（计算机应用技术专业论文）基于pda的gps定位监控系统.pdf

北京邮电走学硕士论文 基于p d a 的g p s 定位监控系统 摘要 随着g p s 定位系统的快速发展，无线通信方式的多样化， 消费类电子产品和各种移动终端的层出不穷，g p s 定位系统已经 越来越往小型化发展，更深入的进入了人们的日常生活中，其所 提供的各种定位服务，与其他服务之间的捆绑服务，已经有越来 越多人使用。 本文在此基础上着重就小型化的g p s 定位系统，基于p d a 的g p s 定位监控系统进行了阐述和讨论。首先介绍了g p s 的发 展历史、原理、应用。之后就围绕此课题进行了详述，从系统设 计目标、系统设计原则、系统设计思想，其中包括软硬件设计思 想，系统总体结构方面首先进行了系统设计上的概述。然后针对 基于p d a 的g p s 定位监控系统系统框架、移动定位终端c f 接 口下的软硬件设计框架进行了叙述。从整体上建立起了此系统的 原理设计框架，以及移动定位终端c f 接口开发软硬件原理框架。 之后就进入了具体设计分析，分别从硬件和软件两个方面进行了 分析，硬件方面首先对一些使用的主要芯片进行了介绍， g p s 2 0 2 0 模块，o x f o r dc f 9 5 0 芯片等芯片，然后从原理图设计 到p c b 图的设计，一一进行了分析，原理图设计中主要针对芯 片的使用情况和电路设计原理进行了分析，p c b 图设计中主要针 对p c b 图设计中要注意的高频干扰、布局、布线和一些特殊信 号处理、电源和地的处理等方面进行了详细的分析，原理图和 p c b 图都给出了具体设计图。软件方面主要是围绕w i n d o w sc e 操作系统下的驱动开发和与c f 接口有关的c i s 配置两方面来分 析论述的。驱动和c i s 都是为硬件设计服务的，最终都是使p d a 通过c f 接口能够识别外接设备。w i n d o w sc e 操作下的驱动开 发，本文从w i n d o w sc e 操作系统方面、驱动开发模式分类、所 采用的流接口驱动模式方面一一做了详细介绍，还有针对性地对 流接口驱动开发d l l 文件的设计模块进行了详细分析，包括实 现的函数模块和具体设计时流程和问题。对于c i s 的配置的介 绍，本文从其组成的基本单元t u p l e 的角度介绍，各种不同的t u p l e 从它的结构到在c i s 中的位置一一做了介绍。最后针对设计开发 北京邮电大学硕士论文 中遇到的问题，对此系统进一步开发的展望进行了论述。 关键词：g p s 、c f 接口、w i n d o w sc e 、驱动开发、硫接口驱动、 c i s 些查塑皇苎主堡主堡查 g p sl o c a t i n ga n d m o n i t o r i g n s y s t e mb a s e do np d a a b s t r a c t b y t h er a p i dd e v e l o p m e n to fg p s s y s t e m ，t h em o d eo fw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o nb e i n gm o r ea n dm o r e ，a n da l s ov a r i o u se l e c t r o n i c p r o d u c t si nt h em a r k e t ，g p sl o c a t i n gs y s t e mb e g i nd e v e l o p i n gt o m o r el i t t ea n d c o n t r a c t i o n ，g o i n gd e e pi n t op e o p l e sl i f e ，a tt h es a m e t i m et h es e r v i c ea n dt h eb i n d i n gs e r v i c ei t o f f o r da r ea l s ou s e db y m o r ea n dm o r e p e o p l e 。 i nt h i s p a p e r ，e m p h a s i s o nt h em i n i a t u r i z a t i o ng p sl o c a t i n g s y s t e m ，t h eg p sl o c a t i n ga n dm o n i t o r i n gs y s t e mb a s eo n p d a f i r s t ， i n t r o d u c et h e h i s t o r y ，p r i n c i p l e ，a n da p p l i c a t i o n o fg p s t h e n a r o u n dt h et a s kb e g i nd e t a i ld e p i c t i o n i n c l u d i n gt h es y s t e md e s i g n d e s t i n a t i o n ，s y s t