（计算机软件与理论专业论文）基于wince嵌入式车载智能终端设计.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 摘要 近年来，汽车行业高速发展，车载智能终端作为可选的车辆装备已经开始 慢慢普及，甚至有些汽车厂商开始将车载智能终端作为车辆必要的一部分。但 是，国内对于车载智能终端的开发还处于起步的阶段，相对落后于发达国家， 目前还没有一款真正集地理信息服务、无线上网、安全防盗为体的产品出现。 本论文尝试设计了一种基于w i n c e 的嵌入式车载智能终端，硬件方面以 广州致远公司的m a g i c a r m 2 7 0 为基础平台，扩展酒精传感器电路、g p s 模块、 g p r s 模块和u s b 摄像头构建成最终应用平台；软件方面完成了w i n c e 内核 的定制生成、流接口驱动程序的编写、w e b g i s 和安全防盗功能模块的设计， 基本上实现了地理信息服务、无线上网、安全防盗等功能。 其中地理信息服务功能采用的是w e b g i s 技术，较传统的g i s 有以下一些 优势：用户范围广泛、资源免费、平台无关、应用丰富等，w e b g i s 己经成为 当代g i s 最重要的发展方向。本次设计主要实现了电子卫星双地图的显示、定 位、缩放移动地图、地标标注、本地搜索、距离计算、行车路线导航等功能。 无线上网功能需要借助g p r s 模块，通过g p r s 网络与i m e m c t 进行通信， 尽管如今的g p r s 网络传输速率不尽如人意，但未来3 g 网络的高传输速率将 有效的解决这个难题。 安全防盗功能则为车主和车辆的安全保驾护航，通过实现酒精浓度采集功 能、电话求救功能、短消息求救功能、车辆追踪功能、防盗报警功能有效地保 障了车主和车辆的安全，避免了人员伤亡，车辆遭受破坏、盗窃、遗失等问题。 因此，车载智能终端的设计具有一定的研究意义和市场价值，有着较为广 阔的应用前景。 关键词：车载智能终端；w i n c e ；g p r s ；w e b g i s ；安全防盗； 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fa u t o m o b i l ei n d u s t r y , v e h i c l e i n t e l l i g e n tt e r m i n a lh a sb e e nb e c o m i n gm o r ea n dm o r ep o p u l a r s ot h a ts o m eo f a u t o m o b i l em a n u f a c t u r e r sh a v ec o n s i d e r e di ta sa l le s s e n t i a lp a r to fav e h i c l e h o w e v e r , t h er e s e a r c ho nv e h i c l ei n t e l l i g e n c et e r m i n a li ss t i l l i ni t si n i t i a ls t a g ei n o u rc o u n t r y , e v e nt h e r ei sc u r r e n t l yn os u c hap r o d u c tp r o v i d i n gt h e s ef u n c t i o n sl i k e g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns e r v i c e s ，w i r e l e s si n t e r n e ta c c e s s ，a n t i - t h e f ta l a r m i n g t h i sp a p e ra t t e m p t st od e s i g nak i n do fe m b e d d e d v e h i c l ei n t e l l i g e n tt e r m i n a l b a s e do nw i n c e f i r s t ，t h eh a r d w a r ep l a t f o r mc o n s i s t so fe x p a n d i n gg p sm o d u l e ， g p r sm o d u l ea n du s bc a m e r a ，u s i n gt h em a g i c a r m 2 7 0o fg u a n g , z h o uz h i y u a n c o m p a n ya st h eb a s i cp l a t f o r m s e c o n d l y , w cn e e dc u s t o m i z et h ek e r n e lo nw i n c e a n dp r o g r a mt h ea d cs t r e a mi n t e r f a c ed r i v e r a tl a s t ，t h ef u n c t i o n so fg