基于Linux的車載物流終端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

馬麗潔

（內(nèi)蒙古電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070）

1 引言

自改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)取得了長(zhǎng)足發(fā)展，人們生活日新月異，汽車不再是單獨(dú)物體，而日益成為聯(lián)絡(luò)人類各種活動(dòng)的載體。汽車在方便人們生活的同時(shí)，也因數(shù)量劇增，給城市交通帶來(lái)了巨大問(wèn)題。而汽車數(shù)量激增所導(dǎo)致的交通擁堵，不僅影響了廣大居民的日常生活，更是給城市規(guī)劃、道路建設(shè)、道路維護(hù)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。如何高效監(jiān)管、監(jiān)測(cè)、預(yù)警、調(diào)控汽車數(shù)量和汽車使用，以保證人們的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全，成為相關(guān)部門不得不面對(duì)的問(wèn)題。

車載物流終端通過(guò)綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)、通訊、衛(wèi)星定位等技術(shù)，為使用者提供多種多樣的服務(wù)，旨在優(yōu)化智能汽車內(nèi)的服務(wù)效果，為用戶提供更加安全、更加舒適的服務(wù)，減緩對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān)。此外，由汽車電腦、行車記錄儀、智能導(dǎo)航儀和車載多媒體等儀器組成的車載信息系統(tǒng)具有諸多實(shí)用的功能，如提高汽車的綜合性能、保證駕駛員的安全、簡(jiǎn)化駕駛員的操作等，有效地解決了城市交通安全、擁堵等問(wèn)題。

因此，本文旨在為城市交通調(diào)度管理能力的提高與車輛安全管理的改善，提出一種有效的解決方案，即構(gòu)建一個(gè)嵌入式Linux車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)的車載終端。該終端融合了GPS的定位系統(tǒng)和GPRS的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的實(shí)用性、易用性、功能多元性，且功耗較少。

2 車載物流終端的組織構(gòu)成及工作原理

2.1 車載物流終端的組織構(gòu)成

當(dāng)前，車載物流終端主要由GPRS通信系統(tǒng)、監(jiān)控中心以及最核心的部件—車載終端組成。該終端主要包括的功能單元有ARM嵌入式系統(tǒng)、安全防盜系統(tǒng)、GPS衛(wèi)星接收模塊和GPRS無(wú)線通信模塊。GPRS無(wú)線鏈路是建立在GSM/GPRS移動(dòng)通信公眾網(wǎng)的基礎(chǔ)上，因此包括的支撐節(jié)點(diǎn)主要有基站控制器（MSC）、業(yè)務(wù)支撐節(jié)點(diǎn)（SGSN）以及網(wǎng)關(guān)支撐節(jié)點(diǎn)（GGSN）。而該終端的監(jiān)控中心則是由網(wǎng)關(guān)和信息服務(wù)器組成。

2.2 車載物流終端的工作原理

車載物流終端的工作原理十分復(fù)雜，首先，GPS衛(wèi)星接收模塊對(duì)GPS衛(wèi)星發(fā)出的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、計(jì)算，這一環(huán)節(jié)的目的在于快速、準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)、及時(shí)地確定車輛地理位置。其次，上述有關(guān)行進(jìn)或駐地車輛的信息將經(jīng)由ARM嵌入式系統(tǒng)加以處理，然后在GPRS無(wú)線通信模塊的輔助下準(zhǔn)確無(wú)誤地發(fā)送到GPRS無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。第三，當(dāng)GPRS網(wǎng)絡(luò)接收到相關(guān)信息后，會(huì)自動(dòng)依照協(xié)議或指令，在車載終端與處于工作狀態(tài)（聯(lián)網(wǎng)）的監(jiān)控中心之間建立一條數(shù)據(jù)通道，該數(shù)據(jù)通道支持TCP/IP協(xié)議。第四，監(jiān)控中心綜合利用數(shù)據(jù)庫(kù)和WebGIS技術(shù)，將行進(jìn)或駐地車輛的地理位置標(biāo)注在電子地圖上。此外，監(jiān)控中心還有一個(gè)重要的功能，即利用建立的通道進(jìn)一步向下一級(jí)發(fā)送控制命令或服務(wù)信息。換言之，車載終端不是一個(gè)單一的車輛定位系統(tǒng)，是兼具移動(dòng)電話服務(wù)等各類信息服務(wù)和安全、調(diào)度等多種管理功能的全面而綜合的系統(tǒng)。

