BD2/GPS雙模車載導(dǎo)航終端整體設(shè)計方案——科技論文

    北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是由中國自行研發(fā)的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)（GNSS），是繼美國的全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯的格洛納斯（GLONASS）定位系統(tǒng)之后世界第三個成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

    車載導(dǎo)航市場從2010年開始進入一個快速發(fā)展的時期，有業(yè)內(nèi)專家稱，2010年到2016年，中國車載導(dǎo)航市場將迎來第二個五年發(fā)展時期，或?qū)⒊尸F(xiàn)井噴式的發(fā)展。但是目前，GPS系統(tǒng)占據(jù)著全世界民用市場94%、中國民用市場95%的份額。如果中國沒有獨立的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，那么GPS在導(dǎo)航市場一統(tǒng)天下的局面將一直延續(xù)下去，巨大的利潤將拱手送人，以1986年為例，當(dāng)時一臺一般精度的GPS定位儀價格5萬美元，高精度的則達到10萬美元?，F(xiàn)在價格雖然有所下降，但也可推算出20年來GPS“收獲頗豐”。以GPS為代表的衛(wèi)星導(dǎo)航定位應(yīng)用產(chǎn)業(yè)，已成為八大無線產(chǎn)業(yè)之一。據(jù)美國國家公共管理研究院進行的調(diào)查評估表明，GPS的全球銷售額將以每年38%的速度增長，2005年全球GPS市場已達到310億美元。

    北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，以下簡稱BDS），是我國正在實施的自主發(fā)展、獨立運行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，目前已經(jīng)發(fā)射16顆衛(wèi)星，建成了基本系統(tǒng)，2011年12月27日已正式提供試運行服務(wù)，并于2012年12月27日正式提供區(qū)域服務(wù)。BDS承諾為全世界用戶提供高質(zhì)量的公共免費，并承諾提供不間斷的民用信號，在車載導(dǎo)航系統(tǒng)中加入北斗星系統(tǒng)，無疑是一個“雙保險”。正式的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也被稱為北斗二號，是中國的第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，簡稱BD2，在BD2沒有完全成熟以前，BD2/GPS雙模導(dǎo)航系統(tǒng)必將是車載導(dǎo)航系統(tǒng)的過度趨勢，開展基于BD2/GPS的雙模車載導(dǎo)航系統(tǒng)研究，具有重要的應(yīng)用價值和社會價值。

一、功能需求

    基于BD2/GPS的雙模車載導(dǎo)航終端應(yīng)用功能不僅要具備常用車載導(dǎo)航終端的主要應(yīng)用功能，即衛(wèi)星導(dǎo)航、無線電話、車載娛樂（如車載收音機、車載DVD等）和報警功能；支持可擴展存儲卡（主要是SD卡和TF卡）、支持USB接口和CAN總線接口；人機交互接口除采用鍵盤外，最好還支持觸摸方式；軟件上應(yīng)該支持WinCE/Android等主流操作系統(tǒng)。還要支持BD2和GPS兩種模式導(dǎo)航，即支持BD2/GPS雙模導(dǎo)航。

二、硬件系統(tǒng)設(shè)計

    根據(jù)功能需求，要實現(xiàn)BD2/GPS雙模導(dǎo)航功能，只需要在車載導(dǎo)航終端中加入BD2和GPS雙模射頻模塊即可，該模塊集成雙通道接收機，BD2和GPS各組成一個射頻通道，兩個通道可以同時工作。因此，基于BD2/GPS的雙模車載導(dǎo)航終端硬件系統(tǒng)由主機、顯示屏、操作鍵盤和天線組成。主機包括控制芯片、BD2/GPS射頻模塊、通信模塊、語音輸入輸出模塊、LED顯示與觸屏模塊、視頻輸入模塊、電源供電模塊和各種數(shù)據(jù)接口。硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

                     圖1 基于BD2/GPS的雙模車載導(dǎo)航

2.1主控芯片

    主控芯片是基于BD2/GPS的雙模車載導(dǎo)航終端硬件系統(tǒng)的核心部件，提供系統(tǒng)的通用計算能力和主操作系統(tǒng)。采用上海航鼎TC370，TC370的特點是采用電臺積電65LP的先進制程。集成了多核的32位高性能CPU, 臺, BD2/GPS雙模定位導(dǎo)航處理基帶，2D/3D圖形加速引擎，多媒體硬件編解碼引擎，視頻輸入模塊，數(shù)字和模擬視頻輸出的顯示模塊，音頻模擬數(shù)字輸入輸出模塊，支持DDR2高速度存儲器，SD和Nand-flash大容量固態(tài)存儲，還集成了包括CAN總線，12C,UART,USB,SPI,SDIO等多種接口。芯片采用ARM1176作為主控CPU，ARM1176成熟度高，但性能高達1GHz，可提供媒體和瀏覽器功能，同時，支持嵌入式Linux/Android/WinCE/WinMobile操作系統(tǒng)，便于應(yīng)用程序的開發(fā)與擴展；協(xié)處理器采用雙ARM926EJS,可直接控制所有片內(nèi)硬件控制器和接口，是理想的主控芯片。TC370功能框圖如圖2所示。

                           圖2 主控芯片TC370功能框圖

2.2 BD2/GPS射頻模塊

    BD2/GPS射頻模塊用于提供BD2/GPS雙模雙通道的射頻信號采集與下變頻功能。采用RUNXIN的雙模雙通道射頻導(dǎo)航芯片RX3007,RX3007支持雙通道同時工作，片內(nèi)集成雙通道接收機，經(jīng)過下變頻，放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后分成兩路數(shù)字中頻信號輸出給基帶芯片。片上集成了低噪聲放大器，鏡頻抑制混頻器，自動增益控制電路，帶通濾波器，中頻放大器，壓控振蕩器，小數(shù)分頻鎖相環(huán)，模數(shù)變換器和低壓差線性穩(wěn)壓器（LOD）等電路。射頻天線支持BD2/GPS雙頻點。

