|
定位系統自問世后便得到了蓬勃發展，其應用已滲入到各行各業。個人消費領域引領移動定位類型科技產品集中涌現，其他領域和行業也有大量技術更新。目前各領域的定位系統主要集中在平臺和地圖的研發上，平臺配合應用要求選用硬件，地圖根據顯示要求實現軟件算法。因而，它們在定位系統的研究工作中各成體系，兼容性不強。 近年來，在定位系統設計中，硬件選擇越來越集中在幾個品牌的幾個型號上。而軟件設計方面比較分散。因而在一個兼容性強的平臺上實現軟件的集中研發，將是未來的研發方向。 這里提出一種系統構造模式，弱化硬件平臺的影響而力求最大限度的統一軟件設計。 1 系統整體設計方案 這里提出一種實用的設計方案，通過對系統的各方面配置，實現GPS實時導航功能。系統主控器件采用韓國Samsung公司生產的ARM核32位RISC微處理器S3C2410，并在由其組成的開發板上移植Linux操作系統，Linux操作系統負責系統的整體調度和控制。通過S3C2410的UART接口連接GPS接收機，用以接收NEMA0183格式的GPS定位信息。通過UART接口和GSM／GPRS模塊MC35進行通信。 為了在移動LED上實現電子地圖的繪制顯示，系統的整體層次結構框圖如圖1所示。Linux操作系統負責底層硬件的初始化和管理，并向上層提供應用接口，MiniGUI完成電子地圖在LED上的繪制，并通過Linux內核提供的應用接口與GPS接收機和GSM／GPRS模塊完成通信等功能。 2 圖形界面支持系統——MiniGUI MiniGUI是一個針對嵌入式系統的輕量級圖形界面支持系統。MiniGUI能夠在各個不同的平臺上提供最大程度的接口兼容性，可運行于AR-M、MIPS等各種主流嵌入式硬件平臺之上。它能夠提供一個輕型、資源開銷少的嵌入式圖形接口。 這里利用MiniGUI Ver l．3．3版本，將其編譯為lite版本并移植到基于ARM核的32位微處理器S3C2410上。在此基礎上，開發基于MiniG-UI的電子地圖顯示應用程序，配合GPS信號接收機實現定位導航功能。 2．1 交叉編譯MiniGUI MiniGUI從結構層次上可以分為3層，最上層是APT層，中間層是MiniGUI核心，負責維護整個窗口系統的運行，最下層由2部分組成，即圖形抽象層(GAL)和輸人抽象層(IAL)。 為了使MiniGUI能夠在不同的目標平臺上運行，必須有針對相應平臺的交叉編譯環境。根據本文的設計選用S3C2410器件，則選擇交叉編譯環境Linux-ARM，選擇Mizi公司針對Samsung公司32位ARM核RISC微處理器S3C2410設計開發的工具鏈，這樣的配置環境使軟件和硬件具有更好的兼容性。具體交叉編譯的步驟如下： 1)修改configure文件。設置make環境變量CC、LD及AR等。 2)GAL(圖形引擎)和IAL(輸入引擎)接口的實現。在MiniGUI中，GAL和IAL是MinGUI的2個基礎設施，MiniGUI的高可靠度在很大程度上也是由于這2個接口提供了獨立于硬件的抽象能力。這2個接口的抽象類似于Linux內核中的虛擬文件系統。 在具體實現一個輸入引擎(IAL)時，其中最為關鍵的是事件處理函數wait_event()的實現，MiniGUl會不斷的調用該函數，來確定在輸入引擎上是否有輸入事件發生。這里需要特別注意的是，因為MiniGUI是通過select系統調用來實現進程間通信機制的，因此在實現lite版本輸入引擎的wait_event函數時，一定要通過select函數或與其等價的poll函數實現。與此同時，在實現目標板的觸摸屏驅動時，必須要實現對應file_operations結構中的poll函數指針。即使觸摸屏驅動未提供poll函數，也要在wait_event返回之前調用select，并傳遞相關參數。 Linux系統提供了一種基礎設施——FrameBuffer，通過這個設施Linux的圖形輸出有了統一的接口。由于MiniGUI可以通過FrameBuffer獲得統一的圖形引擎接口。 因此其適應性大大提高，也就很少需要再為MiniGUI編寫GAL驅動層。 3)依次運行configure、make和make install命令，完成MiniGUl的配置和編譯。 經過上述編譯過程，會將編譯好的MiniGUI庫文件安裝在／home／MiniGUI-lite目錄下。為了減小庫文件的大小，根據需要利用config-ure命令去掉MiniGUI中一些不需要的功能，同時利用交叉編譯工具鏈中的strip命令刪除MiniGUI函數庫中的符號信息和其他一些調試信息。 2．