基于arm的GPS导航定位系统设计

1、江苏科技高校 本科毕业设计（论文）I 基于 ARM 的 GPS 导航定位系统设计ARM-based GPS n avigati on system desig n 摘要GPS（全球定位系统 ）是一种全方位的实时定位技术 ARM 处理,随着 GPS 技术的进展,以器作为主 CPU 的嵌入式硬件平台几乎已经成为信息产业的硬件标准；一方面,它具有体积小、性能强、功耗低、牢靠性高等特点；另一方面,它为高速、稳固地运行嵌 入式操作系统供应了硬件基础；本文以 Windows CE 为嵌入式操作系统,对基于 ARM 的 GPS 定位系统的开发进行了争论与实现；硬件平台设计以三星公司的ARM920T 核的 S

2、3C2410 为微处理器,对以下三个方面的技II 术进行了争论：一是对GPS 及嵌入式技术进行了介绍,介绍了 GPS 技术原理、特点、和定位方式；二是搭建基于ARM 的硬件平台,对电源电路,储备电路等进行了设计；三是对GPS 模块及通讯接口进行了设计；关键字 ：GPS ARM Windows CE 操作系统Abstract GPS （Global Positi oning System ） is a comprehe nsive real-time positi oning tech no logy, with GPS tech no logy to ARM processor as the

3、mai n CPU of the embedded hardware platform has almost become the in formatio n in dustry hardware sta ndards.O n the one hand ,it has a small,strong performance,low power,high reliabity:on the other hand,it is high speed,stable operati on and provides a hardware based embedded operati ng syste m.ln

4、 this paper, Win dows CE embedded operat ing system, ARM-based GPS positi oning system and impleme ntati on of III developme nt studied. Platform desig ned to Samsu ng S3C2410 ARM920T microprocessor core, on the followi ng three tech niq ues were studied: one on the GPS and embedded tech no logies a

5、re in troduced, in troduced the prin ciple of GPS tech no logy, features, and positi oning means ; Second, ARM-based hardware platform built on the power supply circuit, memory circuit desig n, etc.; Third, GPS module and the com muni catio n in terface is desig ned. Keywords: GPS ARM Win dows CE Op

6、eratio n System 目录第一章绪论 . 1 3 1 4 1.1 嵌入式技术争论背景. . 1.2 GPS 技术争论背景. 32 其次章 GPS 技术基本原理. . 3 2.1 GPS 基本原理 . 2.1.1 卫星的位置 . 2.1.2 卫星与用户间的相对距离. 42.1.3 卫星信号的解算 . 2.1.4 GPS 的定位方式. . 5IV 2.2 GPS 进展前景. 11 69 8 第三章嵌入式系统设计. 83.1 嵌入式系统 . . 8 WINDOWS CE 嵌入式操作系统. 10 WINDOWS CE 系统框架 . 3.4 嵌入式软件平台开发. . 3.2 Boot Load

7、er 开发 . 10 3.3 OAL 开发 . 13 3.5 ARM 技术介绍 . 2 ARM 处理器的体系结构 . 13 3 ARM920T 微处理器概述 . 14 第四章 系统硬件及 GPS 模块设计. . 154.1 总体硬件设计方案 . . . 15 4.1.1 系统硬件的挑选 . . 154.1.2 S3C2410 处理器 . . 154.2 系统硬件电路设计 . . . 16 4.2.1 电源电路 . . 184.2.2 串口电路 . 4.2.3 Flash 电路 . .18 .19 4.2.4 SDRAM 电路 . 204.2.5 显示电路 . .214.3 GPS 模块电路设计

8、 . . 224.3.1 GPS 模块挑选 . . 224.3.2 GPS 模块与主机的串口通信 . . 23第五章系统软件设计 . . 255.1 NEMA0183 协议 . . 255.2 GPS 程序设计 . . 255.3 用户界面 . . . 29总结 . .30致谢 . .31参考文献 . .32附录 . .33V第一章绪论1.1 嵌入式技术争论背景随着运算机和通信技术的快速进展,嵌入式系统己经广泛渗透到人们的工作、生活中,从家用电器、手持通讯设备、信息终端、仪器外表到汽车、军事装备、制造工业、过程掌握等；特殊是随着嵌入式系统与 目越来越In ternet 的日益结合,使得嵌入式应

9、用项多样化,使嵌入式电子产品的功能也日益强大；嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、的牢靠性高的优点,是嵌入式系统核心；而 ARM 处理器具有高性能低功耗、低成本等显著优点,已成为高性能、低功耗嵌入式微处理器的代名词,是目前 32 位、 64 位嵌入式处理器中应用最为广泛的一 个系列；而英国先进 RISC 机器公司这一生产模式最为胜利的典范,既不生产芯片,也不 销售芯片,而是设计出高效的 P 内核,授权给各半导体公司使用；半导体公司在 ARM 技术的基础上,依据自己公司的产品定位,添加自己的设计并推出芯片产品；最终由OEM 客户 采纳这些芯片来构建基于ARM 技术的最终应用系统产品；经过十