e md e s i g np r i n c i p l e ，s y s t e md e s i g nt h o u g h t ，i n s y s t e md e s i g nt h o u g h t ，i n v o l v eo fs o f t w a r ea n dh a r d w a r ed e s i g n t h o u g h t ，a n ds y s t e md e s i g nf r a m e t h e na i m i n go nt h eg p s l o c a t i n g s y s t e mb a s e do np d a d i s c u s s e st h es y s t e mf r a m e ，t h es o f t w a r ea n d h a r d w a r ef r a m eb a s e do nt h ec fi n t e r f a c e f r o mt h e s ec o n t e n t ，b u i l t t h ew h o l es y s t e md e s i g nf r a m e a n dt h e nb e g i nt h ed e t a i l d e s i g n a n a l y s i s ，a l s o f r o mh a r d w a r ea n ds o f t w a r e t oh a r d w a r e d e s i g n ， i n t r o d u c es o m em a i nc h i p ，f o re x a m p l e ，g p s 2 0 2 0m o d u l e ，o x f o r d c f 9 5 0 ，a n dt h e nd i s c u s s e st h es c h e m a t i cp i c t u r et op c b ，a n a l y z e t h e m i ns c h e m a t i c p i c t u r e ，a n a l y z et h em a i nc h i pu s i n gm e t h o da n d t h ec i r c u i t d e s i g nt h o u g h t i n p c b d e s i g n ，a n a l y z e t h e h i g h f r e q u e n c yi n t e r f e r e n c e ，l a y o u t ，p u tl i n e ，s p e c i f i cs i g n a l ，v c ca n d g n dt h er e l a t e dq u e s t i o n s a n di nt h ep a p e ra l s og i v et h es c h e m a t i c a n dp c bp i c t u r e t ot h es o f t w a r e a s p e c t ，m a i na r o u dt h e d r i v e r d e v e l o p i n gu n d e rw i n d o w sc eo sa n dt h ec i so f c fi n t e r f a c et o a n a l y z e d r i v e ra n dc i sa l l s e r v ef o rh a r d w a r e ，a i mt op d aa c c e s s t h ep e r i p h e r a le q u i p m e n t t ou n d e rw i n d o w sc eo s d e v e l o p i n g t h e d r i v e r ，i nt h i sp a p e r ，d i s c u s st h ew i n d o w sc eo sa n dt h em o d eo f d r i v e ra n du s e dt h em o d eo fs t r e a mi n t e r f a e ed r i v e r ，a n da l s o r n 些查塑苎苎兰塑主堕查 一 一 i n t r o d u c ee a c ha c t u a l i z i n gp a r t o fs t r e a mi n t e r f a c ed r i v e r ，a n d o t h e r i n v o l v i n gq u e s t i o n s t oc i s ，m a i n l y n a r r a t ee a c h t u p l e s f r a m ew h i c hi st h ee l e m e n to fc i s t h el a s t ，i nt h i sp a p e r ，d i s c u s s t h em a i np r o b l e mm e e t i n gi n t h et a s ka n dt h ee v o l u t i o no ft h e s y s t e m k e yw o r d s ：g p s ，c fi n t e r f a c e ，w i n d o w s c eo s ，d r i v e r d e v e l o p i n g ，s t r e a mi n t e r f a c ed r i v e r ，c i s v 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名 耳纽剑l 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名 导师签名缝 参始l 日期 日期 m ，1 魂 进= ! 