基于UCOSII的車載定位系統(tǒng)軟件設計

潘承毅+李韋鵬

摘要：該文基于UCOSII嵌入式操作系統(tǒng)基礎上，設計多線程進行定位軟件架構。軟件架構包括MCU對GPS模塊信息的獲取，攝像頭數(shù)據(jù)的獲取以及通過4G模塊進行數(shù)據(jù)傳輸、以及系統(tǒng)電源管理。系統(tǒng)測試表明，該文軟件設計能有效地將GPS定位數(shù)據(jù)、攝像頭數(shù)據(jù)以及其他監(jiān)控數(shù)據(jù)有效的傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，軟件的設計可靠，運行穩(wěn)健。

關鍵詞：車載GPS； UCOSII； 定位； 軟件設計

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）26-0246-01

車載GPS系統(tǒng)對車輛的安全及監(jiān)控及其重要，一方面能及時監(jiān)控車輛的位置，一方面能提供交通事故發(fā)生前的信息。因此，當前的車輛大多數(shù)都裝載有GPS監(jiān)控系統(tǒng)。GPS監(jiān)控系統(tǒng)一般收集車輛的位置信息、路況信息以及相關的環(huán)境信息等，然后通過無線網(wǎng)絡發(fā)送到指定的監(jiān)控中心。

由于車載GPS系統(tǒng)需要提供是信息和工作邏輯不是很復雜，從節(jié)約成本和化簡開發(fā)難度，采用UCOSII嵌入式操作系統(tǒng)作為軟件開發(fā)基礎已經(jīng)能滿足要求，此外UCOSII的內(nèi)核代碼量小，需要的內(nèi)存和flash程序存儲空間不大，同時還很方便移植，基于以上諸多優(yōu)點，本文采用UCOSII作為操作系統(tǒng)進行軟件設計。

1 硬件設計

系統(tǒng)的硬件基于STM32F103開發(fā)板進行，STM32F103芯片內(nèi)集成3個串口，512KB的flash存儲空間，64KB的RAM，12位的ADC和DAC轉換模塊。本文將其中串口1用于讀取GPS模塊的信息，讀取的頻率為1Hz，串口2是用于對4G通訊模塊的控制和數(shù)據(jù)的發(fā)送。為了簡化代碼和電路圖，攝像頭模塊采用串口攝像頭PTC08，其像素30萬，提供的圖片格式為QVGA（320*240），通過串口3對PTC08進行相關的攝像控制。系統(tǒng)的框架如下：

2 軟件設計

由于STM32F103的片上flash存儲器和RAM存儲器的容量相對一般的8位32位的單片機的存儲器大，比較方便嵌入式OS的移植。本文選用UCOSII作為應用程序開發(fā)的基礎，因為UCOSII的內(nèi)核小，功能相對完整，很適合作為GPS終端的操作系統(tǒng)。

基于UCOSII的軟件架構分為三個層次，上層為應用層，即用戶代碼，用于實現(xiàn)具體的特定的功能。中層的代碼分有三類，第一類為與處理器無關的代碼，其大多數(shù)是UCOSII的內(nèi)核代碼比如任務切換、隊列管理、內(nèi)存分配與釋放等，第二類為與應該程序相關的配置文件，比如任務的優(yōu)先級配置，任務數(shù)量的配置以及內(nèi)存池的配置等。第三類代碼為與處理器有關的代碼，其中OS_CPU.H 包含與處理器相關的常量、宏及結構體等的定義，OS_CPU_C.c 是多任務棧初始化等與處理器相關的代碼，OS_CPU_A.asm 是匯編語言編寫的啟動任務、任務切換等函數(shù)。下層即為硬件層，主要是設置訪問處理器寄存器、I/O、定時器等相關的代碼。

UCOSII的內(nèi)核提供事件控制塊、事件標志組、內(nèi)存區(qū)域塊、任務控制塊以及內(nèi)存區(qū)域塊，任務優(yōu)先級為0到63，每個任務占用一個優(yōu)先級。最低優(yōu)先級的任務為系統(tǒng)自動創(chuàng)建的等待空閑任務，該任務只是簡單的執(zhí)行一個變量自增操作。

任務一般是一個帶無線循環(huán)的函數(shù)，沒有返回值。任務的創(chuàng)建是通過OSTaskCreat（）或者OSTaskCreatExt（）來實現(xiàn)。任務創(chuàng)建，內(nèi)核分配一個空閑的任務控制塊（TCB）給任務，之后對TCB的各個域進行賦值，對任務的堆棧進行初始化，其中，任務的開始代碼地址被壓入堆棧，為該任務的運行做充分準備。就緒表和就緒組做了適當?shù)奶幚?，根?jù)任務的優(yōu)先級進行了設置。任務執(zhí)行完成后也可以通過調(diào)用OSTaskDel（）進行刪除。

任務創(chuàng)建之前先要調(diào)用OSInit（）初始化內(nèi)核，任務創(chuàng)建好后，調(diào)用OSStart（）開始啟動多任務。在ucosii中任務狀態(tài)分為睡眠、就緒、等待、運行、中斷五個狀態(tài)。

本系統(tǒng)創(chuàng)建了4個任務，第一個任務是基本的初始化，即對溫度傳感器，加速度傳感器以及CPU相應的寄存器進行設置。初始化設置結束后，定時采集溫度數(shù)據(jù)和加速度的數(shù)據(jù)，然后上傳到監(jiān)控中心。

第二個任務是GPS模塊控制任務，任務的初始對GPS進行加電及其初始化設置。設置結束后，對GPS數(shù)據(jù)進行定時的接收，丟棄其他的格式的數(shù)據(jù)，只保留GPS 的NMEA-0183協(xié)議中的RMC格式。然后將數(shù)據(jù)已文本的方式保存到發(fā)送緩存區(qū)。

第三個任務為無線4G模塊控制任務，任務的開始對4G模塊進行初始化設置，等待4G模塊啟動正常后，對4G模塊進行無線連網(wǎng)設置，之后進入無限循環(huán)，在無限循環(huán)中定時對數(shù)據(jù)發(fā)送緩存區(qū)進行數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心。

第四個任務是攝像頭控制任務，任務開始對攝像頭進行初始化，之后的無限循環(huán)代碼中，根據(jù)監(jiān)控中心的需要對攝像頭進行拍照操作或錄像操作，然后讀取攝像頭的拍照數(shù)據(jù)或錄像數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)放到發(fā)送緩存中，然后發(fā)送消息通知4G模塊控制任務對發(fā)送緩存中的數(shù)據(jù)進行發(fā)送。

3 測試驗證

本系統(tǒng)的測試主要是通過監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)接收與終端上傳的信息是否相符合，測試表明本終端系統(tǒng)工作的穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸準確，及時地將GPS信息上傳到監(jiān)控中心。下面是監(jiān)控中心收到終端發(fā)回來的GPS信息的RMC格式：

4 結論

本文基于嵌入式操作系統(tǒng)ucosII進行車載定位系統(tǒng)的軟件架構進行設計，性能可靠，能很好地滿足車載GPS終端的各種功能要求。當然本文的設計還有一些不足，由于ucosII是開放源代碼，為系統(tǒng)將來進一步提升和代碼優(yōu)化提供了便利。

參考文獻：

[1] Jean J.Labrosse. uC/OS-II源碼公開的實時嵌入式操作系統(tǒng)[M]， 邵貝貝，譯. 中國電力出版社，2001.

[2] 劉承廣， 常宇鍵， 楊衛(wèi)東，等. uC/OS-II在車載GPS移動終端中的應用.微計算機信息[J]， 2005（2）：103-104.endprint