 a p i 实现多种通讯形式：w i n 3 2a p i 用于基本串口通讯；t a p i 和r a s 用于高级 串口通讯；以及t c p i p ，w i n s o c ka p i 、网络服务器、w i n l n e ta p i 等。 第2 章系统结构及开发环境 2 3 3w i n d o wc e n e t 开发流程 w i n d o w sc e n e t 的开发主要分为如下几部分： 1 内核定制 利用w i n d o w sc e n e t 提供的平台开发工具p l a t f o r mb u i l d e r ，这是 w i n d o w sc e n e t 的主要集成开发环境，通过这个工具，用户可以根据硬件配 置及系统软件功能需求，定制、剪裁出符合不同系统需求的w i n d o w sc e n e t 系统。p l a t f o r mb u i l d e r 提供了良好的开发界面，通过它可以方便地进行各 种内核定制操作 2 开发添加驱动程序( b s p ) l i n d o w sc e n e t 本身提供了丰富的驱动程序，对比较常见的c p u 及一些通 用的设备提供支持代码，以a m d 的c p o 为例，w i n d o w sc e n e t 就提供了声卡、 显卡等代码支持，但对于各种新出现的处理器及一些存储器接口，自带的驱动 程序并不能满足需要，或者没有对应的w i n d o w sc e n e t 下的驱动程序。例如 针对现有的基于a r m 的开发平台，用户需要自己编写底层驱动程序( 又名板级 支持包b s p ) ，或者利用a r mc p u 生产商提供的b s p 程序，通过p l a t f o r m b u i l d e r 完成底层驱动程序的开发操作。 3 s d k 生成 由于用户程序的编写，需要s d k 的支持，因此在定制完系统内核后，需要 通过p l a t f o r mb u i l d e r 生成自己的s k d ，然后安装至其他的开发环境中，然 后进行与s d k 的开发操作。 4 内核的下载及运行 内核定制完成后，利用p l a t f o r mb u i l d e r 编译并生成内核镜像文件，然 后下载至嵌入式平台上，并运行。 5 应用程序编写 由于w i n d o w sc e n e t 系统了丰富的用户编程接口，通过e m b e d d e d v i s u a lc + + 等开发软件可以进行图形界面、用户应用程序等开发工作，满足不 同系统的实际应用需要。 第2 章系统结构及开发环境 2 4 本章小结 本章主要介绍了整个车载终端系统的组成、结构，并针对所使用的嵌入式 开发平台p x a 2 5 5 以及嵌入式操作系统w i n d o w sc e n e t 进行了详细的介绍。嵌 入式硬件平台的选择以及嵌入式操作系统的搭建是整个系统的基础，在完成平 台选择及w i n d o w sc e n e t 内核编译及下载后，以下三个章节将主要集中介绍 本车载终端系统的其他功能：无线通讯模块、车载导航模块以及无线充电配 件。 第3 章车载无线通讯系统 第3 章车载无线通讯系统 随着信息技术的发展及人们对汽车舒适性、安全性的要求的提高，车载无 线通信系统已逐步成为汽车电子技术发展的新方向。由于信息交流的重要性增 加，行车过程中手机的使用已成为不可避免的现象，但从行车安全的角度来 看，在行车过程中是不允许手机的使用的。而车载电话可以很好的解决问题， 因此其逐渐成为汽车车载系统的一个重要组成部分。同时由于车载娱乐和信息 交互技术发展的需要，以及无线上网技术的逐步成熟，无线上网功能成为一种 潜在需求。在这种背景下，本章提出了一种集成免提通话及无线上网功能的无 线通信系统方案，并对其软、硬件系统设计及拨号上网配置进行了详细介绍。 