e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns e r v i c e ，w i r e l e s si n t e r n e ta c c e s s ，a n t i - t h e f ta l a r m i n ga r eb a s i c a l l y a c h i e v e d a m o n g t h e s ef u n c t i o n s ，g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns e r v i c ea d o p t st h et e c h n i q u eo f w e b g i s ，w h i c hh a sm o r ea d v a n t a g e st h a nt h et r a d i t i o n a lg i s ，i n c l u d i n gw o r l d w i d e u s e r s ，f r e er e s o u r c e s ，i n d e p e n d e n tp l a t f o r m , r i c ha p p l i c a t i o ni n t e r f a c ea n ds o ，o n w e b g i si s b e c o m i n gt h ef u t u r eo fg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m t h ed e s i g n a c h i e v e sm a n yf u n c t i o n so nd u a lm a p s ( e l e c t r o n i cm a po rs a t e l l i t em a p ) i n c l u d i n g ： d i s p l a y i n g ，p o s i t i o n i n g , z o o m i n ga n dm o v i n g ，l a n d m a r kl a b e l i n g ，l o c a ls e a r c h ， d i s t a n c ec a l c u l a t i o n , g u i d a n c eo fr o a d w i r e l e s si n t e r n e ta c c e s sd e p e n d so nt h eu s eo fg p r sm o d u l e a l t h o u g ht h e t r a n s m i s s i o nr a t eo ft o d a y sg p r sn e t w o r ki sn o ts a t i s f y i n g ，t h ea d v e n to f3 g n e t w o r k sw i l ls o l v et h i sp r o b l e me f f e c t i v e l y a n t i t h e f ta l a r m i n gm o d u l ei sa n o t h e ri m p o r t a n tp a r ti nt h ed e s i g n , w h i c h p r o t e c t st h ed r i v e r sa n dv e h i c h l e s r e a l - t i m ea l c o h o la c q u i s i t i o n , c a l lh e l p ，m e s s a g e h e l p ，v e h i c l et r a c k i n ga sw e l la so t h e rf u n c t i o n sc a np r e v e n td r i v e r sa n dv e h i c l e s f r o md a m a g e ，t h e f ta n dl o s s t h e r e f o r e ，t h ed e s i g no fv e h i c l ei n t e l l i g e n tt e r m i n a lh a sb e e nw i t hap r o f o u n d s i g n i f i c a n c ea n dm a r k e tp r o s p e c t s k e y w o r d s ：v e h i c l ei n t e l l i g e n tt e r m i n a l ；w i n c e ；g p r s ；w e b g i s ； 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密匝使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名毒付 日期：? 。