基于嵌入式車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

許凱迪

摘要：本篇文章以車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為研究核心，闡述了車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)的概念和構(gòu)成，分析了車載用戶端的總體設(shè)計(jì)，又從硬件與軟件的設(shè)計(jì)方面分別對(duì)基于嵌入式的車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，期望大家能夠?qū)ζ湓O(shè)計(jì)過程與設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)有更多的了解。

關(guān)鍵詞：嵌入式;車載定位導(dǎo)航系統(tǒng);導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一.車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)的概念與構(gòu)成

車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)即就是借助GPS定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)車輛位置，路線獲取的一種便捷方式。車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)是多種先進(jìn)高科技技術(shù)綜合下的產(chǎn)物，為人們的出行帶來了很多的便利。車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)擁有比較多的功能，首先最重要的就是其導(dǎo)航功能，駕駛員將自己所在的位置以及想要去到的目的地的位置在導(dǎo)航系統(tǒng)中標(biāo)注出來，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)為其規(guī)劃出最有利出行的路線。之后是與之配套的語音提示功能，系統(tǒng)會(huì)在需要車主著重注意的地方向車主進(jìn)行語音播報(bào)提示。還有定位，測(cè)速功能等，二者都是利用衛(wèi)星信號(hào)來實(shí)現(xiàn)其功能的[1]。車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)由幾個(gè)大的模塊構(gòu)成，即匯集多種信息數(shù)據(jù)的中心服務(wù)端，進(jìn)行信息采集與上傳的探測(cè)端，最后是為用戶提供功能服務(wù)的車載移動(dòng)端。以下所論述的主要就是車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)中的車載移動(dòng)端的設(shè)計(jì)。

二.車載用戶端總體設(shè)計(jì)

基本上所有的設(shè)計(jì)方案在規(guī)劃的過程中所考慮到的因素都是大致相同的，主要的就有制作成本，制作技術(shù)難度，產(chǎn)品功能等。車載用戶端的設(shè)計(jì)也是如此。設(shè)計(jì)者在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮到用戶在使用導(dǎo)航系統(tǒng)的每一項(xiàng)功能時(shí)的需求，如在使用導(dǎo)航功能時(shí)，用戶是否需要進(jìn)行復(fù)雜的操作，在使用定位功能時(shí)，定位的精度能不能達(dá)到用戶的要求，還要根據(jù)產(chǎn)品所面向的受眾的消費(fèi)程度來預(yù)估其所能承受的產(chǎn)品價(jià)格范圍，進(jìn)而確定產(chǎn)品的成本應(yīng)該在什么樣的數(shù)值內(nèi)。

三.基于嵌入式的車載用戶端硬件設(shè)計(jì)

車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)的硬件主要包含導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，定位系統(tǒng)，顯示設(shè)備，音響設(shè)備，無線通信系統(tǒng)，控制裝置，存儲(chǔ)設(shè)備等。而在這些硬件設(shè)施中，導(dǎo)航計(jì)算機(jī)是最為核心的部件[2]。而由于其車載的限定，這些部件的體積必須足夠小，對(duì)供應(yīng)其正常運(yùn)轉(zhuǎn)的能源的消耗也要足夠低，除此之外，其操作方式也要足夠簡(jiǎn)單便捷。因而這就有了嵌入式導(dǎo)航計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用。嵌入式導(dǎo)航計(jì)算機(jī)系統(tǒng)會(huì)去除大量不必要的模塊和部件的應(yīng)用，使得整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加緊湊，所占空間更小。

另外，導(dǎo)航計(jì)算機(jī)作為實(shí)現(xiàn)車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)的各種功能的軟件的載體，其在運(yùn)行過程中是需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)的處理的，這就要求了所選擇的嵌入式導(dǎo)航計(jì)算機(jī)必須要有足夠強(qiáng)大的運(yùn)算能力。而車輛往往是在運(yùn)行中進(jìn)行車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)的使用的，所以其多數(shù)的功能都是要在車輛行駛的過程中使用的，所以作為硬件的嵌入式導(dǎo)航計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)與選擇的過程中還應(yīng)該將其抗震性能考慮進(jìn)去。

四.基于嵌入式的車載用戶端軟件設(shè)計(jì)

車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)移動(dòng)端的軟件體系的構(gòu)成是比較復(fù)雜的，在設(shè)計(jì)時(shí)所要考慮到的因素也比較多。主要的軟件體系有人機(jī)交互界面的軟件體系，核心應(yīng)用層的軟件體系，數(shù)據(jù)層的軟件體系，操作系統(tǒng)層的軟件體系，以及硬件網(wǎng)絡(luò)層的軟件體系。其中每個(gè)軟件體系中又包含多種軟件，這些軟件構(gòu)成了整個(gè)的車載定位導(dǎo)航的軟件系統(tǒng)，或獨(dú)自或組合在一起為用戶提供著各種與駕車出行相關(guān)的服務(wù)?？梢哉f，沒有這些軟件，整個(gè)的車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)就會(huì)是沒有靈魂的空殼子，完全不具備實(shí)際意義。