蕴 北京邮电大擘硕士论文 第1 章g f s 系统简介反发展压用概况 第1 章g p s 系统简介及发展应用概况 g p s 即全球定位系统( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ) 是美国从本世纪7 0 年代开始研制，历时2 0 年，耗资2 0 0 亿美元，于1 9 9 4 年全面建成，具有 在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定 位系统。 1 1g p s 系统发展历史及基本组成 全球定位系统( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ) 是美国第二代卫星导航系 统。是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起柬的，它采纳了予午仪系统 的成功经验。和子午仪系统一样，全球定位系统由空间部分、地面监控部 分和用户接收机三大部分组成。按目前的方案，全球定位系统的空间部分 使用2 4 颗高度约2 0 2 万千米的卫星组成卫星星座。2 1 + 3 颗卫星均为近圆 形轨道，运行周期约为i l 小时5 8 分，分布在六个轨道面上( 每轨道面四 颗) ，轨道倾角为5 5 度。卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间 都可以观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形 ( d o p ) 。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。地面监控部分包括 四个监控站、一个上行注入站和一个主控站。监控站设有g p s 用户接收机、 原子钟、收集当地气象数据的传感器和进行数据初步处理的计算机。监控 站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。主控站设 在范登堡空军基地。它对地面监控部实行全面控制。主控站主要任务是收 集各监控站对g p s 卫星的全部观测数据，利用这些数据计算每颗g p s 卫 星的轨道和卫星钟改正值。上行注入站也设在范登堡空军基地。它的任务 主要是在每颗卫星运行至上空时把这类导航数据及主控站的指令注入到 卫星。这种注入对每颗g p s 卫星每天进行一次，并在卫星离开注入站作用 范围之前进行最后的注入。 g p s 卫星提供了p 码( 精码) 和c a 码( 粗码) 两种定位服务。p 码 为军方服务，定位精度达到3 米；c a 码对社会开放，定位精度为1 4 米。 出于自身安全的考虑，美国先后实施了s a 和a s 政策。s a 政策在c a 码 苎蔓竺皇查兰翌兰堕 苎! 主! ! ! 墨丝苎坌垒墨生生璺垫垫 中引入了误差，使定位精度下降到1 0 0 米：a s 政策则对p 码实行加密。不 过由于g p s 对社会丌放，因此各类接收机、测量设备如雨后春笋般涌现， 并广泛应用于各行各业，彻底改变了传统的定位导航方式。 全球定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点，是迄今最好的导 航定位系统。随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用 领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，同时已经逐步深入 人们的日常生活。 1 2 g p s 系统原理 2 4 颗g p s 卫星在离地面1 万2 千公里的高空上，以1 2 小时的周期环 绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4 颗以上的卫星。 由于卫星的位置精确可知，在g p s 观测中，可得到卫星到接收机的距 离，利用三维坐标中的距离公式，利用3 颗卫星，就可以组成3 个方程式， 解出观测点的位置( x ，y ，z ) 。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误 差，实际上有4 个未知数。x 、y 、z 和钟差，因而需要引入第4 颗卫星， 形成4 个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。 