2 MiniGUI向S3C2410上的移植 在嵌入式系統開發過程中，編譯完MiniGUI和應用程序后，把MiniGUI庫和應用程序拷貝到為目標系統準備的文件系統目錄中，然后使用相關工具生成文件系統映像，下載到目標板上。 MiniGUI在運行時需要一個配置文件，用來配置MiniGUI運行所需要的環境參數。本設計中，將配置文件MiniGUI．cfg放到目標板的／etc目錄下。另外，MiniGUI使用framebuffer作為其輸入引擎，因此在編譯Linux內核時，選擇將framebuffer相關的功能編譯到內核中去。 3 繪制基于MiniGUI的電子地圖的算法 3．1 提取電子地圖數據的算法實現 由于GUI的程序和傳統單一流程的程序不太相同，因此通過簡單的循環獲取GPS數據的方式是不可取的。該系統通過多線程的循環提取數據，每組數據的提取與處理是在一個單線程中完成的，從而避免了數據和處理的復雜交互，能更好地體現實時性。 首先，對所采用的坐標系進行說明：假定有一個形狀為嚴格矩形的地圖，其像素坐標原點為(O，0)，地圖X軸方向上的寬度為W個像素點，Y軸方向上的高度為H個像素點，地圖上某點的坐標為(X，Y)，則定義該像素點的歸一化坐標為(x／W，y／H)。對于終端而言，其覆蓋的地理范圍相對于地球半徑來說幾乎可以看作無窮小，故可以認為電子地圖所對應的經緯度坐標在其覆蓋的區域內是線性變化的。有了這2個點的坐標數據后，當從GPS接收機讀取到經緯度坐標時，根據近似的線性映射關系，就可以算出該坐標在電子地圖上的歸一化坐標。這種映射關系，根據歐式幾何原理即式(1)和式(2)，由已知的2個點可以算出點A和點B的未知參數。 要得到地圖的左上角和右下角的經緯度坐標，只需知道地圖邊界范圍內任取的2個參考點的4個參數即可。通過在某地實地采集的3個參考點，得到表l所列的坐標數據。 根據公式，上面的3個參考點共有3種組合方式，分別得出3組經緯度值，對這3組取平均值，以減少誤差，提高精度。最終求得左上角和右下角的坐標數據，如表2所示。 從而得到基準點，并將其坐標數據保存到坐標數據文件taiyuan_gps．dat中。 為了提高靈活性，這里為坐標源數據定義如下數據結構： 3．2 GPS線程 采用單線程對采集的一組數據進行讀取、解析和計算。在程序中定義一個pthread_t類型變量，代表采集并解析GPS數據的后端線程。由于GUI的前端和后端GPS線程都要訪問某些GPS數據，因此需要在線程間采用同步策略。這里利用線程鎖來實現，將其定義為GPSL0CK。它是一個pthread_mutex_t類型的變量。 對應于Point型、Pline型和Region型3種類型的地理信息，分別定義數據結構_POINT、_PLINE和_REGION。以道路為例，在程序中定義對應的_PLINE結構來描述相關信息，該結構定義如下： 3．3 MiniGUI下電子地圖的繪制 MiniGUI程序的入口點為MiniGUIMain．main函數已在MiniGUl的函數庫中定義，該函數在進行一些MiniGUI的初始化工作后調用MiniGUI-Main函數。先調用SetDesktopRect函數來設置程序的顯示區域，然后調用CreateMainWindow函數創建并顯示程序的主窗口，最終進入消息循環。 MiniGUI是消息驅動的系統，一切運作都圍繞消息進行，MiniGUI應用程序通過接收消息來與外界交互。在電子地圖的繪制過程中，主要用到MiniGUI的窗口繪制消息MSG_PAINT。該消息在需要進行窗口重繪時發送到窗口過程。MiniGUI通過判斷窗口是否含有無效區域來確定是否需要重繪，在需要進行重繪時，MiniGUI會向相應的窗口過程發送MSG_PAINT消息。MSG_TIMER則主要負責從后端GPS線程中取得當前的經緯度信息，格式化之后輸出到文本框中。 當MiniGUI主程序接收到其GPS通信子進程發送的SIGUSRl信號時，就會調用相應的信號處理函數。為了實時更新定位點在電子地圖中的位置，必須在該函數中讀取共享內存中的最新位置信息；同時根據定位點位置的變化確定需要重繪的區域，調用MiniGUI中的lnvalidateRect函數使該區域無效。通過這種方式使得最新的位置信息實時地顯示在電子地圖上。 4 結束語 隨著社會信息化的發展，GPS導航終端的使用已成燎原之勢，越來越多的設備配備定位或導航功能。本設計利用MiniGUI來實現GPS的基本功能，使地圖的繪制工作脫離繁瑣的底層硬件，大大簡化了此項工作，再配合GPS信號接收機實現實時定位導航功能。同時，本設計還有許多地方值得改進，例如通訊反饋精度和矢量化地理信息的優化顯示等。 |