3 1 硬件系统设计 3 1 1 结构及功能 本车载电话系统基于s i m e n s e 公司的g p r s 通信模块1 c 3 5 i ，添加必要的配 置电路，以及音频输入、输出处理电路，电源模块、功放模块，完成免提通话 及无线上网功能，并可以方便的连接至已有汽车影音娱乐系统中。系统结构如 图3 1 所示。 幽3 1 乍载免提电话结构幽 第3 章车载无线通讯系统 车载电话系统系统主要包括三个部分：g p r s 通讯部分、音频处理部分和电 源。 1 g s m g p r s 通讯部分 主要包括无线通信模块m c 3 5 i 、启动电路、s i m 卡接口电路、串行通讯接 口等配置电路。 2 音频处理部分 用于实现免提通话、听筒通话、音频切换、音频放大等功能。包括听筒输 入输出电路、麦克风输入电路、免提音频输出电路、音频切换电路、外部音频 输入电路、选通控制电路、功率放大器及扬声器等。 3 电源 由于车载电话系统常常被安置在汽车前端，靠近汽车发动机以及空调压缩 机等较强的干扰源，因此系统采用隔离电源供电，减少汽车环境中多种干扰而 对通话质量的影响。 车载电话系统主要功能如下： 1 通话功能 具有听筒模式、免提模式等工作模式。可以通过a t 命令对m c 3 5 i 进行模 式切换、增益设置等功能。其中免提模式中具有侧音消除功能，可以消除免提 通话中的回声问题，而且这种模式下，使用高分辨率的麦克风，最大拾音距离 可达0 5 米。 2 切换控制功能 支持通过上位机进行功放音频输入选择及其电源控制。为了使本无线通信 系统方便的插入到汽车已有音响系统中，添加音频切功能，使用户可以方便的 在汽车系统中原有音频输出( c o 、f m ) 与免提音频输出之间进行切换，同时可 以在空闲时切断功放模块的电源。 3 功率输出功能 系统集成功率输出模块( 功率放大器) ，可直接连接车载扬声器输出。 4 g p r s 上网功能 支持无线上网，最高传输速率：1 1 5 2 0 0 k b p s 。通过对w i n d o wc e n e t 进行 简单的配置，即可以通过i n t e r n e te x p l o r e r 进行网页浏览。 1 4 第3 章车载无线通讯系统 3 1 2g p r s 模块 本模块使用s i m e n s e 公司的m c 3 5 i 模块做为系统的g p r s 模块。m c 3 5 i 具有 语音通话及无线上网功能。支持永久在线、快速数字接入、高速g p r s 数据传 输等功能，完全可以满足本无线通信系统的需求。 m c 3 5 i 具有如下特性： 1 支持e g s m 9 0 0 和g s m l 8 0 0 双频。 2 采用g p r s 分时复用的c l a s s8 的标准。 3 小巧、轻薄的的设计。 4 支持数字、语音、短消息和传真。 5 提供s i m 应用工具箱。 6 经过r & t t e 的认证。 7 具有u a r t 输出接口，支持通过a t 指令的访问。 m c 3 5 i 内部结构如图3 2 所示。 图3 2m c 3 5 i 内部结构| 玺i 第3 章车载无线通讯系统 主要包括g s m 基带模块及g s m 射频模块。 1 g s m 基带模块 基带模块负责完成数据处理及储存，基带编码解码，声音编码及语音编 码。主要由以下基本分组成： ( 1 ) 工作在2 6 m h z 的g s m 控制器。 ( 2 ) 供电模块。 ( 3 ) 存储器。 ( 4 ) s i t a m 。 ( 5 ) 应用接口( z i f 4 0 ) 。 2 g s m 射频模块 射频模块主要完成射频接收、发射、频率合成、功率放大等功能。主要包 含如下功能模块： ( 1 ) 射频收发器。 ( 2 )射频功率放大模块。 ( 3 )天线接口。 3 1 3 各功能模块电路设计 1 m c 3 5 i 相关配置电路 ( 1 ) 复位电路 m c 3 5 i 对复位信号要求严格。复位信号电气特性如图3 3 所示。其中 b a t t + 为供电电源，i g t 为复位信号。 第3 章车载无线通讯系统 b a t t +