事实上，接收机往往可以锁住4 颗以上的卫星，这时，接收机可按照 卫星的星座分布分成若干组，每组4 颗，然后通过算法挑选出误差最小的 一组用作定位，从而提高精度。 由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号 的影响，以及人为的s a 保护政策，使得民用g p s 的定位精度只有i 0 0 米。 为提高定位精度，普遍采用差分g p s ( d g p s ) 技术，建立基准站( 差分 台) 进行g p s 观测，利用己知的基准站精确坐标，与观测值进行比较，从 而得出修正数，并对外发布。接收机收到该修f 数后，与自身的观测值进 行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表明，利用差 分g p s ，定位精度可提高到5 米。 g p s 系统中的g p s 信号包含有三种信号分量，即载波、测距码和数 据码。这些信号分量都是在同一个基本频率f 0 = 1 0 2 3 m h z 的控制下产生 的。每个g p s 卫星在两个频率波段上发布独立信号。g p s 卫星的测距和 苎堇竺兰查兰堡主堡圭 苎! 主! ! ! 墨塾堕坌垒墨垦生璺塑墨 数据码是采用调相技术调制到载波上，即在两个波段( l i = 1 5 7 5 4 2 m h z 和 l 2 = 1 2 2 7 6 m h z ) 的载波信号中。 粗获码( c a 码) 是一种短妈 率为1 0 2 3 m b s ，波长约为3 0 0 米， 码率1 0 2 3 m b s 。如图1 1 所示： 用于跟踪、锁定测量的伪随机码，码 周期为1 m s 。p 码是g p s 的精测码， 1 3 g p s 系统的应用 图1 1g p s 信号构成 自从g p s 对民间开放以来，各种产品、应用层出不穷，g p s 已经深 入国民生产、日常生活的方方面面。 一、测量 o p s 技术给测绘界带来了一场革命。利用载波相位差分技术( r t k ) ， 在实时处理两个观测站的载波相位的基础上，可以达到厘米级的精度。与 传统的手工测量手段相比，g p s 技术有着巨大的优势：测量精度高：操 作简便，仪器体积小，便于携带：全天候操作：观测点之间无须通视：测量 结果统一在w g s 8 4 坐标下，信息自动接收、存储，减少繁琐的中间处理 北京邮电大学硕士论丈 第1 章g p s 系统简介及发展应用概况 环节。 当前，g p s 技术已广泛应用于大地测量、资源勘查、地壳运动、 地籍测量等领域。 二、交通 出租车、租车服务、物流配送等行业利用g p s 技术对车辆进行跟踪、 调度管理，合理分布车辆，以最快的速度响应用户的乘车或送请求，降低 能源消耗，节省运行成本。g p s 在车辆导航方面发挥了重要的角色，在 城市中建立数字化交通电台，实时发播城市交通信息，车载设备通过g p s 进行精确定位，结合电子地图以及实时的交通状况，自动匹配最优路径， 并实行车辆的自主导航。民航运输通过g p s 接收设备，使驾驶员着陆时 能准确对准跑道，同时还能使飞机紧凑排列，提高机场利用率。引导飞机 安全进离场。 三、救援 利用g p s 定位技术，可对火警、救护、警察进行应急调遣，提高紧急 事件处理部门对火灾、犯罪现场、交通事故、交通堵塞等紧急事件的响应 效率。特种车辆( 如运钞车) 等，可对突发事件进行报警、定位，将损失 降到最低。有了g p s 的帮助，救援人员就可在人迹罕至、条件恶劣的大 海、山野、沙漠，对失踪人员实施有效的搜索、拯救。装有o p s 装置的渔 船，在发生险情时，可及时定位、报警使之能更快更即使地获得救援。 四、农业 当前，发达国家已开始把g p s 技术引入农业生产，即所谓的”精准农 业耕作”。该方法利用g p s 进行农田信息定位获取。包括产量监测、土样 采集等，计算机系统通过对数据的分析处理，决策出农田地块的管理措施， 把产量和土壤状态信息装入带有g p s 设备的喷施器中，从而精确地给农田 地块施肥、喷药。通过实施精准耕作，可在尽量不减产的情况下，降低农 业生产成本，有效避免资源浪费，降低因施肥除虫对环境造成的污染。 五、娱乐消遣 随着g p s 接收机的小型化以及价格的降低，g p s 逐渐走进了人们的 日常生活，成为人们旅游、探险的好帮手。通过g p s ，人们可以在陌生的 城市里迅速地找到目的地，并且可以最优的路径行驶；野营者携带g p s 北京邮电犬擘硕士论文 第l 章g p s 系统简介及发展应用概况 接收机，可快捷地找到合适的野营地点，不必担心迷路；甚至一些高档的 电子游戏，也使用了g p s 仿真技术。 总之，g p s ( 全球定位系统) 因为其较精确的定位，越来越小型化的 应用，已经有越来越多的人关注它、重视它，随着其同消费类电子产品的 不断融合，必将带来更大规模的民用、商用。 1 4 本章小节 本章详细叙述了g p s 系统的发展、原理和应用，由本章的介绍可以看 出，g p s 定位技术已经得到了越来越广泛的应用。移动终端、各种消费类 电子产品不断推陈出新，伴随着g p s 定位系统终端逐渐的小型化，g p s 定位系统将更纵深发展。 