（1）語(yǔ)音與固定信息顯示。車載物流終端擁有強(qiáng)大的漢字書(shū)寫(xiě)功能、較全的漢字庫(kù)，即信息存儲(chǔ)功能強(qiáng)，因此在信息查詢、路程估價(jià)等方面的功能十分強(qiáng)大。具體表現(xiàn)為，當(dāng)查詢指令發(fā)出后，相關(guān)信息會(huì)在LCD液晶顯示屏上快速地以漢字或模擬圖的形式顯示出來(lái)，如出發(fā)地點(diǎn)、目的地、里程數(shù)等。

（2）顯示移動(dòng)信息。在車輛的行進(jìn)中，車載物流終端能夠?qū)崟r(shí)地通過(guò)語(yǔ)音或模擬圖的形式報(bào)告行車路線、車輛行駛路況，甚至包括交通信息。

（3）GPS導(dǎo)航和定位功能。車載物流終端將城市甚至地圖數(shù)字化。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)（如遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)等）的快速發(fā)展，可以將車載物流終端看作是集成通信、導(dǎo)航等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)平臺(tái)。能夠?yàn)轳{駛員提供清晰、路程最短的的行車路線。

（4）車輛監(jiān)控功能。車載物流終端還集成了監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以利用GIS和可視化的界面，接收監(jiān)控中心的多種監(jiān)測(cè)結(jié)果，并且能夠發(fā)出多種遙控指令。因此，在監(jiān)控系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的共同作用下，監(jiān)控中心能夠?qū)ζ噷?shí)現(xiàn)安防領(lǐng)域等多種遠(yuǎn)程控制。

（5）黑匣子功能。車載物流終端還可以作為一個(gè)“黑匣子”，實(shí)時(shí)記載車輛的行駛狀況，以便一旦發(fā)生交通事故，交通管理部門可以利用該系統(tǒng)及時(shí)收集證據(jù)、確定事故的責(zé)任方，以便有效解決問(wèn)題。

3 車載物流終端的硬件設(shè)計(jì)

上述分析表明，車載物流終端具有強(qiáng)大的功能，這些功能需要諸多硬件作為支撐，主要包括GPRS無(wú)線通信模塊、ARM處理單元、語(yǔ)音播報(bào)單元、文字圖形顯示單位、GPS接收模塊等。而在整個(gè)系統(tǒng)中，中央處理單元的作用舉足輕重。通過(guò)綜合權(quán)衡系統(tǒng)性能、綜合考慮產(chǎn)品成本等因素，設(shè)計(jì)如下方案：

（1）中央處理器選擇ARM7TDMI內(nèi)核的LPC2292。該型號(hào)的處理器屬于微型處理器，是由飛利浦公司專門為手持設(shè)備打造的一款16/32位RISC處理器，該處理器價(jià)格低、功耗小、性能高、體積小。與其它處理器相比，它具有一個(gè)顯著的特征，使用了由ARM有限公司打造的16/32位ARM7TDMI RISC處理器作為其核心部分，即CPU核心。在此基礎(chǔ)上，一整套系統(tǒng)外圍設(shè)備的配置有效地降低了整個(gè)系統(tǒng)的成本，大大減少了該系統(tǒng)對(duì)其它硬件的需求。

值得說(shuō)明的是，LPC2292微型處理器包括了數(shù)十種內(nèi)部設(shè)備，能夠最大限度地發(fā)揮該處理器的功效。具體的內(nèi)部設(shè)備見(jiàn)表1。

（2）GPRS無(wú)線通信模塊。該模塊的功能是支持GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而能夠有效地承載數(shù)據(jù)、圖形、語(yǔ)音及傳真等多種業(yè)務(wù)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用由西門子公司設(shè)計(jì)的MC35I。該設(shè)備擁有超級(jí)語(yǔ)音功能模塊，其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為：一是內(nèi)置語(yǔ)音處理電路；二是擁有單獨(dú)的語(yǔ)音接口。此外，通過(guò)在車載終端上設(shè)計(jì)操作鍵盤和顯示器，用戶就能夠安全地使用移動(dòng)電話。