7 彩7 艚老师躲寸勿甙 日期：呷、g - f 9 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在 文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 勃毛 z 嗣6 j 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 引言 随着我国家庭拥有汽车的数量的不断增加，虽然给人们的生活带来了很多 的方便，但是同时也给使用者带来了不少的困惑。复杂的交通网络使人们遭遇 到出行的不便，无法准确了解周围的交通条件和自己的位置；频繁发生的交通 堵塞使人们浪费了不少宝贵的时间，不能通过娱乐的方式得到有效的放松；需 要服务时可能不了解周围设施场所的分布而难以得到需要的服务；离开车辆担 忧车辆以及车辆贵重物品的遗失；司机酒后驾车常常忽视潜在的安全隐患。 这些问题严重影响了经济的发展和人民的生活。然而嵌入式车载智能终端 的出现则是解决这些问题行之有效的方法。 1 2 国内外现状分析 全球发达国家在嵌入式车载智能终端方面已经非常成熟，目前已经形成了 日本、欧洲和北美三大市场，例如，2 0 0 2 年秋天，丰田公司与微软公司签署一 项协定，在丰田汽车上安装带有w i n d o w sc e 操作系统的车载终端系统，为顾 客提供“g b o o k 车载网络服务。有了这一项网络服务，驾车人可以在车里 完成下载音乐、网上购物、选择最佳行驶路线以及请求公路救援等功能。除了 丰田公司以外，宝马公司也在2 0 0 2 年9 月就推出了带有w i n d o w sc e 操作系统 的新型车。 然而国内对嵌入式车载智能终端的研究还处于起步的阶段，也有一些厂商 推出了自己的产品，但主要以地图导航仪居多，功能比较单一，集成度不高， 现在还没有一款真正集地理信息服务、无线上网和安全防盗为一体的产品出现， 与发达国家存在较大的差距。 尤其在地理信息服务方面，由于电子地图与消费电子技术的高度发展，使 得日本成为全球汽车地理信息服务普及率最高的国家。而在欧美等国，地理信 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 息服务也成为车辆中一个必不可少的组成部分。据日本一家研究机构统计，2 0 0 9 年日本的车载智能终端装车率高达7 0 ，欧美也达到了3 5 ，而在我国还处在 初级阶段，但是嵌入式车载智能终端在中国的应用发展势头迅猛，预计到2 0 0 9 年，车载智能终端将被消费者更加广泛的接受，产品价格也会逐步下降，市场 规模将不断扩大，2 0 0 9 年中国车载智能终端的销售额将接近1 0 0 亿元，成为全 球最大的车载智能终端市场【引。 1 3 本文的主要内容与论文结构 1 3 1 本文的主要工作内容 在汽车广泛应用的今天，车载智能终端作已经成为汽车的一个重要附加值， 重要性是十分显著的。本文的研究目的是设计一种集地理信息服务、无线上网、 安全防盗等功能为一体的终端平台。 本系统采用i n t e lx s c a l ep x a 2 7 0 的3 2 位高性能嵌入式处理器作为硬件核 心，w i n c e 操作系统为系统内核，p b ( p l a t f o r mb u i l d e r5 、e v c ( e m e b e d e d v i s u a lc + + ) 作为开发工具，主要研究以下的工作内容： 1 以m a g i c a r m 2 7 0 开发板为基础，扩展相关硬件，如：酒精传感器m q 3 ， g p s ( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ) 模块、g p r s ( g e n e r a lp a c k e t r a d i o s e r v i c e ) 模块、摄像头等构建最终的车载智能终端硬件开发平台。 2 b s p ( b o a r ds u p p o r tp a c k a g e ) 的开发研究，b s p 是w i n c e 操作系统以及 其它应用程序在硬件平台上运行的基础和关键，本文分析了b s p 包的 组成及开发流程，并实现a d c 流接口驱动程序。 3 利用p b ( p l a t f o r mb u i l d e r5 开发工具定制w i n c e 内核映像，完成 w i n c e 内核映像的编译和移植工作。 4 研究w e b g i s ( 万维网地理信息系统1 ，采用g p r s 无线上网的方式，实 现车载智能终端对电子卫星双地图的显示、定位、缩放移动地图、地 标标注、本地搜索、距离计算、行车路线导航等功能。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 5 研究酒精传感器m q 3 、模数转换芯片t l v l 5 4 3 c d w 、蜂呜器和l e d 灯，构建酒精浓度采集子模块。 6 研究g p s 模块、g p r s 模块、u s b 摄像头等，构建防盗追踪子模块。 7 对车载智能终端各个功能模块进行相应整合，测试性能效果。 1 3 2 论文结构 论文的文章结构为： 第一章介绍了车载智能终端的国内外现状，指出本次设计研究内容和意义。 第二章介绍了本次设计使用到的软硬件平台，分析这些软硬件开发平台的 特点和优势，为系统的实现提供技术支持。 第三章是对系统的整体设计，详细介绍了系统的整体结构组成，硬件平台 的搭建以及预期实现的应用功能。 