北京邮电走荦硕士论文 第2 章基于p d 的g p s 定位监控系统解决方案 第2 章基于p d a 的g p s 定位监控系统解决方案 2 1 系统总体目标 g p s 定位监控系统采用现代化的通信技术和计算机技术，如g p s 卫星 定位技术、g s m 无线通信技术、g i s 地理信息系统技术和计算机网络技术 等。并以p d a 为移动定位终端，同时本监控中心应可与公用计算机网进 行数据交换，并提供p s t n k d d n x 2 5 等接入，达到移动终端在“线”管 理目标。此定位监控系统的移动定位终端是基予c f 接口开发的，控制由 p d a 完成。 2 2 系统设计原则 一先进性 运用先进的面向对象程序设计技术和软件功能模块方法，保证系统最 大限度地适应技术发展和业务发展的变化。系统中使用的模块和芯片都是 经过综合考虑的较新的产品。 二结构开放性 应用开发平台接口开放化、网络设计标准化，采用开放性和标准化协 议，保证网络互连简单易行。 2 3 系统设计思想 2 3 1 系统硬件设计思想 硬件应采用模块化、标准化结构，便于容量扩充和引入新的硬件模块 容纳新业务和新技术。 北京邮电大学硕士论文 第2 章基于p d 的0 p s 定住监控系统解决方素 2 32 系统软件设计思想 1 软件采用分层的模块化结构，模块之间的通信应按规定接口进行。 任何一层的任何一个模块的维护和更新以及新模块的追加都不应影响其 他模块。 2 系统参数、用户数据与处理程序应有相对的独立性。 3 系统平台具有良好的开放性，支持各种应有的接入，提供多种接 入方式。 4 系统具有良好的备份子系统，能在系统发生重大故障时，及时愀 复数据。 2 4 系统总体结构 系统从功能上划分。主要由终端子系统、通信业务子系统、g i s 电子 地图子系统、网络接入子系统组成。 ( 1 ) 终端子系统：利用g p s ( c f 技术开发，p d a 控制) 确定移动终 端的位置信息；接收监控中心的命令、信息等。 ( 2 ) 通信业务子系统：确定移动终端与监控中心的通信方式。 ( 3 ) g i s 电子地图子系统：移动终端位置信息的转换和显示。 ( 4 ) 网络接入子系统：设计开放性接口，便于与公用计算机网相联。 通信业务子系统的实现可以有多种方式，如使用带p d a 功能的手机 ( 有短信发送功能，自带嵌入式下的操作系统，提供c f 接口) ，或者也 可以进行进一步的集成开发，使用其他的无线通信方式。 以g s m 作为通信业务子系统实现方式，描述g p s 定位监控系统的总 体结构如图2 1 。 移动目标的g p s 数据和固定目标的各类数据均以短信息的方式通过 g s m 网络传回监控调度中心( 由短信接收模块与p c 机相连，在串口通信 软件上显示) 。监控调度中心可以通过g s m 网络以短信息的方式或语音 方式调度指挥移动目标；同时该中心还可以通过d d n 专线或电话线与公 用计算机网络相联，将移动目标的g p s 定位信息，求援信息、报警信息进 行分类确认后，实时传送到相应部门进行处理。 兰蔓竺皇苎兰型垡兰苎_ 一一 堕! 主墨! ! ! ! 塑塑! 塞垡些垄墨丝坚兰查室 图2 ，l 总体结构 从上图可知，整个网络系统分为四个部分：移动终端、监控调度中心 局域网、g s m 公众数字移动通信网、其他公用计算机通信网。下图图2 2 是g p s 定位监控系统示意图，描述了这个系统的交互过程： g p s 卫星 图2 2g p s 定位监控系统示意图 移动定位终端g p s 接收模块通过天线接收至少4 颗g p s 卫星发射来 的定位信号，并计算出移动终端的经度、纬度、高度和速度( 也可以在移 动终端p d a 上显示，配套地图或者不配套地图显示都可以) ，然后将这 些数据通过g s m 网提供的短信息方式传送到监控中心。监控中心通过电 子地图将移动终端所处的位置直观地显示出来，同时更新监控中心的移动 定位终端数掘库的数据，并随时对移动定位终端进行监控。监控中心发来 北京邮电太学硕士论文 第2 章基于p d a 的g p s 定位监控系统解决方案 的指令控制移动定位终端启动手机的短信息功能，发送位置信息。 2 5 移动定位终端在c f 接口下的应甩开发原理 2 5 1c f 接口概述及原理 c f 技术多应用于移动终端和消费类电子产品中，掌上电脑、数码相 机等都已经得到了广泛应用，c f 存储卡、c fg p s 定位卡，c f 无线网卡、 c fm o d e m 卡也在不断魄推出。几个先锋消费电子产品公司( 包括一些 c f a 的创建成员) ，征在设计使用c f 技术的下一代大众产品。c f a 希望 c f 技术能更广泛遗用于便携式计算机、台式机、手持条码扫描器、高级 双向寻呼机、录音机、监视器、机顶盒等产品中。采用c f 技术可以使得 这些产品的功能得到扩展、体积交小、质量变轻。 除了c f 接口外，常用的还有许多接口。虽然它们在移动终端上并不 是都可以使用，但是它 f 3 的广泛使用还是为系统开发和测试等提供了很大 方便。 一基本按1 ：3 分类： 常用接口一股有串口、并口、u s b 口、p c i 接口、p c m c i a 接口、c f 接1 ：3 、红外接1 ：3 、蓝牙借口等等。