基于ARM的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：我國(guó)汽車保有量逐年增加，這既是我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的實(shí)際體現(xiàn)，也對(duì)汽車系統(tǒng)提出了更多更高的要求。汽車導(dǎo)航系統(tǒng)是汽車的重要構(gòu)成系統(tǒng)之一，能夠?qū)ζ囆阅艿陌l(fā)揮起到關(guān)鍵作用。近些年，基于ARM對(duì)汽車導(dǎo)航系統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)已經(jīng)成為潮流趨勢(shì)，因此需要加強(qiáng)對(duì)這方面的研究?；诖?，本文首先對(duì)ARM進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，然后從汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)出發(fā)，深入論述了ARM在其中的運(yùn)用，希望可以對(duì)相關(guān)人員起到一定參考作用。

關(guān)鍵詞：ARM；汽車導(dǎo)航系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；運(yùn)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.258

0 引言

汽車導(dǎo)航系統(tǒng)是為駕駛者指引路線、規(guī)劃路線的重要系統(tǒng)，其對(duì)于安全行車、合理行車具有極其重要的作用。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，不僅提出了多元化功能的實(shí)際要求，還提出了高靈敏度、高反應(yīng)度的要求。因此，可以將ARM運(yùn)用到導(dǎo)航系統(tǒng)當(dāng)中，以實(shí)現(xiàn)這一目的。

1 ARM

Acorn公司推出了一款面向低端市場(chǎng)的RISC微型處理器，在推出前期被稱之為Acorn RISC Machine，后來(lái)逐漸被簡(jiǎn)化為ARM。該處理器是32位設(shè)計(jì)，同時(shí)還配備了16位指令集。相較于傳統(tǒng)的32位處理器而言，該型處理器能夠?qū)崿F(xiàn)35%的代碼節(jié)省，并且能夠完全保留住32位系統(tǒng)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際的運(yùn)用中，ARM處理器表現(xiàn)出的非常顯著的特點(diǎn)，一是兼具16位和32位雙指令集，二是能耗很低，三是具有諸多合作伙伴。隨著ARM處理器的不斷發(fā)展，其運(yùn)用領(lǐng)域也越來(lái)越多，在2011年微軟就已經(jīng)宣布全面支持ARM處理器，而在2012年，AMD又宣布將會(huì)設(shè)計(jì)64位的ARM處理器。在諸多國(guó)際廠商的支持下，ARM處理器的運(yùn)用前景不斷寬廣，目前在汽車導(dǎo)航系統(tǒng)中進(jìn)行運(yùn)用已經(jīng)成為業(yè)界的熱點(diǎn)話題，引起了廣泛的討論。

2 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)中ARM的運(yùn)用

2.1 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)

汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的主要功能就是為消費(fèi)者提供導(dǎo)航服務(wù)，使其能夠明確前方道路的路況、目標(biāo)、路徑以及引導(dǎo)等，使消費(fèi)者能夠穿過(guò)陌生環(huán)境達(dá)到目的地。從導(dǎo)航系統(tǒng)所具備的功能上來(lái)講，其構(gòu)成部分主要包括了GPS模塊、核心系統(tǒng)電路、SD卡、觸摸屏、RS232串口等。GPS是導(dǎo)航系統(tǒng)的核心部分，也是基于GPS的定位功能，才能實(shí)現(xiàn)汽車導(dǎo)航服務(wù)。因此，GPS模塊的作用就是接受定位信號(hào)，RS232串口就是將GPS的定位信號(hào)傳遞給ARM處理器，SD卡的作用就是存儲(chǔ)相關(guān)的地理信息數(shù)據(jù)，觸摸屏的功能就是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

2.2 硬件設(shè)計(jì)