第四章详细介绍了w i n d o w sc e n c t 内核的生成和b s p 的开发。其中内核生 成包含了内核定制、编译和加载，本次设计也专门定制了符合开发平台的 w i n d o w sc e n e t 内核。另外，b s p 开发介绍了流接口驱动程序的开发流程以及 a d c 流接口驱动程序的详细实现。 第五章详细介绍了w e b g i s 的设计，借鉴a j a x ( a s y n c h r o n o u sj a v a s c r i p ta n d x m l ) 技术，使用g o o g l em a p s 提供的a p i 进行客户端开发，通过与服务器端 的通信实现地理信息服务。 第六章是安全防盗功能模块的详细设计，是本次设计的重点。安全防盗功 能模块包含了两个子模块，其中酒精浓度采集子模块实现实时采集车内的酒精 浓度，如果超过设定的阈值则向车主发出警示信号。防盗追踪子模块则通过电 话求救、短消息求救、车辆追踪以及防盗报警功能确保车辆的安全。 第七章是测试与结果。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 第2 章系统软硬件平台概述 2 1ln t eix s c aiep x a 2 7 0 处理器介绍 p x a 2 7 0 处理器属于a r m 处理器。a r m ，既可以把它看做一个公司的名 字，也可以认为是对一系列微处理器的通称。 a r m 公司不具体制造产品，只向生产厂商出售芯片设计技术的授权。目前， 有3 0 多家半导体公司成为a r m 公司的合作伙伴，其中包括i n t e l 、i b m 、l g 半导体、n e c 、s o n y 、菲利浦和国民半导体这样的大公司。因此，基于a r m 技术的微处理器已经遍及工业控制、无线通信、消费电子、网络系统等各类市 场，占据了3 2 位r i s c 微处理器绝大多数的市场份额。 基于a r m 体系结构的处理器当前包括以下几个系列：a r m 7 、a r m 9 、 a r m 9 e 、a r m l 0 e 、s e c u r e c o r e 、a r m l l 、i n t e l 的x s c a l e 、s t r o n g a r m 。其中 本次设计采用的p x a 2 7 0 处理器就是i n t e l 公司开发的x s c a l e 系列的处理器。 p x a 2 7 0 处理器是比较高级的处理器，可在3 1 2 m h z 、4 1 6 m h z 、5 2 0 m h z 和 6 2 4 m h z 等不同的时钟频率下运行【1 1 。 p x a 2 7 0 处理器内置了i n t e l 的无线m m x 技术，能够显著的提升多媒体性 能，此外p x a 2 7 0 也包含了i n t e l 的s p e e d s t e p 技术，能够根据需要动态调节c p u 的性能，真正实现了低功耗，高性能。同其他x s c a l e 处理器一样，支持多种嵌 入式操作系统；如l i n u x 、w i n d o w sw i n c e 、n u c l e、等。 另外，在处理器内部结构上，主系统总线将 u s i palm内o核s、vxw控ork制sintelx s c a l el c d器、 u s b 主机控制器、d m a 控制器和存储控制器连接起来，其中存储控制器控制 处理器与各种外部存储器的通信，片内外设通过d m a 控制器与处理器通信。 p x a 2 7 0 处理器内部结构图如图2 1 所示： 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 图2 - 1p x a 2 7 0 处理器内部结构图 2 2u a g i c a r m 2 7 0 开发平台 本次使用的m a g i c a r m 2 7 0 开发平台由广州致远电子有限公司开发研制， 支持多种嵌入式操作系统，工作频率为5 2 0 m h z 。平台分为核心板和扩展板两 个部分，核心板和扩展板相互独立，便于与其他板子的复用。 核心板上配置了p x a 2 7 0 处理器、3 2 m 字节n o rf l a s h 、6 4 m 字节 s d r a m 、2 5 6 m 字节n a n df l a s h 和2 5 6 字节e 2 p r o m 。 扩展板配置了丰富的硬件资源，例如：6 4 0 * 4 8 0 的t f t 液晶屏、4 线电阻 式触摸屏、2 个扬声器、l e d 数码管、1 6 键矩阵键盘、蜂鸣器、电位器等等。 另外，扩展板集成了众多的外设接口，例如：1 0 1 0 0 m 自适应以太网接口、u s b 接e l 、a c 9 7 数字音频输入输出接口、p c m c i a 接口、s d m m c 卡接口、串口、 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 t a g 接口等等。