表1 LPC2292微型處理器的內(nèi)部設(shè)備

值得指出的是，通過(guò)將中央處理器的LPC2292和GPRS無(wú)線通信模塊的MC35I連接成一個(gè)串行口，便可以實(shí)現(xiàn)信息的傳輸，并進(jìn)一步將傳輸速度設(shè)置為115 200bps。此外，在兩者之間的物理接口上，還需要安裝如下設(shè)備：諸如DCD數(shù)據(jù)載波檢測(cè)、DTR終端檢測(cè)等。前者主要是MC35I的配套設(shè)備，其功能表現(xiàn)為檢測(cè)MC35I模塊處于何種狀態(tài)，是正在傳送數(shù)據(jù)還是傳送命令。而后者則是用來(lái)檢測(cè)數(shù)據(jù)或者命令的傳送是否結(jié)束。

（3）GPS接收模塊。GPS接收模塊采用TFAG30，該設(shè)備由飛鷹公司設(shè)計(jì)，與LPC2292通信組成串行口，傳輸速度高達(dá)9 600bps。GPS接收模塊內(nèi)置ARM7處理器且具有12路衛(wèi)星通道，主要用途為支持DGPS正常運(yùn)行。該模塊能實(shí)現(xiàn)較高的目標(biāo)移動(dòng)速度和較準(zhǔn)的精度，分別為515m/s和25m。為了有效地避免射頻等外部干擾對(duì)系統(tǒng)中其他單元的不良影響，該模塊由全金屬外殼封閉，而內(nèi)部設(shè)計(jì)也十分緊湊，整個(gè)模塊大小約為30×40×7（單位均為mm）。

（4）語(yǔ)音合成模塊。對(duì)于絕大多數(shù)駕駛員而言，在車輛行進(jìn)過(guò)程中，尤其是在高速路段上行駛時(shí)，數(shù)據(jù)讀取十分困難，容易漏掉一些非常重要的信息。對(duì)此，設(shè)計(jì)了一個(gè)TTS文本語(yǔ)音播報(bào)單元，即XF-S3011語(yǔ)音合成模塊。該模塊的最大功能是將原有需要閱讀的信息轉(zhuǎn)化為聲波的形式，這就極大地降低了司機(jī)的危險(xiǎn)，保證了駕駛?cè)藛T的安全。

需要說(shuō)明的是，XF-S3011是以IIC與LPC2292為技術(shù)支撐。鍵盤電路由鎖存器和緩沖器共同組成，使用的型號(hào)分別為74HC273和74LVCH244。而LCD則是一款由行/列驅(qū)動(dòng)器與192×64全點(diǎn)陣組成的液晶顯示器，可以快速地呈現(xiàn)出圖形矩陣，型號(hào)為WDT-19264B。當(dāng)然，該顯示器不僅可以顯示出圖形，還可以顯示出文字。

4 車載物流終端的軟件設(shè)計(jì)

車載物流終端除了需要完備的硬件以外，還需要三個(gè)主要的軟件。

（1）U-Boot移植軟件。該軟件是一款嵌入式MCU的Boot-loader程序，支持該軟件的對(duì)象有許多種，其中一個(gè)重要的對(duì)象是ARM7TDMI系列芯片。該軟件除了支持嵌入式以外，還包含許多開(kāi)發(fā)板實(shí)例。CPU文件夾目錄下同時(shí)存放MCU文件和Board文件，而開(kāi)發(fā)板的相關(guān)程度就放在Board文件夾中。而開(kāi)發(fā)板移植的重點(diǎn)工作就是針對(duì)上述CPU下兩個(gè)文件夾的相關(guān)代碼進(jìn)行修改。為了減緩工作量，選擇對(duì)Board文件下的相關(guān)代碼進(jìn)行修改是一個(gè)很好的舉措。具體移植過(guò)程如下：