其中串口、并1 ：3 、u s b 口、p c i 接口最 为通用，在计算机、仪器砸板、各种设备中一般都提供这些接口。 以下对其中一些接口进行基本的原理描述： 串行接口 串行接口，简称串口，也就是c o m 接1 3 ，是采用串行通信协议的扩 展接口。串1 3 的出现是在1 9 8 0 年前后，数据传输率是1 1 5 k b p s 2 3 0 k b p s 串口一般用来连接鼠标和外置m o d e m 以及老式摄像头和写字板等设备， 目前部分新主板已开始取消浚接口。 并行接口 并行接口，简称并口，也就是l p t 接口，是采用并行通信协议的扩展 接口。并口的数据传输率魄卑口快8 倍，标准并口的数据传输率为1 m b p s ， 一般用来连接打印机、扫描仪等。所以并口又被称为打印口。 北京邮电走学硕士论文第2 章基于p d a 的g p s 定位监控系统解决方案 u s b 接口 u s b 是英文u n i v e r s a ls e r i a l b u s 的缩写，中文含义是“通用串行总 线”。它不是- - 0 e 新的总线标准，而是应用在p c 领域的接e l 技术。u s b 是在1 9 9 4 年底由英特尔、康柏、i b m 、m i c r o s o f t 等多家公司联合提出的。 u s b 版本经历了多年的发展，到现在已经发展为2 0 版本，成为目前电脑 中的标准扩展接口。目前主板中主要是采用u s b l 1 和u s b 2 0 ，各u s b 版本间能很好的兼容。u s b 用一个4 针插头作为标准插头，采用菊花链形 式可以把所有的外设连接起来，最多可以连接1 2 7 个外部设各，并且不会 损失带宽。u s b 需要主机硬件、操作系统和外设三个方面的支持才能工作。 目前的主板一般都采用支持u s b 功能的控制芯片组，主板上也安装有u s b 接口插座，而且除了背板的插座之外，主板上还预留有u s b 插针，可以 通过连线接到机箱前面作为前置u s b 接口以方便使用。而且u s b 接口还 可以通过专门的u s b 连机线实现双机互连，并可以通过h u b 扩展出更多 的接口。u s b 具有传输速度快( u s b l 1 是1 2 m b p s ，u s b 2 0 是4 8 0 m b p s ) ， 使用方便，支持热插拔，连接灵活，独立供电等优点，可以连接鼠标、键 盘、打印机、扫描仪、摄像头、闪存盘、m p 3 机、手机、数码相机、移动 硬盘、外置光软驱、u s b 网卡、a d s l m o d e m 、c a b l em o d e m 等，几乎所 有的外部设备。 p c i 接口 p c i 的英文全称为p e r i p h e r a lc o m p o n e n ti n t e r c o n n e c t 。即外部设备互 联总线，是于1 9 9 3 年推出的p c 局部总线标准。p c i 总线的主要特点是传 输速度高，目前可实现6 6 m 的工作频率，在6 4 位总线宽度下可达到突发 ( b u r s t ) 传输速率2 6 4 m b s ，是通常i s a 总线的3 0 0 倍。可以满足大吞吐 量的外设的需求。现在的台式计算机几乎都带有p c i 接口，在主机内部的 主板上，安装时需要打开机箱。 随着人们对速率、使用方便性等方面越柬越高的要求，也有越来越多 的比较新的接口得到了应用。 p c m c i a p c m c i a 接口也叫p c 卡插槽，它也是像v g a 输出端口一样的笔记本 电脑标准装备，p c 卡属于工业标准( p c m c i a 规范) ，在许多中型数码 设各和工业控制设备上也广泛应用，但是日常最多见到的还是在笔记本电 脑上。 北京邮电走学硕士论文 第2 章基于p d a 的g p s 定位监控系统解决方案 可以这样说，在u s b 和i e e e l 3 9 4 这样即插即用的端口出现之前，p c 卡插槽是笔记本电脑上唯一真正支持即插即用的端口，而且因为p c m c i a 规范获得广泛的支持，市场上p c 卡产品可谓多不胜数，为笔记本电脑提 供了种类繁多的扩充选择。 p c 卡插槽相当于台式机的p c i 插槽，不同之处在于p c 卡插槽是即插 即用的，允许在操作系统运行中停止p c 卡设备，与p c 卡插槽配合的扩 展卡称为p c 卡，按照外形来分有t y p ei i i i i i 三种，3 者的长宽度均为 8 5 6 5 4 m m ，区别在于厚度，t y p e i 是3 3 m m ，t y p ei i 是5 o m m ：t y p ei i i 是i 0 5 m m ，它们的接口是完全相同的，都是6 8 针，因此只要p c 卡插槽 的厚度允许，三种规格的卡都可以通用。 之所以有厚度的区别是因为内置的设备要求不同，例如内存就可以置 于最薄的t y p ei 卡中，但是微型硬盘就至少需要t y p e l i 或者t y p e i l l 卡的 厚度才能容纳得下。在笔记本电脑上使用的都是t y p ei i 的插槽，两个t y p e i i 的插槽叠加在一起就可以容纳t y p ei i i 的卡，大多数主流光软互换机型 和全内置机型装备2 个t y p e i i 插槽，大多数超轻薄机器都只装备一个t y p e i i 插槽。 