10、多年的进展,ARM 公司己是业 界领先的 IP 供应商；ARM 微处理器得到了众多半导体厂家和整机厂商的大力支持,全球己有十多家 公司 在采纳 ARM 技术, 20 家最大的半导体厂商中有 19 家是 ARM 的用户,包括 TI、PHILIPS 和INTEL 等公司；优良的性能和精确的市场定位极大地丰富了 基于 ARM ARM 资源,加速了核的、面对各种应用系统芯片的开发应用,使得 ARM 获得了更广泛的应用,确 立了 ARM技术的市场领先位置；ARM 在高性能嵌入式应用领域获得了庞大的胜利,己在 32 位嵌入式应用中稳居世界第一；在 2022 年,基于 ARM 核的芯片占据了整个 32、64

11、 位 嵌入式微处理器市场的 79.5%,全世界已使用了 20 多亿个核；如今, ARM 公司已经成为业 界的龙头老大,每个人口袋中都装着 ARM 是毫不夸张的,由于几乎全部的手机、移动 设备、 PDA都是用基于 ARM 核的系统芯片开发的；嵌入式操作系统是支持嵌入式系统工作的操作系统软件,一般用于比较复杂的嵌 入式系统软件开发中；嵌入式操作系统一般具有实时特点,是嵌入式系统的灵魂,它的出现大大提高了嵌入式系统开发的效率,削减了系统开发的总工作量,而且提高了 嵌入式应用软件的可移植性；目前常见的嵌入式操作系统有Linux ,Win dows CE等；其中 Win dows CE.Net 是微软推

12、出的一款面对嵌入式应用的操作系统,它继承了 Windows 家族优 1 秀的图形用户界面,是一款多任务、模块化、实时性能好、通信才能强大且支持 多种 CPU 的操作系统； Windows CE . net 是微软特地为信息设备、移动应用、消费类电子 产品等领 域设计开发的操作系统产品,己开头广泛应用于数码相机、智能手机、PDA 、工 业掌握 等嵌入式领域；GPS 技术争论背景自从 1978 年 2 月 22 日第一颗 GPS 试验卫星进入轨道以来,巨27 年间 GPS 已经显 示了它大的社会、军事作用与经济、社会效益；GPS 卫星发射的导航、定位信号,作为一种时空信息资源,可在全球范畴内向很多

13、用户供应位置、速度和时间信息；GPS 是一个全球性、全天候、全天时、高精度的导航定位和时间传递系统,空间部分由 24 颗卫星组成,主要是用于军用,现在己经慢慢转变为军民两用系统；随着 藏的庞大GPS 向民用开放,它所蕴商机也被挖掘出来； GPS 不仅用于导弹、飞船的导航定位,更是广泛用于飞机、汽车、船舶的导航定位,公安、银行、医疗、消防,林业、环保、资源调查、物理勘探、电信等都离不开导航定位,特殊是随着卫星导航接收机的集成微型化,显现各种融通 信、运算机、GPS 于一体的个人信息终端,使卫星导航技术从专业应用走向大众应用,成 为继通信、互联网之后的 IT 其次个新的增长点；随着嵌入式系统的高度

14、进展和GPS 应用的逐步广泛,特殊是我国北斗导航系统的使用,现在车载导航系统和手持导航设备的开发已经成为嵌入式系统进展的一个热 门方面；GPS 主要功能有定位、测量及授时等,而动态 即瞬时 定位是 GPS 接收机、掌握 系统、软件系统及显示器等几部分；目前,车载导航系统在美国、日本已经商品化,在我 国也早已绽开了很多的争论和设计；中国是个 GPS 应用大国,车载导航监控系统的研制 具有广泛的有用价值和市场前景,但是从系统的技术水平和产品的质量和成熟程度来说,我们仍处在往上进展时期；目前,城市建设进展速度越来越快,道路变得也越来越复 杂,在这种情形下,随着汽车的日益普及,找到一种方式,使人们能够

15、淡定的面对错综复 杂的交通网,己经迫在眉睫；利用 GPS 进行车辆定位导航是个不错的挑选；因此,争论 和开发基于嵌入式系统的 GPS 定位系统具有现实意义；2 其次章 GPS 技术基本原理 GPS 基本原理GPS 的基本定位原理是：卫星不问断地发送自身的星历参数和时间信息,用户接 收到这些信息后,经过运算求出接收机的三维位置,三维方向以及运动速度和时间信 息；2.1.1 卫星的位置GPS 卫星的位置信息包括在卫星发射的信号中；卫星信号包括三种信号重量：载波、测距码和数据码；内容有：1 卫星星历及星钟校正参数；2 测距时间间距；3 大气附加推迟校正参数；4 与导航有关的信息；一般的 GPS 接收

16、机只能接收；接收机依据特定的算法,能够从L1 信号中提取出数据码 Dt,即导航电文；导航电文的详细内容包括遥测码,转换码,第一数据块,其次数据块,和第三数 据块五部分；遥测码 TLM 位于每个子帧的第一个子码,作为捕捉导航电文的前导；其中所含 的同步信号为各子帧供应了一个同步起点,使用户便于说明电文数据；转换码 HOW 是子帧的其次个子码,它的主要作用是帮忙用户从以捕捉的 C/A 码转换到 P 码的捕捉；第一数据快的主要内容是：卫星时钟校正参量及其数据龄期,星期的周数编号和 大气校正参数及卫星工作状态等；其次数据块包括其次和第三子帧,它载有卫星的星历；这是 基本 数据；GPS 定位中最常用的第

