基于ETX与VxWorks的嵌入式车辆导航系统的设计

1 引言

车辆导航是一门融合了汽车、计算机、通信、交通、系统科学等领域技术的课题，一直是国内外众多高科技公司和高校研究的重点。对比而言，国内的导航系统发展比较缓慢，在硬件制造、软件功能、电子地图等方面与国外都有较大差距，迄今为止，真正实用的高质量导航产品寥寥无几；而国外的导航系统虽然软硬件水平先进，但受电子地图数据库等因素的制约，也没有大规模进入国内市场。

近年来，嵌入式系统凭借强大的功能、小巧的体积、极低的功耗等优良特性得以突飞猛进的发展，逐渐渗透到了生活的各个方面，为车辆导航系统的发展带来了新的动力。本文介绍了一种嵌入式车辆导航系统的设计方案，采用基于X86架构的ETX（Embedded Technology Extended）硬件平台和VxWorks嵌入式操作系统，在软硬件方面都能较好的满足导航系统的要求，具有良好的应用前景。

2 车辆导航系统的组成

本系统的功能框图如图-1所示，对各部分简要介绍如下：

·电子地图数据库：包含以预定格式存贮的数字地图信息，是系统的软件平台；

·定位模块：通过GPS、惯性导航系统或移动通信等方法对车辆进行定位；

·地图匹配模块：通过适当的匹配和识别过程来确定车辆在地图上的位置；

·路径规划：根据地图数据库及实时定位信息帮助驾驶员规划路线；

·路径引导：引导用户沿着所规划的路径行驶；

·人机接口：提供友好的界面允许用户与系统进行人机交互；

·无线通讯模块：允许用户与监控中心等部门实时交换信息。

结合实际的软硬件结构，本系统具体的框图如图-2所示，分成了四个层：最底层为硬件平台层，包含了ETX嵌入式CPU模块以及必要的传感器/子模块。上面三层为软件层，其中设备驱动层在硬件平台和操作系统之间充当桥梁的作用，为上一层提供了与硬件设备无关的统一接口；VxWorks系统层提供库函数、应用程序接口、任务调度机制等为用户程序提供支持；应用软件层是用户自行开发的程序，这里主要包括电子地图和导航应用程序，也是本系统的核心部分。下面从硬件和软件两方面来对系统进行介绍。

3 系统的硬件结构

（1）CPU模块

车辆导航系统对硬件平台的要求为：小型化、低功耗、接口丰富，并能适应复杂的环境。本系统选用的ETX嵌入式CPU模块能够完全满足这些要求。它采用了Intel Pentium III处理器，使用ACPI，APM1.2电源管理减低了功耗，使系统无需风扇装置散热。此外它采用了VIA VT8603/VT82C686A芯片组、S3 Savage 4显卡和VIA-enhanced 声卡，具有2个EIDE 接口, 支持Ultra DMA/33，以及4个USB 1.1，2个串口，1个EPP并口等。ETX还提供了ISA总线接口和PCI总线接口，并具有看门狗，可以有效的解决死机问题。背面的4×100pin总线定义了各种标准接口信号，使用时只需在母板设计对应的插座即可，开发起来非常方便

（2）串口扩展模块

考虑到系统需要多个串口（与上位机通信、接收GPS信息、收发短消息、与语音模块通信等），而ETX模块只自带了两个串口，故采用了 TL16C554进行串口扩展。它内部带有16字节收发FIFO的通用异步收发器，具有独立的收发控制电路控制4路标准的串行接口，通过软件可分别设置每一路的中断允许、波特率、数据帧格式等信息。TL16C554与ETX的ISA总线相连，通过一片CPLD完成两者时序的转换。由于系统的中断资源比较紧张，而且考虑到各子模块的数据不是很频繁，因此采用了4个扩展串口共享中断的方案。

（3）路径引导模块

本系统通过语音方式进行路径引导，采用了安徽科大讯飞公司生产的XF-S3111中文语音合成芯片。它是利用嵌入式中文语音合成领域的最新研究成果 ——InterSound3.0中文语音合成系统设计的一款中文语音合成芯片，通过异步串口接收待合成的文本，直接合成为语音输出，体积较小，使用方便，是一种完整的物美价廉的语音解决方案。

（4）无线通讯模块

本系统的无线通讯部分采用了短消息方式，选用了深圳科灵通科技有限公司生产的短消息模块DTR2000。它主要由西门子公司生产的工业级GSM模块和一款高性能的处理器组成，可通过短消息功能实现无线数据传送的功能，且支持中文传输。其传输数据透明，协议简单，能够方便的进行模块之间以及模块与手机之间的通讯。

（5）其它

本系统采用了GPS定位方式，通过彩色LCD进行电子地图及定位点的显示，并采用了可与ETX直接相连的CF卡作为存储设备。

4 系统的软件设计

由于车辆导航系统对多任务性、实时性、稳定性的要求比较高，因此本系统采用了VxWorks嵌入式操作系统。它包括了进程管理、存储管理、设备管理、文件系统管理、网络协议及系统应用等几个部分，而且高