（一）硬件網(wǎng)絡(luò)層的軟件體系

車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)的硬件網(wǎng)絡(luò)層所包含的項(xiàng)目是比較少的，但這些又是最基礎(chǔ)的，其主要是用來幫助各種硬件的運(yùn)行的。比如說其中的GPS/DR組合定位就是車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定位功能的基礎(chǔ)，若沒有該模塊，系統(tǒng)就無法為車主提供準(zhǔn)確的車輛定位信息，那么后期的路徑規(guī)劃，引導(dǎo)，地圖匹配等功能也會(huì)因此無法實(shí)現(xiàn)。如果說整個(gè)的車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)是一座房子的話，那么硬件網(wǎng)絡(luò)層的軟件體系就是這座房子的地基，其他的上層建筑都是在這層地基上逐漸延伸向外的。

（二）操作系統(tǒng)層軟件體系

操作系統(tǒng)是非常重要且基礎(chǔ)的軟件，它幫助用戶處理其下達(dá)的各種任務(wù)命令的操作與管理，為用戶更加有條理地提供各種服務(wù)。在進(jìn)行操作系統(tǒng)的選擇時(shí)，要盡量選擇功能強(qiáng)大，包含的軟件資源豐富的操作系統(tǒng)。當(dāng)然還要確保硬件網(wǎng)絡(luò)層的軟件體系與操作系統(tǒng)是匹配的，能夠完全支持操作系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)運(yùn)行。此外，車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)要求其操作系統(tǒng)的啟動(dòng)必須足夠方便，故而操作系統(tǒng)的啟用方式必須可以脫離硬盤。設(shè)計(jì)者在進(jìn)行操作系統(tǒng)的平臺(tái)選擇時(shí)，要對(duì)這些因素進(jìn)行綜合的考慮與分析，從而選擇出最適合的平臺(tái)。

（三）數(shù)據(jù)層軟件體系

導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)層是用來存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)以及文件的，其中會(huì)涉及到嵌入式GIS。嵌入式GIS在各種嵌入式設(shè)備上運(yùn)行，它的優(yōu)勢(shì)在于其高度濃縮，精簡(jiǎn)的特性。在選擇應(yīng)用于導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)層的嵌入式GIS時(shí)，其應(yīng)具備有多種與地圖操作相關(guān)的功能，如下載更新地圖數(shù)據(jù)，放大，縮小，旋轉(zhuǎn)地圖等[3]。除此之外，還有各種信息的動(dòng)態(tài)處理，包含有實(shí)時(shí)交通，定位等信息的處理與顯示。在進(jìn)行嵌入式GIS的開發(fā)時(shí)，要選擇先進(jìn)完善的開發(fā)平臺(tái)，所開發(fā)出的嵌入式GIS才能在車載導(dǎo)航移動(dòng)設(shè)備中順利運(yùn)行。

（四）核心應(yīng)用層軟件體系

核心應(yīng)用層就如其名字一般，是整個(gè)軟件結(jié)構(gòu)中比較核心的部分。核心應(yīng)用層的存在一方面是為了支持上層應(yīng)用中的各種軟件的運(yùn)行，另一方則是為了將各個(gè)軟件系統(tǒng)層分割開來，幫助設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行車載用戶端的軟件設(shè)計(jì)時(shí)可以多個(gè)層級(jí)同時(shí)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)各個(gè)軟件結(jié)構(gòu)層的獨(dú)立存在。在進(jìn)行核心應(yīng)用層的軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，一般會(huì)根據(jù)各種軟件的作用將其再次細(xì)分為上下兩層，上層一般會(huì)用來排布一些比較常用的支撐上層應(yīng)用操作的軟件，如目的地查詢，路徑規(guī)劃等。下層排布的則是一些不太常用的模塊，如支付，用戶認(rèn)證等。

（五）人機(jī)交互界面的軟件體系

人機(jī)交互界面是車輛使用者直接與導(dǎo)航終端進(jìn)行接觸的結(jié)構(gòu)層。其主要是將下層軟件提供的各種功能進(jìn)行一個(gè)有效的系統(tǒng)集成，并將最終的操作界面向著使用者以圖標(biāo)的形式呈現(xiàn)出來。人機(jī)交互界面層軟件體系的設(shè)計(jì)并沒有多大的難度，只要在底層的各項(xiàng)軟件體系的設(shè)計(jì)中已經(jīng)打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，那么作為最上層的人機(jī)交互界面，只需要進(jìn)行一定的整合即可。設(shè)計(jì)者在進(jìn)行這一層的設(shè)計(jì)時(shí)，所要注意的是不要有所遺漏，已經(jīng)完成的所有功能一定要在這一層全部呈現(xiàn)出來，避免出現(xiàn)已設(shè)計(jì)功能無法觸發(fā)的情況出現(xiàn)。

五.結(jié)束語

車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)在現(xiàn)如今的車輛中的應(yīng)用已經(jīng)十分普及，而基于嵌入式的車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)擁有占地面積小，信息處理能力好，操作簡(jiǎn)單方便等優(yōu)勢(shì)，故而研究基于嵌入式的車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是對(duì)自身在車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的能力的一種鍛煉與提升，能夠有效幫助自己厘清整個(gè)設(shè)計(jì)的流程，幫助自己更加熟練地對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)化的應(yīng)用，是一件極為有意義的事情。

參考文獻(xiàn)：

[1]王楠. 基于ARM的嵌入式車載導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D]. 哈爾濱理工大學(xué)， 2010.

[2]黃信兵. 基于嵌入式技術(shù)的車載導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[D]. 西北農(nóng)林科技大學(xué).

[3]鈕若丹. 基于嵌入式系統(tǒng)的車載實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)[D].