基于ARM處理器的車載GPS系統設計方案

概述：本文設計了一套基于ARM處理器的車載GPS系統，采用AT91RM9200處理器為硬件平臺，在該處理器上移植Linux操作系統，利用操作系統的資源編寫程序實現GPS和GPRS的功能在車載GPS系統中的應用。本文提供了一套切實可行的具有實時監控能力的車載GPS衛星定位系統設計方案。

1 引言

車載GPS定位終端在過去十年內已經成為汽車工業發展的焦點。在歐美國家和日本，車載GPS定位終端在最近幾年內得以廣泛的應用。車載GPS定位終端是融全球衛星定位技術(GPS)和現代無線通信技術于一體的高科技系統。該終端的主要功能是通過GPS模塊從衛星獲取GPS數據,將移動車輛的動態位置(經度、緯度、時間、速度)等信息實時地通過無線通信鏈路上傳至監控中心,同時接收監控中心發送的控制命令。目前的車輛監控系統中大多采用GSM通信網以短信息的方式進行通信,不能充分滿足實際應用的需要。而GPRS(General Packet Radio Service)通用分組無線業務是一種以分組交換技術為基礎,采用IP數據網絡協議的高效數據傳輸網絡，可以彌補GSM網絡的不足。車載GPS定位終端不僅在智能交通系統中擔負主要作用，同時還可以提供防盜防搶劫報警，公交車報站，物流車輛調度等多種服務。

2 車載GPS定位系統的硬件設計

本部分介紹車載GPS定位系統硬件系統的設計方案，著重闡述嵌入式處理器AT91RM9200硬件系統的設計，GPS衛星數據采集模塊的接口設計和GPRS通信模塊接口的設計。如圖1所示，車載GPS定位系統的硬件結構主要由GPRS接收模塊、GPS接收模塊、SDRAM,FLASH存儲器模塊、串口通信模塊，以及外圍模塊組成。

圖1 車載GPS定位系統的硬件結構組成

2.1 GPRS接收模塊電路設計

GPRS模塊負責主電路板與監控中心的通信任務，它將處理好了的GPS數據通過網絡發送給監控中心，并接收監控中心發送給主電路板的控制命令，該模塊直接影響到這個車載終端的實際使用效果。

本系統選用的GPRS模塊是由索尼愛立信公司推出的GR47模塊，該模塊的主要特點是內置TCP/TP協議棧。它允許一個TCP/UDP傳輸機制以最小的前期配置和操作來被使用。其內嵌控制器方便集成客戶的應用，減少外部控制器的需求。GR47支持雙頻GSM寬帶900MHz/1800MHz，可通過SMS短消息服務、CSD、HSCSD或GPRS來發送或接收資料，并可處理語音及傳真。其TCP/IP協議棧也可通過AT命令或嵌入式應用進行訪問。由于GR47模塊內嵌了TCP/IP協議棧，所以可以直接用AT命令對其進行控制，使用起來非常方便。圖2描述了GPRS通信模塊的串口電路設計。

圖2 GPRS模塊的串口電路設計圖

2.2 GPRS模塊的SIM卡電路設計

GR47模塊帶有一個SIM卡的接口，遵從IS07816 IC卡標準。通過電線與外部擴展的SIM卡盒相連。圖3描述了GPRS模塊的SIM卡電路設計。

圖3 GPRS模塊SIM卡電路設計圖

2.3 GPS接收模塊電路設計

GPS模塊負責接收GPS定位衛星發送的導航電文，他通過串行接口與主電路板相連接，是實現接收GPS數據的關鍵。

對于GPS模塊的選擇而言，通常從技術參數，支持的通信協議，控制接口和成本幾個方面考慮。目前商用的GPS模塊，大都支持12通道，采用C/A編碼，NMEA0183協議，通過RS232接口控制。本系統選用的GPS衛星數據采集模塊為上海麗浪公司出品的GPS-R25型GPS模塊，具有以下特性:12通道C/A碼接收控制，可同時監控12路衛星信號；內部集成16位ARM7TDMI處理內核；電池會在正常的使用過程中充電；GPS衛星采集模塊的誤差范圍為1～5米；2種接口連接且用戶可自選波特率；達到工業級的標準并且防水。并且該模塊即可以通過RS-232的串口與主電路板相連接，也可以通過PS2接口與主電路板相連接，使用起來非常方便。

2.4 FLASH存儲器電路設計

Flash存儲器是一種可在系統電擦寫，掉電后信息不丟失的存儲器。作為一種非易失性存儲器，Flash在系統中通常用于存放程序代碼、常量表以及一些在系統掉電后需要保存的用戶數據等。系統采用了一片K9F5608U0A的NAND型Flash，K9F5608U0A是三星公司生產的K9XXXXXU0A系列閃存中的一種，32MB容量，讀寫速度快，數據保存時間長以及高達10萬次的擦除寫入壽命等優點。該芯片具有一個八位的I/O端口。在CE為低電平時，把WE置低，地址、命令和數據都可通過該端口寫入。數據在WE的上升沿被鎖存，CLE和ALE分別用來控制對命令和地址的鎖存。同時K9F5608U0A具有較強的糾錯功能，能夠最大限度地保護用戶數據。