17、三数据块由第四子帧和第五子帧构成,它的内容为系统内全部卫星的粗略星 历、粗略时钟校正量、卫星识别及卫星工作正常与否的字符；每颗卫星的数据需要占 用一个子帧,该数据块的目的是使用户只要收到一颗卫星的信号就可以初略知道其他卫 星的情 况；3 当 GPS 接收机接收到信号后,就可以依据这个编排格式提取出运算所需的数据；2.1.2 卫 星与用户间的相对距离GPS 使用单向测距方法来测定某颗卫星与用户的相对距离；它使用两台时钟,一 台在 用户接收设备上,一台在卫星上；运算卫星与用户之间的距离,实质上是通过比 较 GPS 接收机中复原的卫星钟和用户本身的时钟之间的差,即测量卫星钟要传播到用户 所花的 时间

18、即传播时延得以实现；假如两者时间精确同步,即两时钟信号同频同相,那 么,禾 U 用距离等于时间乘以光速的原理,得到卫星和用户间的真实距离 R=C t；但是卫星钟和用户钟却不能精确同步,当两者存在钟差 并不 t 时,这样测得的距离是用户和卫星问的真实距离,而是伪距 Pseudo range 简称 PR,表示为 PR=R+CAt , t 取值是有正负的,用户钟慢于卫星钟就取正,反之取负；2.1.3 卫星信号的解算用户接收机在接收到卫星发出后的无线电信号后,假如它有与卫星钟精确同步的 时钟,便能测量出信号到达的时间,从而算出信号的空间传播时间；再用这个时间 乘以信号在空间的传播速度,便能求出接收机与

19、卫星的间距 z2 2-1 R,R=Xi-x2+Yi-y2+Zi-式2 1中 R 为观测量, Xi,Yi,Zi 为卫星的坐标, x,y,z为接收机坐标；其中 卫星坐标为己知量,接收机坐标待求；这样,抱负情形下,假如测得观测点与三颗卫 星的距离,便可确定三个未知数,即可完成定位；实际上,一般接收机上的时钟不行能非常精确,因此由它测出的卫星信号在空间 的传播时间是不精确的；因而测出的距离也不精确,而是伪距；设接收机在接收卫 星信号的瞬时,接收机与卫星导航系统的钟差为定值 R=Xi-x2+Yi-y2+Zi- z2+.t. C 2-2 式中, c 为卫星信号传播速度常数,其中的未知数比式 t,就上述公式

20、就要改写成：2-1 多了个 t, 这时,只要测出接收机距四颗卫星的伪距便得到 4 个这样的方程,如下：R=X1-x2+Y1-y2+Z1- z2+.t. C 2-3 R=X2-x2+Y2-y2+Z2- z2+.t. C 4 R=X3-x2+Y3-y2+Z3- z2+.t. C R=X4-x2+Y4-y2+Z4- z2+.t. C 以上四个方程联立便可以解出四个未知量 置,x,y,z 和即求出了接收机的位并可将接收机的时间进行修正；GPS 卫星定位原理示意图如2-1 所示：卫星 4 XV4 fZ4 图 2-1 GPS 定位原理图2.1.4 GPS 的定位方式用 GPS 进行定位有很多定位方式,依据

21、参考点的位置不同,定位方式可分为以下 几种：3. 静态定位和动态定位假如在定位过程中,用户接收天线处于静止状态,或者明确的说,待定点在协议 地球坐标系中的位置,被认为是固定不动的,那么这些待定点的位置的定位测量被 称为静态定位；由于待定点固定不动,因此可通过大量重复观测提高定位精度；正因如 此,静态定位在大地测量、地球动力学争论等方面获得广泛的应用；相反,在定位过程中,用户接收天线处于运动状态：这是待定点位置随时间变 化；确定这些待定点的位置,被称为动态定位；4. 肯定定位和相对定位肯定定位是以地球质心为参考点,测定接收天线 即待定点 在协议地球左边系中 的绝对位置,又称为单点定位；单点定位工

22、作和数据处理都比较简洁,其定位结果受 卫星星5 历误差和信号传播误差影响显著,所以定位精度较低,适用于低收精度测量领 域；假如挑选地面某个固定点为参考点,确定接机天线相位中心相对参考点的位置 , 称为相对定位；由于相对定位至少适用两台以上的接收机,同步跟踪测量 4 颗以上的 GPS 卫星,因此所获得的观测量和误差都具有相关性；采纳适当的数学模型,即可排除 或者削弱观测量所含的误差,使定位结果达到相当高的精度；在我国, GPS 在导航、授时校频和高精度测量三个领域应用的比较广泛,涵盖军 事部门、交通部门、由 E 电部门、地矿、煤矿、石油、建筑以及农业、气象、土地管理、金融、公安等部门和行业；在G

23、PS 应用领域中,车辆应用所占的比重在各项应用中最大,约占总数的 50%左右；但是目前市场上的 GPS 车载终端基本上仅具有定位跟踪及监控治理功能,而集定 位、导航与多媒体信息的即时传输于一身的车载定位导航智能治理系统,由于受到许 多综合因素的制约,特殊是受到我国汽车工业进呈现状、电子地图配套限制以及人均GDP 水平的整体制约,仍没有形成较大的市场；就国际上的进展情形而言,GPS 应用产品产业己经是当前国际上八大无线通信产业之一,也是目前世上进展的最快的三大信息产业之一,结合已成GPS 与 3G 无线通信网络的为全球通信导航界的热点；在国际市场上, 汽车类 GPS 设备销售额雄居各类 GPS

