基于SOPC技術的便攜式定位系統設計

定位數據的采集主要采集GPS和數字指南針的定位數據，采用串口接收中斷的方式。NIOS II中，串口包括6個16位的寄存器，在軟件中對應的數據結構為：

typedef volatile struct
{ int np_uartrxdata; //接收數據寄存器，只讀
int np_uarttxdata; //發送數據寄存器，只寫
int np_uartstatus; //狀態寄存器，只讀
int np_uartcontrol; //控制寄存器，可讀寫
int np_uartdivisor; // 波特率除數寄存器，可讀寫
int np_uartendofpacket; // 數據包結束符寄存器，可讀寫
} np_uart;

串口被當成字符設備，對其訪問可以通過標準輸入(stdin)和標準輸出(stdio)來完成，也可以通過打開和寫文件的方式，本系統采用直接訪問寄存器方式，采用系統自動生成的訪問宏，這樣可以采用精簡Newlib C，減少程序代碼長度，并采用串口中斷方式接收數據，NIOS II中使用中斷首先要向系統注冊，并且要打開硬件中斷。中斷采集GPS信號主要程序如下：

IOWR_ALTERA_AVALON_UART_CONTROL(UART2_BASE, 0X80) //向串口2控制寄存器寫命令字，打開串口2接收中斷，0x80為開接收中斷命令字，串口2為與GPS模塊通信串口。
int alt_irq_register (alt_u32 UART2_IRQ,
void* context,
void (*UART2_ISR)(void*, alt_u32));
//向系統注冊中斷，UART2_IRQ為串口2中斷號，中斷號越小優先級越高，context為中斷服務程序UART2_ISR ( ) 的一個形參
Static UART2_ISR (void *contex,alt_u32 id)
//中斷服務程序，串口有數據送入引起串口中斷，執行該服務程序
{ *[buffer+i]=IORD_ALTERA_AVALON_UART_RXDATA(UART2_BASE)
//從串口2接收GPS定位數據，并存入緩沖。
… …
}

3.3.3 定時器中斷方式程序實現

系統采用定時中斷方式與監控中心通信，將定位數據發往監控中心。NIOS II提供了兩種類型的時鐘，HAL系統時鐘(HAL system clock)和基于時標驅動(timestamp driver)的時鐘，后者適用于對時鐘具有高精度的場合。系統時鐘提供了定時的功能，使用定時器和使用中斷方式一樣，首先要通過alt_alarm_start ( )函數向系統注冊一個時鐘中斷，再在時鐘中斷服務程序中實現GPRS發送，alt_alarm_start ( )函數聲明如下：

alt_alarm_start (alarm,alt_ticks_per_second( ),GPRS_ISR ( ),NULL)
其中alarm為定時中斷變量，由系統自動初始化，第二個形參為注冊時鐘中斷后多長時間后開始執行服務程序，alt_ticks_per_second ( )為每秒系統時鐘的“滴答”數，此處為一秒后開始執行，GPRS_ISR ( )為服務程序，NULL為服務程序的形參，此處為空。

定時中斷服務程序完成將定位數據通過GPRS模塊發往監控中心，通過串口向GPRS寫數據實現，通過下條語句實現：IOWR_ALTERA_AVALON_UART_TXDATA(BASE, DATA) //向串口寫數據，BASE為串口基地址，DATA為要寫入數據。
3.4 軟件開發中應注意的問題

針對NIOS II軟核處理軟件開發特點，總結以下需要注意的幾點：

(1) HAL系統庫作為NIOSⅡ處理器支持的軟件包，可以給軟件開發人員提供便利，包括自動初始化系統，可以使用ANSI C標準庫等，但這樣是以增加代碼長度為代價的。

(2) 進行NIOSⅡ軟核處理器的嵌入式軟件開發時可以通過多種方式減少軟件代碼和提高工作效率，包括使用自定義初始化函數alt_main( )，使用精簡Newlib C庫，優化軟件編譯參數，自定義指令等，但這樣無疑對軟件開發人員提出了更高的要求。

(3) 編寫中斷服務程序時要注意防止系統“死鎖”，尤其是使用ANSI C標準庫函數訪問IO設備時。

4 試驗結果

該系統樣機與GPS單一定位的定位系統在武漢徐東地下通道進行了對比試驗。試驗結果如圖5、圖6所示。從對比結果可以看出，GPS單一定位的定位系統在地下通道區出現了定位盲區，而本系統接收終端在地下通道行走時，監控中心地圖上還可以實時顯示軌跡，克服了以往單一GPS定位系統的定位盲區，驗證了該系統的可行性并體現了其優越性。

5 總結

圖5 GPS單一定位軌跡 圖6 本系統定位軌跡

本文采用SOPC技術，設計并實現了一種基于NIOSII軟核處理器的便攜式組合定位系統，并采用GPS和數字指南針組合定位，克服了單一GPS定位的盲區。與傳統的便攜式定位產品相比，該系統具有開發周期短，開發成本低，產品生命周期長，適用范圍廣等優點。該系統體積小，便于攜帶，并可以縫制在衣服、飾物品中。適合于老人、小孩、智障人群佩戴，以便對他們進行監控，防止他們走失，也適合一些特殊行業，例如郵政、公安、電力、冶金行業，市場前景可觀。