c f 接口 c f 标准可以说是p c m c i a 标准的一个子集。其经常应用在p d a 、数 码相机等一些较小的产品中。这些产品提供c f 接口，可以针对此接口进 行相应扩充产品的开发。一般应用c f 标准进行c f 接口上的c f 卡的丌发。 其中包括c fi o 卡，c f 存储卡。c fi o 卡主要包括c f 型无线网卡、c f 型g p s 卡等。c f 存储卡则与一般的存储设备使用方法一样。只是其遵循 的标准是c f 接口标准。c f 卡遵循a t a 标准制造，不过它的接口是5 0 针 而不是6 8 针，分成两排，每排2 5 个针脚。c f 卡分为两类：t y p ei 和t y p e i i ，二者的规格和特性基本相同。两种型号之间的唯一区别在于卡的厚度。 c f 卡不是硬盘那样的针型接口而是5 0 针( 1 2 7 m m ) 的孔型接口。因此不容 易被损坏，这一设计和p c m c i a 接口类似。 二c f 技术、c f 接口原理 1 c f 技术 c f 技术全称是c o m p a c t f l a s h 技术( 压缩闪存) ，它的出现推动了更 高级、轻巧、低功耗的移动产品和终端的多元化发展。c f 技术是由c f 卡 北京邮电大学硕士论文第2 章基于p d a 的g p $ 定位监控系统解决方案 协会( c o m p a c t f l a s ha s s o c i a t i o n ) 发布的标准，用户可以根据此标准丌发 出自己需要的c f 产品。c f 卡协会( c o m p a c t f l a s ha s s o c i a t i o n ：c f a ) 是 1 9 9 5 年1 0 胃成立的非赢利性、互利组织，目标是：推进c f 卡作为世界 范围内的存储行业标准，保证c f 产品的兼容性，保证c f 卡的向后兼容 性；该组织的前提是：让c f 技术促进新一代体小质轻、低能耗先进移动 设备的推出，进而提高大众的工作效率，以改进他们的生活方式。c f a 总 部在加拿大的p a l oa l t o ，其成员有权免费得到c f 卡、c f 商标和c f 技术 详情。c f a 成员包括3 c o m ，c a n o n ，e a s t m a n k o d a k c o m p a n y ， h e w l e t t p a c k a r d ，h i t a c h i ，i b m ，m a t s u s h i t a ( p a n a s o n i c ) m o t o r o l a ，n e c ， s a n d i s k 。s e i k oe p s o n 和s o c k e tc o m m u n i c a t i o n s a c f 卡是用来存储、保持并传递数据、影象、声音的，c f 卡使得在各 种各样的数字系统之间传递所有形式的数字信息和软件变得很容易。 早先，c f 标准主要应用于c f 存储卡，即捕获、保存、传输数据、音 频、图像在c f 存储卡中。c f 存储卡能在两个需要传输大量信息的数字系 统中传输各种各样的数字信息和软件。c f a 紧接着又发布了c f + 标准，其 扩展了原先c f 标准的概念，不仅仅可在f l a s h 数据存储中应用，也可以 在i 0 设备、磁盘数据存储中应用。并且标准中在原先t p y e1 ( 3 3m m 厚) 卡的基础上又增加了t y p ei i ( 5 m m 厚) 卡。大多数的存储卡和l l o 卡都是t p y e i 的，t y p e i i 针对更大容量的c f 卡、磁卡，和一些特殊的 i 0 卡。 目前，c f 标准正大量的应用于与其相关的各种卡中。其是目前世界 上最小的大容量存储设备之一，1 9 9 4 年由s a n d i s k 最先推出。是一种稳定 的存储解决方案，不需要电池来维持其中存储的数据。对所保存的数据来 说c f 卡比传统的磁盘驱动器，更具安全性和保护性：比传统的磁盘驱 动器及i i i 型p c 卡的可靠性高5 到1 0 倍，但c f 卡的用电量仅为小型磁 盘驱动器的5 。c f 卡使用3 3 v 到5 v 之涮的任何电压工作( 包括3 ，3 v 或5 v ) ，而别的微型闪存卡仅能使用3 3 v 或5 v 电源。c f 卡存储容量 4 m b 以上，是耗电量最低的闪存解决方案，因为内置的控制器使得c f 卡 采用了多种低能耗i 列存技术；这样主机使用c f 卡时，比使用的别的存储 卡要节省用电量。c f 卡具有p c m c i a a t a 功能，并与之兼容：c f 卡重 量只有1 4 9 ，仅纸板火柴般大小( 4 3 m m x 3 6 m m x 3 3 m m ) ，是一种固态产 品，也就是工作时没有运动部件( 当然不工作时也一样) 。现在c f a 已经 推出了c f 3 0 标准，开发商( 开发人员) 可以参考c f 3 0 标准或者2 0 标准。 北京邮电大学硕士论文 第2 章基于p d a 的g p s 定住监控系统解决方案 c f 卡5 0 针，但能够很容易地插入6 8 针i i 型适配器卡( 槽) ( 完全 满足p c m c i a 机电界面技术要求) 中使用。