AT91 SAM9261在GPS接收机中的应用

摘要 介绍以最新的32位处理器AT9lSAM9261为控制操作平台，并在此基础上以串行方式连接GPS功能的具体方案，对于从事手持设备设计和GPS车载系统应用的研究者有一定的启发和借鉴作用。采用比较分析、理论推演和实践操作的方法证明，AT91SAM9261处理器应用于手持设备具有功耗低、功能支持全面、性价比高的特点。
关键词 车栽系统 WinCE GPS AT91SAM926l

随着科学的发展，GPS已经不是一个陌生的名词了，GPS在海湾战争中大显身手并给人以深刻的印象。GPS是由美国国防部(U．S．Department of Dcfense，DOD)开发的一套基于卫星的无线导航系统。GPS包括3个基本部分：太空部分、控制部分和用户部分。GPS的工作概念是基于卫星的距离修正。用户通过测量到太空各可视卫星的距离来计算它们的当前位置，卫星的左右相当于精确的已知参考点。空间卫星连续发射包含导航电文的双频无线电信号，用户通过用户设备(即GPS接收机)接收的卫星信号，测定用户至卫星距离或多普勒频移等观测量；根据导航电文，计算所观测时刻的卫星位置和速度，从而0计算出用户的位置和速度。本文以用户部分为重点，说明控制芯片的选择，硬件电路的设汁及软件模块的设计。

1 AT91SAM9261控制芯片简介与比较
AT91SAM926l是Atmel公司新推出的ARM9 32位处理器。将它与常用的32位处理器S3C2410作一个简单比较，以说明它的优越性能。AT91SAM926l采用了ARM926EJ-S内核并外扩了DSP指令设备和JAZELLEJava加速器。在工作频率为180 MHz的情况下，其运算速度为200MIPS。S3C24lO采用的是ARM920T内核，虽然它的主频最高可达200 MHz，但在处理诸如乘加指令时没有AT91SAM926l快，尤其在处理流媒体数据时更为明显。
AT9lSAM9261具有32 KB的ROM和160 KB的SRAM，还有新增的2个16 KB的数据缓存和指令缓存，32个I／O口，支持LCD和USB设备以及I2C总线接口和多媒体通信接口，所以开始的引导程序可以选择放在内部ROM，从而提高运行速度。160 KB的内部SRAM在播放流媒体数据时起到了很好的帧缓冲作用。S3C2410采用的是NAND F1ash肩动引导，内部无SRAM。另外，AT91SAM9261发挥了ARM926EJ-S紧密式耦合内存架构的优势，让传统(非高速缓存)SRAM直接连接到ARM处理器上而不会出现滞后情况。这样强大的处理能力使其应用于GPS系统中游刃有余。
AT91SAM926l结构框图如图l所示，内部支持LCD控制器、串行通信口(包括USB从机模块、UART、SPI以及I2C)和多媒体通信口；另外，还提供一个用于调试的JTAG接口。功耗方面，AT9lSAM926l待机电流仪为2．5μA；S3C2410为8～50μA，工作频率为500Hz时，电流消耗为400μA。在工业级温度范围内，AT91SAM926l处理器性能达200 MIPS时，即使所有外设开启，其工作电流也仅仅是65mA，而此时S3C2410的电流约为200mA。

现在，虽然市面上ARM处理器品种众多，如主流的PXA2XX系列，它们的处理速度比AT91SAM9261高；但是AT91SAM9261价格便宜，功耗低，又能满足本身设计需要，所以选择AT91SAM9261比较合适。

2 GPS接收机硬件设计
2．1 接收机系统原理和结构
如图2所示，用户设备部分由以下几个模块组成：核心硬件电路、GPS模块、液晶屏和触摸屏、PC主机和音频设备等。

图3所示核心硬件电路以AT91SAM9261应用处理器为核心，使用2片16位的SDRAM配置成32位宽度的高性能存储器，这样在读取数据时就可以以4字节为1个单位，从而加快数据的读取速度。选用16M16位闪存存储器，用于存储WinCE操作系统和电子地图信息。引导程序的启动可以选择从内部ROM或者外部ROM，采用外部引导程序启动时，可以外扩DataFlash通过串口或以太网下载引导程序启动。实际上，DataFlash是一个EEPROM结构的存储器，将NPCS0片选信号连接到DataFlash的CS中，使系统一开始时寻址到的0x00地址正好是DataFlash的0x00地址，从而启动Bootloader。

用户设备的显示部分是一个带有3．5寸触摸屏的LCD。LCD电路包括LCD时序电路、LCD电源、背光电源电路。电源输出(这里以满足SHAR LQ13351217DHOl为例)，需要+15V、+5V和-10V的直流电源电压以及由PWM控制的+2lV～+25V背光电源。在调试这几个电源电路时要注意以下几点：①由于输出的电压比较高，应避免输出引脚和其他元件短接以免发生短路。充电泵整流器的带负载能力有限，用于滤波的电容容抗不能太大。建议用陶瓷电容。③LCD部分的电流输出不是很大(4mA)，PCB的布局可以尽量紧凑；但LED电源PCB要考虑散热性能(因为输出的电流大约为20 mA)，并且尽量远离控制信号线。
2．2 GPS模块介绍
GPS模块是Atmel公司提供的。GPS模块采用的是串行输出，只要2个串行信号线就可以完成较精确的差分卫星定位。GPS模块的支持电压为2．7～3．3 V，功率小于100 mW／H。GPS模块由变频器模块(ATR0600)、信号相关模块(ATR06lO)、微处理器模块(ATR0620)组成。图4为GPS模块结构框图。