m a g i c a r m 2 7 0 开发平台实物图如图2 - 2 所示 图2 - 2m a g i c a r m 2 7 0 开发平台实物图 2 3w i n d o w sc en e t 操作系统概述 2 3 1 什么是w i n d o w s 征n e t w m d o w sc e n e t 是一个抢先式多任务并具有强大通信能力的3 2 位嵌入式 操作系统，支持由x 8 6 ，p o w c r p c a r m ，m i p s ，s h 等多种c p u 构建的硬件平台， 是微软专门为信息设备、移动应用、消费类电子产品、嵌入式应用等非p c 领 域而从头设计的战略性操作系统产n n 。 3 s l 。 w i n d o w sc en e t 中的c e 包含了比较深刻的含义，其中c 代表了消费类 ( c o n s u m e r ) 、袖珍( c o m p a c t ) 、通信能力( c o n c c t j v 蝴和伴侣( c o m p a n m n ) ，e 则 代表了电子产品f e l e m o n j c s ) 。 微软公司早在1 9 9 6 就推出了w m d o w s c e n e t l 0 的版本，之后陆续推出 w i n d o w sc e n e t2 0 ，w i n d o w sc en e t30 ，w i n d o w sc e n e t4 0 ，w i n d o w s c e n e t 4 2 及w i n d o w s c e n e t5 0 等版本，目前最高版本是w i n d o w s c e n e t 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 6 0 。 而在w i n d o w sc e 后的“n e t ”技术又名为“n e tc o m p a c tf r a m e w o r k ， 顾名思义即精简型的n e tf r a m e w o r k ，是微软将近年来在桌面型操作系统 上n e t 架构技术运用在系统资源有限的嵌入式系统使用的结晶。 2 3 2win d o w s0 e n e t 的功能特点 作为一款优秀的嵌入式操作系统，主要具有以下功能特点【3 】： 1 多硬件平台的支持。w i n d o w sc e n e t 的通用性值得肯定，支持多种不 同c p u 搭建的硬件平台，包括a r m ，x 8 6 ，m i p s ，s h 等嵌入式领域 主流的c p u 结构。 2 高度模块化结构，系统可定制，可剪裁，用户可以根据自己的需要选 择相应的功能模块，容易操作，占用资源少，本次设计经过定制编译 出来的内核映像文件大小只有3 0 m 。 3 多任务的操作系统，可以同时执行多个任务，支持任务间来回切换。 4 不但支持传统的有线网络，还支挣各种无线网络，包括8 0 2 1 1 、蓝牙、 红外等。 5 图形用户界面相当出色，拥有基于m 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 浏览器和支持t r u et y p e 字体。同时，w i n d o w sc e n e t 内置了多媒体 功能，可以使用w i n d o w sm e d i ap l a y 播放音频文件和视频文件。 6 使用了对象存储技术，对象存储分为r a m 文件系统、注册表和c e 数 据库，使用对象存储完成管理栈和内存堆，按照需求压缩或展开文件， 无缝集成基于r a m 、r o m 的数据。 7 具有灵活的电源管理功能，包括睡, g 唤醒模式。 8 遵循w i n d o w s 平台的应用开发规范。w i n c e 提供了符合w i n d o w s 平 台标准的开发环境，它实现了w i n 3 2a p i 的一个子集，覆盖了大部分 的w i n 3 2 功能，同时还支持m f c 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 2 4w in d o w sc e n e t 的相关开发工具 微软在w i n d o w sc e n e t 产品的开发中提供了非常好的开发工具，其中 p b ( p l a t f o r mb u i l d e r ) 是定制平台的开发工具，e v c ( e m b e d d e dv i s u a lc + + ) 是应用 程序的开发工具。 2 4 1p la t f o r mb u 1d e r 5 0 介绍 p l a t f o r mb u i l d e r5 0 是微软公司提供的基于w i n c e n e t 平台下嵌入式操作 系统定制的集成开发环境，提供了所有进行设计、创建、编译、下载和测试 w i n c e n e t 操作系统平台的工具。开发人员可以通过交互式的环境来设计和定 制内核、选择系统特性，然后进行编译和测试。同时，还可以进行驱动程序开 发和应用程序项目的开发等等。 具体来说，p l a t f o r mb u i l d e r 5 0 提供的主要开发特性如下【3 】： 1 创建开发平台向导和b s p 开发向导：用来引导开发人员去创建一个新 的系统平台或b s p ( 板卡支持包) 。 2 目录：列出了可以用来定制一个平台的操作系统特性。 3 导出向导：可以向其他用户导出自定义的目录特性。 