基于pxa270嵌入式开发板gps定位系统的设计

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1、黑龙江八一农垦大学黑龙江八一农垦大学Heilongjiang Bayi Agricultural University“嵌入式系统”课程结课设计（基于嵌入式（基于嵌入式 ARM 实验平台）实验平台）基于基于 PXA270 嵌入式开发板嵌入式开发板 GPS 定位系统的设计定位系统的设计学生姓名：张伟聪学生姓名：张伟聪班班 级：级：08 级级 1 班班学学 号：号：20084073109专专 业：电气工程及其自动化业：电气工程及其自动化- 1 -目录1 系统概 述.（2）2 系统硬件组 成.（2）2.1 Intel XScale PXA270 处理器系统存储器接 口（2）2.2 系统电源设 计.（

2、3）3 嵌入式系统软件设 计（3）3.1 GPS 模块输出的信息的提 取.（3）3.2 坐标转 换.（4）3.3 电子地图重 构.（5）4 仿真测 试.（6）5 结束 语.（6）- 2 -GPS 具有性能好、精度高、应用广的特点，是迄今为止应用最广泛的导航定位系统。 将 GPS 与嵌入式技术融合在一起，形成一个嵌入式的地理平台，是当前 GPS 领域的一个重 要趋势。本文是在 PXA270 嵌入式开发板和 GPS 模块上开发实现的。在 Linux 下的嵌入式 开发环境中，利用 C+设计完成定位。嵌入式系统利用软件设计主要完成 GPS 定位信号的 处理、电子地图的移植、地球坐标的转换、定位的显示等

3、功能。 1 系系统统概述概述嵌入式系统是控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行装置；是软件和硬件的综 合体，可涵盖机械等附属装置；有着友好的人机界面，支持 LCD 及 GPS 模块；主要完成提取 GPS 定位信号的数据、坐标转换、电子地图的显示等功能。软件设计流程如图 1 所示。2 系系统统硬件硬件组组成成 整个系统以 PXA270 处理器为核心，以音频输入输出接口，红外接口，10/100M 自适应 以太网口，触摸屏接口等为外围接口，通过宽温高亮度 LCD 实现视频输出。系统框图如图 1所示。2.1 Intel XScale PXA270 处理器的系统存储器接口 Intel XSclae PX

4、A270 处理器集成了存储单元控制器，其外部的存储总线接口支持：SDRAM、FLASH、ROM、SRAM、PC 卡等。2.1.1 SDRAM 电路的设计- 3 -SDRAM 选用 Hynix 的 HY57V561620C，其组织形式为 4 Banks x 4M x 16Bit，单片容量为 32MB，采用 3.30.3V 单电源供电，封装形式为标准 54 引脚 TSOP-II，属于 16 位的 数据总线宽度，选用两片并联的方式，使 SDRAM 的总线宽度达到 32 位。两片 SDRAM 的 32 条数据线分别连到 PXA270 的高 16 位地址和低 16 位地址上。HY57V561620C 的

5、时钟频 率分了 100MHz166MHz 四个档，这里选用 133MHz 这一档的芯片。2.1.2 FLASH 电路的设计 嵌入式应用程序一般直接存在板子上的 Flash 芯片中，根据应用的不同可选用不同容 量和速度的芯片，在这里选用的是 Intel 的同步 FLASH 28F256L18，单片容量为 32MB，采 用 1.8V 单电源供电，封装形式为标准 79 脚的 VF BGA，选用两片并联的方式，使 FLASH 的总线宽度达到 32 位。两片 FLASH 的 32 条数据线分别连到 PXA270 的高 16 位地址和低16 位地址上。2.2 系统电源设计 系统采用 TPS65020 为

6、PXA270 供电，此解决方案除了高效率之外还可以提供业界最 佳的瞬态响应，且不会影响静态电源电流和效率，是便携设备处理器电源的理想解决方案。2.2.1 TPS65020 芯片简介 TPS65020 是德州仪器推出的一款电源转换芯片，该器件可以满足基于 XScale 的多媒 体设备的电源需要。TPS65020 电源管理单元集成了高性能模拟构建块，可帮助由单节锂离 子(Li-ion)电池供电的应用支持多种电压。该器件带有三个具备集成 FET 的同步降压 DC/DC 转换器、三个线性稳压器(LDO)以及一个 I2C 通信接口，可实现全面的可编程性与内核电压 的动态缩放。 2.2.2 TPS6502