24、市场之首；据业内人士估计,将来几年,国际上对 GPS 导航系统的需求量,将以每年 50% 以上的速度递增；到 2022 年为止,已有近 50%的新车型和 90%的豪华车型将具备部分互联 网功能,这意味着这些车都已经应用了车载电脑系统,汽车定位及监控、甚至导航产品市场份额；4.2.4 GPS 进展前景GPS 应用产品产业己经是当前国际上八大无线通信产业之就国际上的进展情形而言,一,也是目前世界上进展的最快的三大信息产业之一,的结合已 成为全球通信导航界的热点；在国际市场上,汽车类GPS 市场之GPS 与 3G 无线通信网络GPs 设备销售额雄居各类首；据业内人士估计,将来几年,国际上对 GPS

25、导航系统的需求量,将以每年 50%以上的 速度递增；到 2022 年为止,已有近 50%的新车型和 90%的豪华车型将具备部分 互联网功 能,这意味着这些车都已经应用了车载电脑系统,汽车定位及监控、甚至导航产 品市场 份额达到百亿美元；在 GPS 应用领域中,车辆应用所占的比重越来越大,而且随着市场的进展,当前GPS 6 接收机向着小型化、智能化方向进展；以前的 GPS 接收机由于受处处理器速度的 限制,无 论在体积上,在处理速度上都无法满意实时性较高的要求；因此,采纳嵌入式系 统为框架,以高性能的处理器来处理定位信息,成为目前 7 第三章嵌入式系统设计 3.1 嵌入式系统GPS 定位系统的进

26、展趋势；嵌入式系统是以应用为中心,运算机技术为基础,软硬件可裁剪,适用于应用系 统对功能、牢靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用运算机；系统嵌入式系统 由包括嵌入式处理器、储备器、传感器和输入输出设备等一系列微电子芯片与器件构成 的硬件部分,和嵌入在储备器中的嵌入式操作系统、掌握应用软件部分组成,共同实现 诸照实时掌握、监视、治理、移动运算、数据处理等各种自动化处理任务；与通用型运算机系统相比,嵌入式系统功耗低、牢靠性高；功能强大、性能价格 比高；实时性强,支持多任务：占用空间小,效率高；面对特定应用,可依据需要 敏捷定制；嵌入式系统的硬件和软件都必需高效率地设计,去除冗余,力争在同样的硅

27、片面积上实现更高的性能,这样才能在详细应用中对处理器的挑选更具有竞争力；a. Win dows CE 嵌入式操作系统Microsoft Windows CE 是一个开放的、可裁减的、32 位的实时嵌入式窗口操作系 统,目前我们使用的版本是 Windows CE 5.0 ；它具有牢靠性好、实时性高、内核体积 小等特点,被广泛应用于工业掌握、信息家电、移动通信、汽车电子、个人电子消费品等各 个领域；Windows CE 的设计目标模块化和小内存占用Win dows CE 被分为一些不同的模块,其中内核 Kernel 、图形窗口大事子系统GWES 、文件系统和通信 Communication 模块是

28、 4 个主要模块；每个模块进一步被划分为更小的组件,每个组件代表模块的一种特点；典型的 Windows CE 设备只有 8 到 32MB 的 ROM ,而 Windows CE 的最小内核只 有500KB ,最小内核不仅可以处理进程、线程、同步对象等操作系统对象,而且也 可以读 / 写文件、注册表和系统数据库；a. 强大的实时性才能Windows CE 强大的中断和线程调度机制和内核操作系统服务保证它为一个硬实 时操作系统；依据测试,在一个主频为 以 达到 40-60u& 8 b. 强大的开发工具支持200MHz 的参考系统中, Windows CE 的实时 性最小可Platform Buil

29、der是 Windows CE 操作系统的开发工具,它集成了一个完全的IDE 接口,使平台设计者可以完全在IDE 中快速创建、调试和部署windows CE 操作系统；Win dows CE 使用与 windows95 / 98/ NT/ 2022 相同的 WiIl32 编程模型,是 开Will32API 的一 个子集；发人员可以便利的使用Microsoft Embedded Visual C+以及 Visual Studio.Net来开 发基于Windows CE 的应用程序； Windows CE 开发工具集成的模拟器答应开发人员不依 赖于目标硬件在开发工作站上完成操作系统和应用程序的开发

30、、调试和部署,大大加速了 开发迸程；Win dows CE 系统框架Windows CE 为一种分层结构,从底层向上分别为硬件层、和OEM 层、操作系统层应用层；这种层次性的结构试图尽量将硬件和软件、操作系统和应用程序隔离 开,以便于实现系统的移植,便于进行硬件、驱动程序、操作系统和应用程序等开发人员 分工合作、并行开发；硬件层硬件层是指由 CPU 、储备器、 I, O 端口、扩展板卡等组成的嵌入式硬件系统,是 Windows CE 操作系统必不行少的载体；OEM 层OEM 层主要由 CSP 代码和 BSP 代码组成,其中CSP 支持不同的微处理器体系结构,而BSP 支持不同的微处理器扩展和外