在進(jìn)行汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，硬件設(shè)計(jì)是最為基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)，其一般主要是由GPS系統(tǒng)、ARM處理器、DR航位推算系統(tǒng)、顯示單元、處理單元等組成。進(jìn)行GPS/DR導(dǎo)航組合子系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，第一步就是數(shù)據(jù)采集，這可以將汽車運(yùn)動(dòng)看作二維運(yùn)動(dòng)，通過(guò)對(duì)航向角度變化以及行駛距離的測(cè)量，就可以得出車輛目前的具體位置。所以，為了得到角速度，可以選擇CRS03陀螺儀進(jìn)行角速度測(cè)量，其基于硅性MEMS技術(shù)，能夠應(yīng)對(duì)劇烈的震動(dòng)和沖擊，工作穩(wěn)定能非常優(yōu)越。行駛距離的測(cè)量主要是靠脈沖信號(hào)發(fā)生電路和運(yùn)動(dòng)拾取裝置聯(lián)合測(cè)量，在車輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，就可以發(fā)出一個(gè)固定脈沖，通過(guò)對(duì)行駛時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)進(jìn)行測(cè)量，就可以得到行駛距離。第二步，信息融合。在采集到相關(guān)的數(shù)據(jù)信息之后，需要進(jìn)行信息融合處理，其一般可以通過(guò)卡爾曼濾波器進(jìn)行。其在處理過(guò)程上可以看作是兩級(jí)數(shù)據(jù)處理，通信息分配原則對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)之間的相關(guān)性進(jìn)行消除，確保局部傳感器和分配后的信息能夠?qū)崿F(xiàn)融合，以實(shí)現(xiàn)局部傳感器信息更新的目的。將局部傳感器更新后的信息進(jìn)行再融合，就可以得到全新的全局狀態(tài)。在整個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)之中，其正常工作條件下DR系統(tǒng)包含了3個(gè)濾波器，在航向信息和位移信息這兩處分別有一個(gè)濾波器，通過(guò)局部濾波器進(jìn)行處理推算，就可以得出導(dǎo)航信息。在此基礎(chǔ)上，將GPS導(dǎo)航信息和DR信息聯(lián)合輸送到主濾波器當(dāng)中，以此便能形成精度很高的導(dǎo)航信息。第三步，設(shè)計(jì)LCD子系統(tǒng)。在汽車的導(dǎo)航系統(tǒng)之中，可以采取點(diǎn)陣式彩色液晶顯示屏，因?yàn)閮?nèi)嵌控制器能夠支持，這就不需要再進(jìn)行LCD顯示控制器的外接，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化。利用內(nèi)嵌式的LCD控制器，其主要采用DMA方式顯示緩存圖像，在將其傳輸?shù)酵獠侩娐贰?/p>

2.3 軟件設(shè)計(jì)

在ARM處理器基礎(chǔ)上進(jìn)行汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，可以在ADS1.2環(huán)境下進(jìn)行開發(fā)，以實(shí)現(xiàn)程序編制。該開發(fā)環(huán)境主要是通過(guò)C語(yǔ)言進(jìn)行變現(xiàn)，完成整體編譯、調(diào)試運(yùn)行之后，在確保程序正常的基礎(chǔ)上，可以通過(guò)ADS1.2開發(fā)環(huán)境中的片上調(diào)試功能，將設(shè)計(jì)的源程序燒錄到FLASH之中，如此，只需將電源和JTAG斷開之后再進(jìn)行重啟，就可以實(shí)現(xiàn)控制程序的脫機(jī)運(yùn)行了。從具體流程上來(lái)說(shuō)，在ARM處理器之下的GPS/DR組合導(dǎo)航系統(tǒng)的具體流程可以分為：開始→初始化系統(tǒng)→接受GPS數(shù)據(jù)→接受DR數(shù)據(jù)→融合信息→匹配地圖→LCD顯示→等待刷新時(shí)間→接受GPS數(shù)據(jù)······通過(guò)這一程序可以看出，在系統(tǒng)開啟之后，就可以一直循環(huán)執(zhí)行接受GPS數(shù)據(jù)之后的全部程序。在GPS和DR系統(tǒng)將接受到的相關(guān)數(shù)據(jù)全部傳輸出去之后，就可以通過(guò)相應(yīng)的軟件對(duì)兩套數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)空同步，在憑借卡爾曼濾波器進(jìn)行處理，再進(jìn)行校正計(jì)算。通過(guò)GPS和DR組合處理數(shù)據(jù)，既可以實(shí)時(shí)進(jìn)行，也能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)后進(jìn)行，給予了導(dǎo)航系統(tǒng)更多靈活的空間。

3 結(jié)束語(yǔ)

在汽車導(dǎo)航相關(guān)研究不斷深入的背景下，開始有越來(lái)越多的人將ARM運(yùn)用到導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中。因此，對(duì)于相關(guān)研究人員而言，必須要先認(rèn)識(shí)到ARM的本質(zhì)內(nèi)涵，理解其和汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的結(jié)合點(diǎn)。然后，在剖析汽車導(dǎo)航系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)上，從硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面加強(qiáng)ARM的運(yùn)用，以便實(shí)現(xiàn)提高汽車導(dǎo)航系統(tǒng)性能和質(zhì)量的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]王曉寧，王振臣，姚帆.基于ARM的車載導(dǎo)航系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010（13）：162-164.

[2]馬永勝，金志華，王俊璞.基于ARM的車載導(dǎo)航計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010（01）：35-37.

作者簡(jiǎn)介：劉永剛，碩士，講師，研究方向：機(jī)械電子工程。