①建立一個(gè)交叉編譯環(huán)境。首先，Linux系統(tǒng)中的make工具為U-Boot提供了一個(gè)有效的管理和編譯環(huán)境。之所以不采用宿主機(jī)的工具是因?yàn)榍度胧降木幾g環(huán)境必須交叉編譯。如嘗試?yán)胊rm-linux-gcc-3.3.2.bz.tar建立上述環(huán)境，具體操作為，在根目錄中利用上述壓縮文件系統(tǒng)生成一個(gè)交叉編譯環(huán)境。

②為創(chuàng)建的新平臺(tái)移植U-Boot。

③配置U-Boot中處理器和開(kāi)發(fā)板其他硬件。

④生成U-Boot映象。首先，編譯選項(xiàng)是編譯工作得到實(shí)現(xiàn)的一個(gè)重要工具。具體操作為在Makefile文件夾中增添pav_config編譯說(shuō)明。其次，通過(guò)make clean、make pav_config和make三種命令實(shí)現(xiàn)編譯。在實(shí)現(xiàn)編譯后就會(huì)生成以u(píng)-boot為命名的三個(gè)文件，其中三個(gè)文件的擴(kuò)展名分別為無(wú)、.bin、.srec。并進(jìn)一步將上述文件下載到目標(biāo)板中。

（2）移植uClinux內(nèi)核。車載終端選用的操作系統(tǒng)為uC-linux。它是一個(gè)由Linco公司維護(hù)的嵌入式操作系統(tǒng)，是Linux2.0/2.4內(nèi)核的派生品。該系統(tǒng)具有獨(dú)特性：第一，專門適合于沒(méi)有MMU的CPU；第二，簡(jiǎn)化工作；第三，體積小；第四，適用于沒(méi)有MMU和虛擬內(nèi)存的處理器，因此，對(duì)于那此內(nèi)存小且嵌入式的系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一個(gè)絕佳的選擇；第五，移植性能穩(wěn)定；第六，網(wǎng)絡(luò)功能完善；第七，支持絕大多數(shù)文件系統(tǒng)；第八，具有精準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的、豐富的APT。

進(jìn)一步，本文選擇的uClinux內(nèi)核版本為uClinux-dist-20070130.tar.gz。uClinux內(nèi)核移植的詳細(xì)步驟如下。

①修改編譯選項(xiàng)（Makefile），指定交叉編譯器；

②對(duì)flash進(jìn)行分區(qū)，并將其劃分為禁止Flash ECC校驗(yàn)區(qū)、指定啟動(dòng)時(shí)初始化區(qū)等。

③設(shè)置啟動(dòng)時(shí)支持掛載jaffs2，為了實(shí)現(xiàn)該功能可以對(duì)fs/Kconfig進(jìn)行修改。

④生成以.config為擴(kuò)展名的文件，為了實(shí)現(xiàn)該功能可以運(yùn)行make menuconfig命令。

⑤修改I/O端口、存儲(chǔ)單元及驅(qū)動(dòng)等，使其與選擇的硬件相匹配。

⑥通過(guò)make命令實(shí)現(xiàn)uImage映象。

（3）開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序。利用Linux編程，在裝有Red-hat9.0的宿主機(jī)上編寫(xiě)程序。然后按照上述過(guò)程，首先實(shí)現(xiàn)交叉編譯；其次傳送到Linux的文件系統(tǒng)；第三，修改終端上的啟動(dòng)文件以實(shí)現(xiàn)程序運(yùn)行；第四，在通上適合的電流后，裝載、啟動(dòng)上述操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)。

5 結(jié)論

本文的目標(biāo)是提出一個(gè)車載終端的方案，該方案是一個(gè)融合嵌入式Linux監(jiān)管系統(tǒng)、微處理器實(shí)用又成熟的操作系統(tǒng)。并且融合了GPS定位技術(shù)、GIS技術(shù)、GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。該車載終端的性能高、功能穩(wěn)定、實(shí)用強(qiáng)、精準(zhǔn)度高、數(shù)據(jù)傳送速度快、可擴(kuò)展性好，其開(kāi)發(fā)能極大地緩解城市交通擁堵問(wèn)題，為交通調(diào)度管理和車輛安全管理提供一個(gè)有效的解決方案。

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