31、设,它由 组成；5. 操作系统层Boot Loader 、OAL 和驱动程序代码操作系统层既要为下层OEM 层供应接口和服务,也要为上层的应用程序供应服务于应用程序编程接口,操作系统层主要有以下模块：核心、块、多Core DLL 、对象储备模媒体技术模块、图形窗口和时间系统模块、设备治理器模块、通信服务与网络模 块、应用和服务开发模块6. 应用层应用层是在操作系统供应的 Win32 API 的基础上,由 Wn32 API 构建的应用程序 组成；一部分是由 Windows CE 供应的应用程序,另一部分是用户依据自身设备需要定 制开发的应用程序；9 3.4 嵌入式软件平台开发341 Boot L

32、oader 开发Boot Loader 是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序,通过这段程序,可以 初始化硬件设备、建立系统的内存空间映射图,从而将系统的软硬件环境带到一个 已知的状态,以便为最终的调用操作系统内核预备好正确的环境,开发步骤如下：创建编译环境Platform Builder集成开发环境供应了命令行编译壳用来编译Eboot 源代码；打开命令提示符窗口,第一设置_WINCEROOT 环境变量：WinCE 安装目录,set_WINCEROUT=wince50 ; 其中 为用户的然后进入目录：cd%_WINCEROOT%publiccommonoakmisc: 处理命令,为特定的开发

33、预备环境变量；运行 Wince.bat 文件； wince.bat 为 批输入命令： Sysgen ；这个命令将创建 Boot Loader 需要的静态库；实现 Startup 函数Startup 函数是 Boot Loader 的入口代码,是CPU 最先执行的代码也是最先编写的源代码,其主要完成CPU 的初始化工作；实现 Main 函数Main 函数由 Boot Loader 的 Starup 函数调用 , 而 Main 函数接着调用 Blcommon 库 中的BootloaderMain 函数；在 _WINCEROOT%Platformsmdk2410SrcBootloadereboot

34、下创建一个名为ma in .c 的文件,并添加代码如下：void ma in void Bootloader Mai n; SpinFo rever; 完成以上功能之后, BootLoader 将跳转到主代码中执行,主代码包括对嵌入式开 发平台的掌握和下载 Windows CE 内核文件等功能；一般 OEM 启动代码都是用汇编 编写,而主10 代码一般用 C 语言编写,它负责其它全部任务,在执行的同时仍能够将执行的相 关信息显示在屏幕上；配置文件编写Platform Build 集成环境下需要编写配置文件帮助开发Eboot ,配置文件包括sources 文件、 makefile 文件和 .bi

35、b 文件；source 文件和 makefile 文件用于掌握Boot Loader 的编译操作, makefile 文件驱动编译过程,而编译信息来自于source 文件；Makefile.def ,在编译工具确定要编译的源文件makefile 文件包含一个通用的配置文件的时候,它设置一个内部环境变量；编译工具可以使用 变量来调Makefile.def 设置的环境用编译器、链接器和其他工具；通过 Malcefile . def 文件中定义的规章,编译工具编译源文件中特定的源代码并且链接任何目标模块；.bib 文件可以定义操作系统镜像要加载的模块文件,细化物理储备的空间安排,详细描述了 Boot

36、 Loader 所使用的内存布局；OAL 开发OAL 是 Windows CE 内核与目标硬件之间的一个代码层,主要来处理内核与目标硬件. 一甀设备之间的通信；下面结合S3C2410 的 BSP 中的详细代码对OAL 进行分析；攀昀戀昀戀 .愀攀攀.搀 . 一甀洀戀攀爀攀搀开. .昀. . .搀. .戀. 戀挀昀昀 . 攀tarup 函数Boot Loader 和 OAL 中均包含 Startup 函数；它的功能大致相同,都是要初始化最 小硬件环境, Boot Loader 是在为自己的执行预备硬件环境,0AL 就是为 kemel 的执行 预备硬件环境；假如可以确定这一硬件部分Boot Loa

37、der 己经初始化过,就在OAL 中不必重复；. 一甀.搀 . 一甀洀戀攀爀攀搀开. .昀. . .搀. .戀. 戀挀昀昀 . 攀攀昀戀昀戀 .愀攀攀EMInit 函数OEMInit 函数由内核初始化函数调用,它的最小任务是设置在 初始Startup 中没有进行化的其余硬件并注册中断,并可以添加附加代码来初始化可选的函数指针和可选 得变量来加强系统的功能； OEMInit 主要完成以下功能：初始化中断、初始化总线信息、启动 KITL 、初始化电源治理、初始化可编程中断掌握器、初始化时钟、初始化内存；.搀.一甀洀戀攀爀攀搀开. .昀. .搀.戀.戀挀昀昀 .攀攀昀戀昀戀 .愀攀攀 .一核输入 /

38、输出内核的输入 / 输出函数指 OEMloControl 函数；当设备驱动程序或应用程序调用KenelloControl 函数并传递一个 IOCTL 时, Windows CE 内核会依次调用 OEMIoControl 函数, 0EMIoControl 函数答应设备驱动程序或应用程序与内核模式的 OAL 代码进行通信；11 .搀.一甀洀戀攀爀攀搀开. .昀. .搀.戀.戀挀昀昀 .攀攀昀戀昀戀 .愀攀攀 .一断处理Windows CE 的中断实际上是由两部分 ISR 和 IST 组成的；其中 IST 包含在驱动 程序中,而 ISR 包含在 OAL 层中；所以要想支持一个硬件发生中断的话,第一必