4 导出s d k 向导：用于导出一个定制的软件开发工具包( s d k ) 。 5 依赖性检查：能保证支撑一个平台的所需特性可以被包含到操作系统镜 像中来。 6 w i n d o w sc et e s tk i t ( 测试工具包) ：用于驱动程序的测试。 7 内核测试器：用于测试一个定制的操作系统镜像。 8 应用程序测试器：用于在一个定制的操作系统镜像上测试应用程序。 9 仿真器( e m u l a t o r ) ：允许用户在开发工作站上对平台和应用程序进行测 试，简化了系统开发流程，缩短了开发时间。 1 0 远程工具：可执行同基于w i n d o w sc e n e t 的目标设备有关的各种测试 任务和信息收集任务。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 2 4 2e m b e d d e dv i s u a l 叶介绍 e m b e d d e dv i s u a lc + + ( e v c ) 是微软公司提供的开发嵌入式应用软件的平 台，它是v i s u a lc + + 的子集，e v c 和w i n d o w s 下的v c 在界面、语法和开发 流程基本一样，e v c 的编程也是w i n 3 2 的编程，支持w i n 3 2 a p i 中的大部分 函数，熟悉v c 的人很快就会使用e v c 进行开发。 e v c 和p l a t f o r mb u i l d e r 的不同之处在于：p l a t f o r mb u i l d e r 针对的是操作 系统的定制，编译目标是整个o s 的内核，虽然p l a t f o r mb u i l d e r 也能开发应 用程序，但是这些应用程序是作为整个系统的一部分而存在，编译时还是以一 个操作系统为单位；e v c 针对的是应用软件开发，特定操作系统的s d k 就已 经为它提供了系统的运行环境，因此它编译的单位是一个应用程序。因此，针 对于应用程序的开发、编译和测试，在e v c 中完成往往是高效的、合理的。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1o 页 第3 章系统整体设计 3 1 系统的整体结构 本系统的设计包括三大方面，首先是硬件开发平台的搭建，其次是w i n c e 操作系统的b s p 开发实现，最后是软件应用程序的开发，而软件应用程序的开 发又主要包括两大功能模块，分别是w e b g i s 功能模块，安全防盗功能模块。 w e b g i s 功能模块是通过g p r s 无线网络连接的地理信息系统，用于满足 用户在地理信息服务的需求，包括多种地图类型的显示、定位、缩放移动地图、 地标标注、本地搜索、距离计算、行车路线导航等等。 安全防盗功能模块用于确保车辆和车主的安全，避免人员伤亡、破坏、盗 窃和遗失行为的发生。其中又细分为二个子模块，分别是酒精浓度采集子模块、 防盗追踪子模块。系统的总体结构框图如图3 - 1 所示： 薹墓篙il 翥鑫霪羹il 影音娱乐i无线上网i 功能模块l 一。一一i -jr-i-_-_。-_-一 w i n d o w sc e n e t 操作系统 引导程序( b o o t l o a d e - r ) m a g i c a r m2 7 0 开发平台 图3 - 1 系统总体结构框图 3 2 系统的硬件构建 本次设计对硬件平台性能要求较高，主要有以下几个方面：强大的c p u 处理运算能力；强大的数据存储能力；强大的显示能力，提供带触摸屏的 西南交通大学硕士研究生学位论文第”页 l c d ；能提供多种外设接口；具有高性能、低功耗、小尺寸、易于升级等 特点；具有较大的兼容性和扩展性；便于程序的测试和内核的下载。 经考虑采用m a g i c a r m 2 7 0 开发平台，它是以i n t e lx s c a l ep x a 2 7 0 处理器 为核心，并在其基础上配备了丰富的硬件资源，但本次设计使用到的硬件资源 只包括带触摸屏的液晶显示屏、s d r a m 、n o r f l a s h 、n a n d f l a s h 、r s 2 3 2 串口、 a d c 、u s b 接口、j t a g 接口等。其中n o r f h s h 用于装载b o o t l o a d e r ，主要负 责系统硬件的初始化和操作系统的引导，当操作系统被装载到s d r a m 中之后， 将系统控制权交给操作系统；n a n d f l a s h 用于存储操作系统内核镜像、文件系 统和大量的数据图象；带触摸屏的液晶显示屏用于人机交互；a d c 用于与酒精 传感器电路相连；u s b 接口用于连接摄像头和主机通信； 仅仅依靠m a g i c a r m 2 7 0 开发平台提供的硬件资源，还不足以满足系统需 求，需要扩展一些外设，例如：第一个需要连接g p s 模块，得到位置信息，第 二个需要连接g p r s 模块，以无线的方式进行数据传输。第三个需要连接u s b 摄象头，用于获取图像数据。最后需要扩展酒精传感器电路，用于将变化的酒 精浓度转换为变化的电压模拟量。系统的整个硬件平台结构图如图3 2 所示： 上t 1 i k j j 、一f 。