7、0 供电原理 TPS65020 包含的三个同步降压转换器在大负载电流时，一般运行在 1.5MHZ 固定频 率的脉宽调制。在轻负载电流时，转换器自动进入电源省电模式，并运行在脉冲频率调制。 VDCDC1 转换器能传送 1.2A 的输出电流，VDCDC2 转换器能传送 1A 的电流，VDCDC3 转 换器能传送 800mA 的电流。三个转换器的输出电压是由 DEFDCDC1，DEFDCDC2，DEFDCDC3 三个管脚分别来设置。本设计中将 DEFDCDC1,DEFDCDC2,DEFDCDC3 一并连接到 VCC 上，所以， VDCDC1,VDCDC2,VDCDC3 的电压分别为 3.3V，2.5

8、V，和 1.55V。LDO1 默认设置电压是 1.3V，LDO2 默认设置电压是 1.1V。它们分别为 PXA270 处理 器的 VCC-PLL 和 VCC-SRAM 管脚提供电压。 3 嵌入式系嵌入式系统软统软件件设计设计 31 GPS模块输出的信息的提取GPS 模块通电后，会自动搜索卫星信号，并把计算数据从串口输出。所有 GPS 接 收机以通用的 NMEA 格式输出数据。NMEA-0183 协议定义的语句较多，但常用且兼容性较 广的语句只有：$GPGGA、$GPGSA、$GPGSV、$GPRMC、$GPVTG、$GPGLL 等。如图 2 所示。- 4 -用串口连接宿主机与开发板的串口 0。

9、宿主机进入 Linux，打开 Minicom 终端。设置波特率 115 200，8 位数据，1 位停止，无校验，无流控。串口的设备文件为devttyS*，其中，ttyS0 为串口 1，ttyS1 为串口 2，以此类推。在对串口通信之前，首先要对串口参数进行初始化、设置它的属性以保证通信双方的通信参数保持一致。初始化完串口，就可以进行读取操作了。由于 GPS 发送的数据类型都是以&GPGGA 符号开头，所以检测&GPGGA 符号，进而进行下一步的处理。关键代码如下：3 2 坐坐标转换标转换GPS 模块输出的地理坐标是 WGS-84 坐标系。而国内地图一般是以 54 北京坐标系作高 斯-克吕格平面

10、投影。所以必须作一个坐标转换，即将 GPS 坐标(WGS-84 坐标系)转换到电 子地图坐标(54 北京坐标系)。坐标转换的具体步骤如下： (1)空间直角坐标转换成国家大地坐标，国家大地坐标转换成地图平面坐标。 (2)由于 x，y 的具体推算过程复杂，这里就不全部列举，其结果如下(3)地图平面坐标转换成屏幕坐标。例地图比例尺为 1：k，窗口要显示的区域长、宽各为 M 和 N，窗口像素点位 AB 点，则定位数据 xs，ys 在窗口上坐标分别为- 5 -3 3 电电子地子地图图重构重构一般来说，电子地图包含的数据格式都不能直接用在嵌入式平台，所以需要对电 子地图的数据进行提取、存储、重构。目前主要

11、使用的是桌面电子地图系统 MapInfo，它是美 国 MapInfo 公司的桌面地理信息系统软件，具有数据可视化、信息地图化的桌面解决方案。 MapInfo 数据格式主要分为 tab 和 mif 两种格式。MIF 格式是 MapInfo 公司提供的一种与外 界交换数据的机制。它主要用于保存空间对象的几何数据。将电子地图的数据读出后，再在 嵌入式平台下，用绘图工具重新组成电子地图即可。部分实现代码如下- 6 -4.仿真仿真测试测试点测试、线测试、面测试如图 3 所示。5.结结束束语语整个测距定位系统在 PXA270 嵌入式开发系统下完成，工程系统庞大，整个系统基本功 能已实现。由于本系统软硬件平

12、台有较强的升级能力，许多指标与功能可以进一步完善与提 高。从 GPS 定位数据到电子地图数据的转换，需要一系列复杂的算法，这些算法有待进一步 改进和简化，以提高系统运行效率和数据准确性。参考文献1 魏雄，王仁波，林刚勇，付萍基于PXA255的嵌入式系统的设计与实现J 计算机工程与设计，2005，9：2420-2450。2 周志敏，周纪海开关电源软启动电路的设计与应用J 电源世界，2004，12：29-45。- 7 -3 孔祥洪，李新慧，孙玉强嵌入式系统中触摸屏交互功能模块设计J 微计算机信息，2006，12：15-17。4 傅曦，陈黎，董磊，石卫华Windows CE 嵌入式开发入门基于XScale 架构M 人民邮电出版社，2006，99-127。