39、需从 OAL 层为其作好预备,一般分两步完成：一是创建中断标识符,二是创建并注册 ISR；调试串口Win dows CE 设置了一个默认的串口作为调试信息的输出,用户通过调试命令打 印调试信息的时候, WinCE 系统就将此打印信息从默认的调试串口输出；留意Win dows CE 下默认的调试串口与串口驱动不是一个概念,即便是默认的调试串口能用的话,也 不能说明它的驱动己经做好了,只能说它能发送 Win CE 的调试数据343 Windows CE 内核定制本课题是通过 Platform Builder5.0 （简称 PB）软件来定制 WINCE 操作系统的；在定 制系统之前,第一应安装主板支

40、持软件包（BSP ）, 它是一个包括启动程序、OEM 适配层程序（ OAL ）、标准开发板（ SDB）和相关硬件设备的驱动程序的软件包；一般由 开发板厂家供应,然后依据自己需要进行修改；用 PB 创建一个操作系统主要分成生成新平台、定制平台生成映像文件、下载平台 3 部分；（1）生成新平台启动 PB, 在 File 中挑选 NEW Platform ,依据向导依次挑选 BSP ,挑选平台的应用 程序和媒体,挑选平台的网络和通信,最终点击完成；这样一个新的平台就生成 了；定制平台生成映像文件同样是在 PB 环境中定制平台；将前面安装好的BSP 中的驱动程序加到平台中,在本课题设计中,需要加入的驱

41、动有：CE.NET,FAT 文件储备系统；MFC,Standard SDK for Windows 在此过程中,可以将自己写好的驱动程序和应用程序,通过编写 Win dows CEComponet （CEC）文件,生成新的BSP ,加入到要定制的平台中去；完成定制之后,运行Build 中的 Gen erate Platform Headers通过后在运行Build 中 的Build Platform, 编译通过后运行 n k.bi n ,这就Make Image ,生成映像文件；此文件名称为是我们最终需要的烧写文件；在此过程中,很重要一步就是生成 SDK （软件开发工具包 ）；（3）下载平台得

42、到烧写文件 nk.bin 后,就要将它下载到我们的开发板中去；WIN CE 系统的烧写分12 为两部分文件烧写： Bootloader 和 nk.bin ；3.5 ARM 技术介绍ARM 既可以认为是一个公司的名字,也可以认为是对一类微处理器的通称,仍 可以认为是一种技术的名字；ARM 公司自 1990 年 11 月在英国剑桥成立以来,在32 位 RISC CPU开发领域不断取得突破；目前,ARM 公司供应七个处理器核系列：ARM7 、AEM9 、ARM9E 、ARM10E 、ARM11 、SecurCore 以及 Cortex ；ARM 技术已遍及工业掌握、消费类 电子产品、通讯系统网络系统

43、、无线系统等各类市场,并逐步渗入到我们生活的各个方面r；ARM 公司始终以 IP 的身份向各大半导体制造出售只是产权,而自己不介入芯片 的生产和销售,加上其设计的芯片具有低功耗、成本低、高性能、高效率等显著优 点,因此获得众多半导体厂家和整机厂商的 32 位 RISC 嵌入式市场； 世界各大半导体生产 商从 ARM公司购买其设计的 ARM 微处理器核,依据各自不同的应用领域,假如适当的外 围电路,从而形成自己的 ARM 微处理器芯片进入市场；ARM 处理器的体系结构RISC 体系结构RISC 体系结构是针对传统的CISC 固有的缺点提出来的；经过大量的争论和分析,发现在 CISC 的指令集中大

44、致有20% 的指令被反复调用,使用量约占整个程序的80%; 而有80% 左右的指令就很少使用,其使用量约占整个程序的 简洁地减少指令,而是使其更加简洁合理,提高运算速度；较高的简20% ；RISC 体系结构并非RISC 结构优先选取使用频率单指令,防止复杂指令：将指令长度固定,指令格式和寻址方式种类削减；以逻 辑掌握为主,不用或少用微码掌握；RISC 指令集能使流水线处理器更有效地执行,仍 能使编译器使编译器生成更优化的代码；ARM/Thumb 双指令集ARM 微处理器同时支持 ARM 指令集和 Thumb 指令集； ARM 指令集 32 位的指 令集,把一些常用的 ARM 指令压缩成 16

45、位操作码就得到了 Thumb 指令集；在执行时,16 位指令透明的实时解压缩成为全32 位 ARM 指令且没有性能缺失；虽然Thumb 指令是 16 位长度,但其操作寄存器中全部为 32 位值,而且数据拜访和取指令使用的也是全 32 位地 址； Thumb指令集为 ARM 指令集的功能子集,可节约 30%-40% 以上的储备空间,同时具备 32 位代码的全部优点；13 寄存器结构ARM 处理器共有 37 个处理器,被分为如干个组包括31 个通用寄存器和6 个状态寄存器,均为 32 位；ARM920T 微处理器概述ARM920T 内核以 ARM9TDMI 为处理器核心,实现了MMU 内存治理单元