c f 卡使用的连接器与p c m c i a 的相似。经过用户在便携式设备上的几年实用后，c f 卡的可靠性和耐用 性已得到了证明，尽管用在这类设备上需要对c f 卡频繁插拔；而其他形 式的小型闪存卡可靠性和耐用性，是不及c f 卡的。 c f + 卡除了可以包括a 1 af l a s h 存储卡，还包括i o ( 串口、调制解 调、无线上网) 卡，和非f l a s h 存储的( 硬盘驱动) 。其物理外形可以满 足t p y ei ，t y p ei i 型。 以下给出c f + 卡的模块图，图2 3 图2 3c f + 卡模块图 c f 标准对c f ( c f + ) 卡的外观物理设计都有详细的规定，包括难面、 反面、厚度、槽、弯度等等。以下给出图2 4 ，图2 5 ( t p y e i ，c f + ) 关 于c f ( c f + ) 卡的外形状况。各种c f ( c f + ) 卡的生产厂家都得按此标准 进行设计，才能与c f 接口配套使用。 c f ( c f + ) 卡的开发过程中，电气特性都必须符合c f 标准的规定，以 下讨论c f 接口。 北京邮电托擘硕士论文 第2 章基于p o a 的g p s 定位监控系统解决方案 嚣舞船裂剖魏黜然嚣裟篮籀谢黑黑搿品。 倒1 h w e d 畸ib 啪明呻嗍d 图2 4t p y e lc f 存储卡和c f + 卡尺寸 ；渊一卜 。，曲 图2 5c ft y p e l 和c f + 延长卡外形 ：q 7 4 北京邮电犬擘硕士论文 第2 章基于p d a 的g p s 定位监控系统解决方童 2 c f 接口及c f 卡 c f 接口是按c f 标准定义的接口，以其定义的卡硬件接口有5 0 针 ( 孔) ，连接槽是由两排各2 5 管脚组成的，此5 0 个管脚有输入也有输出 信号的，还包括供电与接地端。 从功能角度来分，按照c f 接口的定义，c f 卡可以分为三种基本的工 作模式： 1 ) p c 卡a 1 1 ai o 工作模式； 2 ) p c 卡a t a 存储工作模式； 3 ) t r u ei d e 工作模式； c f 存储卡三种模式都支持，c f + 卡一般支持第一、二种工作模式，第三种 工作模式是任选的。c f 卡使用标准p c m c i a 配霹处理寄存器，从2 0 0 h 地 址开始，这些寄存器可能位于属性存储空间内或者是t r u ei d e 模式。其 中管脚9 必须接地。c f + 卡配置的起始地址在c f + 卡的属性空间的 t u p l e ( c i s t p lc o n f i g ) 中已经定义。 下页表z 1 是对c f 接口5 0 个管脚的定义，每一个管脚都按不同的工 作模式进行了定义。其中r f u ( r e s e r v e d f o rf u t u r e u s e ) 是指为未来使用 保留。对表中1 ，2 ，3 的标注解释如下： 1 这些信号只有在1 6 b i t 接入时需要，当安装到8 b i t 系统时并不需要。设备 应该考虑到三态信号不会消耗电流。 2 信号需要接地。 3 信号需要接v c c 。 4 对于c f + 卡此工作模式是任选的，但是对于c f 存储卡时需要的。 5 在p c 卡模式时，c s e l 信号是忽略的，然而因为在这些模式下。此信 号并未做“上拉”处理，因此在p c 卡工作模式下，此信号应该被悬空。在 这些工作模式下，此管脚应该被正常的连接n p c 卡的a 2 5 ，或者被接地。 6 此信号应该被置高或者接v c c 。 对其中的重要信号表2 2 做详细说明。 c f 接口的电特性：其可接受3 3 v 或者5 v 中的任一电压，一般可以在 c f 接口芯片或者外围芯片内的c i s 或者驱动中、c f 芯片的管脚上做相应 配置，就可以让c f 接口自动识别3 3 v 或者5 v 供电。 c f 标准还对软件部分的设计有详细定义。例如存储器里的寄存器的 配置，属性存储部分的分类模块和地址分配、映射等等。在进行c f 接口 配套属性存储部分的分类模块和地址分配、映射等等。在进行c f 接口配 套的相关产品开发时，可以参考c f 标准，进行相应设计。 北京邮电大学硕士论文 第2 章基于p d 的g p s 定位监控系统解决方案 表2 1 管脚分配和管脚类型 p c c a r d m e m o r y 封o d e p c c a r d i 0 m o d et r u el d em o d 一 辆n s i g n a t p i n扪o u ip i n s g n 目 p 虮j no u lp i n s 啪8 l p i n i n ，o u t q t m n a m e b p el y p e q u mn a m e t y p et y p e , l u mn a m e t y p et y p e g m dg f _ o u 州1g n dg f n d1 g n 0g r o t l n d 20 0 3i 坦0 2 32d 0 3j t 01 z o z 323i 0 1 z ，0 2 3