2.3藍牙/FM發(fā)送模塊

    藍牙/FM發(fā)送模塊采用RDA的發(fā)送二合一芯片RDA5876, RDA5876將藍牙和調(diào)頻收音機調(diào)諧器集成到一個芯片，藍牙和FM可以同時和獨立的工作，并且整合度高，板空間少，可降低設(shè)計成本。

    射頻天線采用2.4GHzRF天線；FM發(fā)射天線通過12C（Inter-In-tegerated Circuit）配置接口完成對FM調(diào)頻的配置，通過UART(Universal Aaynchronous Receiver/Transmitter)接口完成對藍牙芯片的配置和控制。

2.4 GSM/3G通信模塊

    通信模塊用于提供無線網(wǎng)絡(luò)接入；實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，包括上行與下行通道，應(yīng)該具備在線視頻播放功能；同時，要支持 AGPS功能；支持網(wǎng)絡(luò)運營后臺業(yè)務(wù)；支持短信；并可根據(jù)需要，還支持彩信業(yè)務(wù)和支持話音通信。采用HUAWEI3G通信模塊MU509。射頻天線采用3G RF天線，支持UART配置、控制接口和USB數(shù)據(jù)傳輸接口；通過GSM或3G(WCDMA)網(wǎng)絡(luò)。

2.5語音輸入輸出模塊

    語音輸入輸出模塊可直接通過主控芯片的內(nèi)置Audio Codec完成，通過主控芯片的音頻處理子系統(tǒng)和協(xié)處理器軟件完成噪聲消除與回波抵消，兩路麥克風(fēng)差分輸入，獨立單聲道PA-Speaker,立體聲輸出3.5mm接口，內(nèi)置line-in向FM輸出，直接的PCM數(shù)字音頻接口與藍牙子系統(tǒng)的話音通路對接。

2.6 LCD顯示與觸控屏子系統(tǒng)

    LCD顯示與觸控屏子系統(tǒng)用于UI的操作界面顯示和觸屏操控。采用4bit RGB接口的7英寸或其他尺寸的LCD顯示器，并采用電阻式觸控屏，通過主芯片內(nèi)置的觸控屏控制電路，電容式觸控屏；也可根據(jù)需要采用12C控制接口。

2.7視頻輸入模塊

    視頻輸入模塊用于完成倒車影像的輸入。采用模擬視頻輸入接口，并采用模擬視頻運放，通過ADI的TV-decoder芯片ADV7180完成視頻信號的數(shù)字化轉(zhuǎn)換；通過12C控制接口實現(xiàn)配置可控制。

2.8電源

    電源為整個控制終端硬件提供供電，并確保上電次序和減除電源波動對系統(tǒng)的影響。采用車載標(biāo)準(zhǔn)12V直流供電，采用12V-9V LED driver提供LCD背光供電；通過兩路DC-DC,支持1.2V和3.4V輸出；采用多路LDO支持系統(tǒng)所需的2.5V，3.3V,采用800mAH的電池，用于系統(tǒng)穩(wěn)壓和防止突然掉電。

三、軟件系統(tǒng)設(shè)計

    軟件系統(tǒng)采用VC環(huán)境開發(fā)，容易實現(xiàn)線程、動態(tài)鏈接庫、數(shù)據(jù)庫接口等編程技術(shù)，操作系統(tǒng)支持WinCE/WinMobile/Linux/Android等主流操作系統(tǒng)。根據(jù)功能要求，終端軟件系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計為六層，即硬件層、驅(qū)動層、內(nèi)核層、服務(wù)層、應(yīng)用層和人機接口層，其中驅(qū)動層、內(nèi)核層和服務(wù)層構(gòu)成基礎(chǔ)軟件。如圖3所示。

                          圖3 軟件系統(tǒng)架構(gòu)圖

    硬件層主要指車載信息系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，包括處理器、存儲芯片、I/O、外接通信、車輛總線、導(dǎo)航、音頻和視頻；驅(qū)動層完成各種硬件芯片的驅(qū)動功能，包括內(nèi)核支持驅(qū)動、存儲芯片驅(qū)動、I/O驅(qū)動、外接通信驅(qū)動、車輛總線驅(qū)動、導(dǎo)航設(shè)備驅(qū)動、音頻設(shè)備驅(qū)動、視頻設(shè)備驅(qū)動；內(nèi)核層實現(xiàn)操作系統(tǒng)內(nèi)核，包括進程調(diào)度、文件系統(tǒng)、內(nèi)存管理、設(shè)備管理、異常管理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和虛擬機運行環(huán)境；服務(wù)層實現(xiàn)一些標(biāo)準(zhǔn)化的服務(wù)功能；應(yīng)用層利用服務(wù)層所提供的服務(wù)，而設(shè)計一系列不同的應(yīng)用；HMI(Human Machine Interface)層使用不同的人機工程界面，完成人機交互。

四、結(jié)語

    文章通過大量運用國產(chǎn)芯片來進行基于BD2/GPS的雙模車載導(dǎo)航終端系統(tǒng)設(shè)計，給出了硬件系統(tǒng)設(shè)計方案和軟件系統(tǒng)架構(gòu)，介紹了設(shè)計思路。對車載導(dǎo)航終端系統(tǒng)的進一步實現(xiàn)具有參考價值。

參考文獻

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