46、 、 AMBA 先进微掌握器总线体系结构 总线以及分开的16KB 指令 Cache 和 16KB 数据Cacha 内存治理单元 MMUARM920T 处理器核的页面寻址方式基本上和 ARM720T 处理器核相同,支持 64KB 大页, 4KB 小页, 1KB 微小页等页面的变换和拜访；由于 ARM920T 处理器采纳了 分别式的指令 Cache 和数据 Cache, 故也有相应的指令 Cache 结构I-MMU 和数据 D-MMU ；ARM920T 处理器核采纳分别式 Cache 结构,指令 cache 和数据 Cache 都为 16KB ,采纳分段 CAM RAM 的 64 路相联映像方式,

47、每个 个字； Cache的剔除算法采纳随机法和循环法；写缓冲器Cache 分为 8 段,每段 64 行,每 行 8ARM920T 处理器核的写缓冲器可以缓冲 4 个地址和 16 个数据字；14 第四章 系统硬件及 GPS 模块设计4.1 总体硬件设计方案整体电路框图如图 4-1 所示：图 4d 系统总体砒件图 |GPS 导航定位系统的设计可分为S3C2410 处理器和 GPS 模块电路,其中GPS 模 块将接收到的定位数据通过串口传送给处理器,完成 4.1.1 系统硬件的挑选 在本硬件平台上采纳的处理器是三星公司的GPS 的导航定位功能；S3C2410A 储备模块采纳 FLASH ,和SDRA

48、M 供应系统所需的内存,其中 FLASH 采纳的是 K9F1208UDM ,SDRAM 采纳的是三星公司的两片 K4S561632C-TC75 芯片；电源采纳 3.3V 和 1.8V 供电,系统处理 器芯片采纳 1.8V 供电,储备模块采纳 3.3V 供电；显示模块采纳的是 PD064VT5, 它是一 种用非晶硅 TFT 作为开关器件的有源矩阵液晶显示器；S3C2410 处理器ARM 处理器的选型需要综合考虑多方面的内容包括ARM 处理器内核版本、 CPU 工作频率、片内储备器容量、片内外围电路、成本以及技术支持等；针对所设计的GPS 定 位系统、 GPS 信号采集和信息处理显示等任务,我们选

49、用三星公司的 S3C2410 处理器；S3C2410 处理器是一款基于 要是15 ARM920T 内核的 16/ 32 位 RISC 嵌入式微处理器 ,主面对手持设备以及高性价比、低功耗的应用；为降低系统成本,S3C2410 处理器内部集成了 SDRAM 内存掌握器、 NAND Flash 掌握器、 LCD 掌握器、等多种接口；以下是 S3C2410 的一些基本特性：RISC 体系结构,支持 32 位 ARM 指令集和 16 位的 Thumb 指令集；五级整数流水线 包括预取、译码、执行、访存和写入 ,指令执行效率更高；全性能的 MMU,支持虚拟储备系统,可以稳固运行 内部高级掌握总线 AMB

50、A 体系结构；支持从 NAND FLASH 储备器启动,带有WinCE 以及 Linux 操作系 统；4KB 内部启动引导缓冲区；它带有 55 个中断源 看门狗定时器 ,5 个定时器 , 9 个 UART,24 个外部中断 ,4 个 DMA,2 个 RTC,2 个 ADC,1 个 I2C,2 个 SPI,2 个 USB, 一个 LCD 和一个电池治理 ;外部中 断源的触发模式可为电平触发也可为边沿触发；对紧急中断恳求支持FIQ 快速中断恳求 LCD 掌握器支持 TFT, 支持“640X 480320240 ,160X160 等多种屏幕尺寸；三通道 UART 串口,可编程波特率,可基于 DMA

51、或中断方式工作 ,四通道 PWM 定时器,I/O 口, 8 通道 10 位 ADC 和触摸屏接口, USB 主设备, USB 从设备等；内核工作电压 ：1.8V 最高 200MHZ,2.0V 最高 266MHZ,3 . 3V 储备器工作电压3V 外围 I/O 工作电压；4.2 系统硬件电路设计在系统的框架图中, SDRAM K9F1208UDM 和 SDRAM K4S561632C都使用 3.3V 电源供电, FLASH 模块的 WE ,ALE ,CLE ,CE ,RE ,RnB 制器相脚分别与 S3C2410A 的 FLASH 控连, 8 个 I/O 口分别与系统数据总线 DATA31:0

52、相连； SDRAM 模块的nscs ,nsras ,nseas ,nWE ,LDQM , UDQM,SCKE ,SCLK 脚与 S3C2410 的储备掌握器 相连,A0-A12,BA0,BA1 分别与系统的数据总线的 ADDR26:0 相连； LCD 模块的HSYNC,VSYNC,DENB,CLK 及数据位经过电平转换 j 分别与 LCD 掌握器相连,GPS 模块引脚与 MAX232 相连后经过电平转换与系统的串口相连；如图 4-2 所示：16 图 4-2 系统硬件平台接线图17sr3-oHxNXz we npI.i H f魯1 3 3 $ . 2y；呼8 c 一 loau2li.rc*20M

53、KMby89 awE呻83NHAOW&SV2窝OOPCJWCV3y3 d.5 0 H . *5a .口P P R1 4I8338b .a8 o421 电源电路电源电路是整个系统工作的基础,设计的好坏直接影响系统的稳固性；设计电源 应考虑的因素有：输出的电压、电流、功率；输入的电压、电流；安全因素；输出 纹波：电池兼容和电磁干扰；体积限制；功率限制等；为了简化系统电源电路的设计,要求整个系统的输入电压为高质量的 5V 直流稳压电源,输入电压经转换器可完成5V 到 3.3V 和 1.8V 的电压转换,如图4-3,4-4 所 示：叫r r 9 TJ1图 4-4 1.8V 电源电路4.2.2 串口电路

