基于ARM9的嵌入式智能车载系统设计

引 言

　　随着社会经济的发展，汽车已成为人们工作、生活中不可缺少的一种交通工具。在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，开发了各种各样的电子控制系统。本文设计一种基于ARM9 S3C2410A的智能车载系统，它能够通过GPS全球定位系统和GPRS无线通信技术，实现车辆定位以及车辆与控制中心之间的数据通信，构建CAN总线控制模块用于采集车辆主要部分的工作状态，实时监控汽车的主要技术参数，并通过LCD模块显示车载信息的综合信息。

　　1 智能车载系统的功能

　　车载智能导航终端应具有如下功能：

　　车辆定位 它指通过GPS全球定位系统获取车辆的当前所处位置，包括经度、纬度、运动速度、标准时间以及海拔高度等信息；
网络通信 它采用GPRS无线通信技术，与监控中心保持联系，实时获取道路交通状况，为交通道路的智能管理提供基础；
故障检测 它通过CAN总线实时检测汽车的主要技术参数；
信息显示 它通过LCD液晶屏显示车辆位置、调度信息以及检测到的汽车技术参数。
智能车载系统可根据用户需要实现其他功能，例如通过GPRS自动报警增加自动报警功能，扩展音频设备和IDE接口设备以增加娱乐功能，通过USB接口连接图像采集设备，对车内外进行视频监控等功能。

　　2 智能车载硬件系统设计

　　本系统以S3C2410A为主控模块，扩展了64 MBNand Flash，用于存放启动代码和嵌入式Linux操作系统等；64 MB SDRAM用作系统运行时的内存；LCD提供了更好的人机交互界面，并通过串口与GPS模块相连，通过UART异步串口与GPRS模块相连，通过SPI接口与CAN总线相连，利用CAN总线挂接传感器，检测汽车主要技术参数，系统框图如图1所示。

　　2．1 主控模块

　　S3C2410A是韩国三星公司面向手持设备以及高信价比、低功耗和低价格而设计的一款基于ARM920T内核的16／32位RISC嵌入式微处理器。它采用5级流水线，资源丰富；带有独立的16 KB的指令Cache和16 KB的数据Cache，64 MB SDRAM，64 MB NandFLAsH，LCD控制器，RAM控制器，NAND内存控制器，3路UART，4路DMA，4路带PWM的定时器，并行I／O口，8路10位ADC，Touch Screen接口，I2C接口，I2S接口，2个USB接口控制器，2路SPI，其工作频率最高达到203 MHz。

　　2．2 GPS模块

　　GPS模块主要完成GPS定位信息的接收和处理。根据设计性能的要求和节约系统成本的考虑，选用的就是GARMIN公司的GPS25-LVC接收机，其内置了GPS25OEM板。该接收机与主控模块的接口方式采用RS 232兼容TTL的串行口方式，因此设计中将其与S3C2410A的串口1相连。GPS-25LVC与S3C2410A之间信号线仅需要连接GPS25-LVC的TXD1与S3C2410A的TXD1。另外，还要将GPS25-LVC的地线和电源线连接到主控板的地线和5 V电源上。

　　2．3 GPRS模块

　　GPRS模块主要完成车辆与车辆、车辆与控制中心的通信。在本系统中，GPRS模块选用MC35。MC35的数据输入／输出接口实际上是一个UART，它可以与S3C2410中的UART接口直接相连。

　　2．4 CAN总线模块

　　CAN总线模块可以使本系统与其他车载模块的连接，完成收集车辆的状态信息以及进一步控制。CAN总线模块主要包括CAN总线的控制器和收发器，在这里分别选用的是Microchip公司的MCP2510和飞利浦公司的PCA82C250。其中，CAN总线控制器MCP2510实现了CAN总线的协议，CAN总线收发器PCA82C250提供协议控制器和物理传输线路之间的接口。由于CAN总线控制器MCP2510具有SPI接口，因此，系统中将其与S3C2410A的SPI0相连。

　　2．5 故障检测模块

　　故障检测模块主要是对汽车的主要技术参数进行检测，并显示到LCD显示器上，如果检测到故障，会发出报警信号。本文主要检测的技术参数包括燃油消耗量、制动力、转向力、发动机温度、冷却液温度、前照灯，以及车内噪声和尾气等方面。该模块主要是通过各种传感器把各种信号转换为电信号，再利用信号处理电路把电信号进行相应的处理，使其能与CAN总线模块进行数据传输。

　　2．6 LCD模块

　　LCD模块用以实现信息的显示，提供一个良好的人机交互界面。本系统主控模块的处理器S3C2410内置了LCD控制器，支持STN-LCD和TFT-LCD。本文选用夏普公司的TFT-LCD模块LQ080V3DG01，该模块具有640×480的分辨率，18位的颜色深度，可与S3C2410A的LCD接口直接相连。

　　3 智能车载系统软件设计

　　由于Linux具有源代码公开、剪裁方便、移植方便等诸多优点，所以本系统选择嵌入式Linux作为软件运行平台。嵌入式Linux是将Linux内核移植到S3C2410A平台上。嵌入式Linux操作系统不仅可使软件的开发更加灵活，也能使整个系统的可靠性得到提高。该软件设计的具体流程如图2所示。

交叉编译环境是一个由