l 、l t - ，vi jl n a 措仆 触摸屏刮触摸屏接口 u a r t o 、 t f r 真彩 u a r t lg p r s 模块 l c d 一l c d 棒口 i n t e l u _ _ s b - h o s t if u s b 摄像头 i 扬声器卜- 叫音频接口 x - s c a l e u s b - d e v i c e i ， 与主机通信 f l a s h p x a 2 7 0 柚c i l 黼 s d r a m 外部存储器 接口控制 s d 卡 j t a g f _ f 调试接口 图3 - 2 硬件平台结构图 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 3 3 系统的软件组成 系统的软件部分主要由b s p ( 板极支持包) 、w i n d o w sc e n e t 操作系统和上 层的应用软件组成。本次设计，b s p 层的工作主要是实现了a d c 流接口驱动 程序；操作系统层实现了w i n d o w sc e n e t 内核的生成；上层应用层则主要实 现w e b g i s 和安全防盗两大功能模块，包含的功能如图3 3 所示： 图3 2 3 应用层的实现功能 本次设计使用的w e b g i s 来源于g o o g l em a p s ，g o o g l em a p s 提供了可以免 费使用的空间数据库和属性数据库资源，其中空间数据库主要是地图资源，属 性数据库主要包含了地标数据库、地标图片和服务信息数据库、路径数据库、 g p s 信息数据库等。因此，我们将精力主要集中在客户端的开发，使用g o o g l e m a p s 提供的a p i 几乎可以完成用户各种各样的需求。 w e b g i s 功能模块工作原理图如图3 4 所示，首先通过p p p 拨号上网，拨号 成功后用户通过浏览器发起请求，通过g p r s 网络以无线的方式将请求传送给 位于i n t e r n e t 网络上的g o o g l em a p s 后台服务器，经过服务器处理后再将响应 的数据传送回车载智能终端。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 图3 - 4w c b g i s 功能模块工作原理图 安全防盗功能模块工作原理图如图3 - 5 所示车载终端、车主和求救中心 是本模块三个重要的主体成员，三者之间也是通过g p r s 无线的方式创建通信 链路。首先，车载终端本地实现酒精浓度的采集和防盗报警功能。其次，车主 利用车载终端向求救中心发出电话和短消息求救。最后，当车辆遗失的时候， 车主可吼对车载终端远程控制，追踪遗失的车辆。 图3 安全防盗功能模块工作原理图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 第4 章w in d o w sc e n e t 内核与b s p 构建 通过p l a t f o r mb u i l d e r 开发工具可以在特性目录区添加操作系统的可选特 性，可添加的特性包括b s p 、c o r eo s 和一些外围设备驱动程序等等。对于不 被支持的硬件设备，只能进行b s p 的开发。 4 1 内核生成 w i n d o w sc e n e t 并不是一个普遍的安装版操作系统，具有可移植、可定制、 可裁剪的特点，在形形色色的嵌入式硬件设备世界里，款c e 系统通常只会 针对某一种硬件平台生成。因此本系统需要添加必要的组件进行编译，然后再 将编译好的内核文件移植到开发平台上去。通过p l a t f o r mb u i l d e r 开发工具可以 进行内核定制、编译、下载和测试。 4 1 1 内核定制 在编译内核镜像前， 需要添加特性目录( c a t a l o g ) 的些组件来定制内核， 本系统需要添加以下的组件： ( 1 ) 添加d m 9 0 0 0 以太网驱动 ( 2 ) 添加u s b 主控制器驱动 ( 3 ) 添加u s b 从控制器驱动( 建立与p c 机的a c t i v e s y n c 连接需要此特性) ( 4 ) 添加串口驱动 ( 5 ) 添加触摸屏驱动 ( 6 ) 添加i e6 0 浏览器 ( 7 ) 添加网络应用程序( t ap i n g 、i p c o n f i g 、r o u t e 等应用程序命令及网络连接共 享和远程网络管理用户接口) ( 8 ) 添加拨号网络组件 ( 9 ) 添加f a t 文件系统 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 ( 1 0 ) ) ) f l x , 对h i v e 注册表的支持 ( 11 ) ) j t l x , 对m e d i a p l a y e r 播放器 ( 1 2 ) 加入对本地存储器中的m p 3 和w m a 文件播放的支持 ( 1 3 ) 力n x , 对视频m p e g 1 播放的支持 4 1 2 内核编译和下载 完成内核定制后，需要编译并生成所定制w i n c e n e t 操作系统的镜像文 件，这个过程主要分为4 个阶到3 】： ( 1 ) c e s y s g e n 阶段 这一阶段主要将在生成过程中使用的所有头文件、用于生成d l l 的d e f 文件以及其他文件挑选出来，该过程将删除没有在操作系统镜像工程中选择的 系统组件，经过处理的头和库随后用于生成特定平台的s d k 。 ( 2 ) b s p 阶段 这一阶段将编译和链接图形、窗口和事件子系统( o w e s ) 、内核、o e m 适 配层( o 朋l ) 以及设备驱动程序等。该阶段使用了一组特殊文件，它们确定了需 要编译和链接什么。d i r s 文件用于定义在哪里查找要生成的内容。s o u r c e s 文件定义了要生成什么和如何生成。 ( 3 ) b u i l d r e l 阶段 这一阶段从多个位置取得文件、数据、配置和可执行文件模块，并将它们 复s r j 蛰jm a k e 映像阶段的发布目录( 。flatreleasedir)中 ( 4 ) m a k e i m g 阶段 这是生成过程的最后个阶段，它将合并所有不同的配置文件，为可执行 文件模块和d l l 模块替换为所指定的语言资源，最后m a k e i m g 将运行 r o m i m a g e 工具映像将链接所有可执行文件，为平台生成最终的r o m 映像 文件。 编译成功后会在r e l e a s e 目录( $ f l a t r e l e a s e d i r ) t 会生成两个内核映像 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 文件：n k b i n 和n i c n b 0 。其中n i c b i n 为压缩映像，n k n b o 为未压缩映像。 压缩的内核映像必须经过解压缩后才能运行，因此选择下载的内核映像为 n k n b 0 。如果想将内核镜像文件n k n b 0 下载到开发平台，则需要借助 b o o t l o a d e r 。 b o o t l o a d e r 简单来说就是在系统上电之后运行的一段小程序，负责初始化 硬件设备，将操作系统镜像下载到f l a s h 中，然后将f l a s h 中的操作系统镜 像装载到r a m 中，从而使操作系统运行起来。本系统使用的b o o t l o a d e r 与其 他的b o o t l o a d e r 不同，它嵌入了文件系统，可以利用配置文件而不是通过物理 地址引导系统启动。另外b o o t l o a d e r 封装了一个精巧的f t p s e r v e r ，通过普通 的f f p 软件即可将系统镜像文件下载到开发平台。 烧写b o o t l o a d e r 的具体操作方法是将二进制文件z i g 拷贝到b o o t b i nj f l a s h 目录下，通过j t a g 接e 1 使用j f l a s h m r np x a 2 7 0z i g _ b o o t b i n 命令进行烧写。烧 写成功后，连接上串口线和网线，运行b o o t l o a d e r ，进入命令行模式，设置好 目标机的i p 地址和子网掩码( 确保p c 机的i p 地址与目标机的i p 地址在同个 网段、l ，然后运行t c p s t a r t 和f l p s t a r t ，启动b o o t l o a d e r 的f 1 p 服务。这时，可以 通过p c 机的f t p 软件将生成的系统镜像文件n k n b 0 传送给目标机。 一旦完成了平台定制，就可以使用p l a t f o r mb u i l d e r 提供的导出s d k 工具， 为应用程序导出一个定制的s d k ，此s d k 可以安装在m i c r o s o f te m b e d d e d v i s u a lc + + 4 0 上进行应用程序的开发，并在特定的硬件平台上进行测试1 2 0 1 。 4 2b s p 结构 b s p 是介于主板硬件和操作系统之间的一层软件系统，将操作系统核心功 能与具体的硬件平台区分开，实现系统可移植性。b s p 主要由4 个部分构成： o e m 抽象层( o 札) 、引导程序( b o o t l o a d e r ) 、设备驱动程序和配置文件。它们 之间关系如图4 - 1 所示： 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 o e m 抽象层 g p d r 0i _ ( s c l k ld a t iic sa d c ) ； g _ _ p p i o r e g s g p d r 0 = ( - d a t o ) ； g _ p p l o r e g s 一 g a f r o _ - l = 0 x c 3 f f f f f f ； g _ _ p p i o r e g s g a f r 0 - - u = 0 x f f f f c f 3 f ； 2 a d ci o c o n t r o l 函数：负责驱动程序i o 请求。 这是流驱动程序中非常关键的一个函数，这个函数用于向设备发送 一个命令，告诉设备应该完成什么样的操作。应用程序可以使用 d e v i c e l o c o n t r o l 函数来通知操作