54、串行口是运算机一种常用的接口,具有连接线少,通讯简洁,得到广泛的使用 常18 用的串口是 RS-232-C 接口,它是在 1970 年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统,调制解调器厂家及运算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准；RS-232-C 采纳的标准接口是 9 芯或 26 芯的 D 型插头,常用 9 芯 D 型插头；要完 成最基本的串行通信功能,实际上只需要 RXD,TXD, 和 GND 就可以,但由于 RS- 232-C 标准所定义的高低电平规律与 S3C2410A 的异步串行接口不同,两者之间通信必需 进行电平转换,因此采纳的器件是图 4-5 电平转换原理图Flash 电

55、路MAX232CPE ,如图 4-5 所示：FLASH 是一种非易失,可在系统内用电擦写,掉电后信息不丢失的储备器；它具 有低功耗、大容量、擦写速度快、可整片或分扇区在系统编程、擦除等特点,并且 可由内部嵌入的算法完成对芯片的操作,在各种嵌入式系统中得到了广泛的应用；FLASH 在系统中通常用于存放程序代码、常量表以及一些在系统掉电后需要储存的用户数据 等；19 由于微掌握器需要储备在非易失的储备介质中以确保掉电后程序也不丢失,目前 用的比较多的是 FLASH ,FLASH 又有 NOR 和 NAND FLASHH 两种,考虑到大容 量的 NOR FLASH 成本较高, S3C2410 支持

56、NAND FLASH 启动方式,因此挑选 NAND FLASH 用于存 放程序代码、常量表以及一些在系统掉电后需要储存的用户数据等；在此系统中我们使用 K9F1208UDM 作为 NAND FLASH 储备器； K9F1208UDM 的储备 容量为 64MB, 数据总线宽度为 8 位,工作电压为 2.7-3.6V ,采纳 TSOP-48 封装 ; 仅需要 3.3V电压即可完成在系统的编程与擦除操作,图 4-6 所示：图 4-6 FLASH 储备电路424 SDRAM 电路S3C2410 与 NAND FLASH 连接关系如SDRAM 具有容量大、存取速度快、低成本的特点,因而广泛应用到微机处理

57、系 统中；SDRAM 主要用来存放执行代码和变量,是系统启动之后主要进行存取操作的存 储器；由于 SDRAM 需要定时刷新以保住储备的数据,因而要求微处理器具有刷新掌握逻 辑；20 了； 4.2.5 显示电路 图 4-7 SDRAM 储备电路 K4S561632C 和 S3C2410 的连线原 理如图4-7 所示32M ,工作电压为 3.3V；兼容 LVTTL 接口, 16 位数据宽度； SDRAM 接口；目 前常用的 SDRAM 为 8 位/ 16 位数据宽度；本设计中采纳两片三星号不导通,为“ 0 时启用； VCC 与 GND 分别接 5V 电源和地,这样信号就从A 传到 B 本 LCD

58、模块采用的是 PD064VT5, 它是一种液晶显示器；从 CPU 的 LCD 掌握器出来K4S561632C-TC75 芯片构建 32 位的 SDRAM 储备系统；每片 K4S561632C 的存 储容量为低电平常信号由“B 端输入“A 端输出；“E 为使能端,如该引脚为“ 1” A 端的信输入输出端口转换用,DIR= “ 1 高电平常信号由“A 端输入“B 端输出, DIR= “ O” 信号和数据信号外,仍需要一个 22V 左右的工作电压和上千伏的背 光电压；引脚 DIR 为的信号线包括 24 根数据线和如干掌握线；对于 256 色 LCD 只需要其中低 8 位数据线即 S3C2410 及其

59、他一些 ARM 芯片在片内具有独立的 便利的与可；这些信号线是经过 到 LCD 模块的, 8 位 LCD 模块除了需要掌握21 SDRAM 刷新掌握规律,可以 74HC245 隔离后接GPS 模块电路设计GPS 模块挑选在本设计中挑选的 GPS 接收模块为丽浪公司生产的 R36, 该模块使用串口与开发 板进行通讯；由于该模块使用 TTL 电平,为了将 GPS 模块与板子的串口相连,需要 设计一个EIA 与 TTL 电平的转换电路 ,同时仍要设计一个为 22 GPS 模块供电的供电电路；它也适用于一个发送端,几个接收端都能够同时接收的回路；它使用的是异步的串行通讯,其串行通讯的参数如下：波特率：

60、 9600 数据位： 8bit 停止位： 1 奇偶校验位：无 本系统采纳 GPS R36 模块,它已将天线集成在整个模块中,它采纳 SISR star chipset 芯片组；其定位精度小于 10m ,超高灵敏度达 -159dbm , 冷/暖/热启动时间 42/38/1 秒；内建锂电池,便利快速定位,体积小巧,内建被动式天线；信号环GPS-R36 在窗口里面弱境下,卫星仰角只有7 度,卫星信号只有14 的信号强度都可以精确快速定位；GPS 模块与主机的串口通信在此设计中采纳的是RS-232-C 串口接口,它适合与数据传输速率在0-20220bit/s 范围内的通信,它的电器特性为：在 TXD