原创机动车 GPS 导航系统

 2008-11-12 15:32  1709 2 2 分类: 工业电子

GPS导航系统很可能是机动车上最有用的非安全用途的附加装置。计划你的行程一般不太困难，我们通常走主要的高速公路，选择最直接的路线。从起点(比如家或办公室)到最近的高速公路入口的路线,通常很容易计划，这是因为我们对当地道路的了解，能够选择最方便或最快的路线。GPS 导航系统是在路途的最后 5% 或更小部分真正发挥作用，这时我们已

经很疲劳，可能处于不熟悉的地点，而犯方向上的错误。

然而，由于交通堵塞、交通事故、道路关闭或改道，在开车时，司机仍可能遭遇意想不到的耽搁。当然，如果您决定改变汽车 GPS 导航系统建议的路线，这些系统可以实时重新计算路线。但是，当您无法改变方向，例如塞在道路交叉点之间的车流中的时候，会发生什么事？如果导航系统能够预先察觉这些路途中的耽搁，并在遭遇事故、道路关闭或交通堵塞之前很久就准备出明智的替代路线，这不是更好吗？

目前，有很多交通信息和旅行建议来源。例如，当汽车收音机配备了 RDS，它就可以被设置成在适当时候切换到当地的交通信息频道。还有一些通过手机存取的服务，提供最新交通信息。很多汽车运输组织在自己的网站上提供关于道路工程和道路关闭的信息(例如德国的 ADAC、英国的 AA 和 RAC 等等)。

这些系统的问题是，到目前为止，它们还是太贵，无法集成到汽车 GPS 导航系统中。增加 GSM 模块来提供拨号连接以便从网络获取信息，费用太昂贵，并且，需要让每名用户签定一份合同，这太复杂。给 GSM 手机增加一条数据电缆，这也太复杂，这是因为不同电话制造商使用的连接器种类太多，并且不断变化。RDS 汽车收音机能够提供导航系统使用的交通数据，但这些始终限于嵌在汽车仪表板中的系统。

为了使汽车 GPS 导航系统成为终极车载技术，需要在导航系统和基于互联网的实时交通和道路信息之间提供最终链接，这样，导航系统能够在整个旅途中不断提供可能的最佳路线。蓝牙为 GPS 导航系统开发商们提供了针对这种终极 GPS 系统的最经济、产品上市时间最快

互操作性最好的解决方案。

通过利用蓝牙的拨号网络应用规范 Dial-Up Networking Profile (DUNP)，GPS 导航系统可以利用任何可用的当本地蓝牙手机来存取网上交通信息。可以通过已经在提供此类信息的汽车协会(如德国的 ADAC)之间的合作关系，或通过硬件制造商专门设立用于此目的的网站，来提供网上交通信息。由于蓝牙协议和应用规范有保证的互操作性，GPS 系统开发商可以任由最终的消费者通过选择适当的蓝牙手机和 GSM 服务供应商，来选择导航系统如何访问网上交通信息。

美国国家半导体公司 CP3000 系列 Connectivity 处理器形成了完美的平台，使现有各种 GPS 系统都能利用蓝牙，不论它是嵌在汽车仪表板中，还是手持系统中。这些器件还提供了很多额外的连接接口，这些接口带来了额外的灵活性，或提供了一种手段，来开发未来的产品。另外，这些处理器强大的寻址能力能够提供充足的片外存储器，用于立即存储下载的数据和交通信息数据库。

CP3000 Connectivity 处理器由强大的第三代 CR<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />16C CompactRISC处理器核心(类似 16 比特 RISC 的处理器)来驱动。由于它精巧地混合了 RISC 指令(使代码规模很小)和 CISC 型指令(允许不可中断比特操作指令、推/弹指令和装载/存储指令)，因此 CR16C能够在很小的存储器中支持蓝牙接口、包含各种应用规范，并处理复杂的应用。它能够使用一条指令迅速地在 8 个内部核心寄存器和堆栈之间进行存储和检索，这使实时操作系统 (RTOS) 易于运作，并确保了快速有效的上下文切换。三级流水线(图 2)进行指令的提取、译码和执行，实现了每时钟周期一条指令的峰值吞吐率。尽管是 16 比特架构，16 比特通用寄存器占了大部分，但可以看到该核心的内部数据路径是 32 比特宽。这使 32 比特数据能够装载到 4 个 32 比特宽的通用核心寄存器中，从而在使用可再定位代码时，增强了核心的性能。因此，在变址寻址方式中，这些 32 比特寄存器可以组成基本变址地址，针对该地址来访问绝对方式地址或相对方式地址。通过其 24 比特地址总线，CR16C可以寻址 16MB 线性地址空间，这在各种连接应用中被证明是非常有价值的。正因为如此，CP3000 Connectivity 处理器在外部地址总线上能够拥有多达 8MB 存储器，分为两个不同的区。这一特点，连同高效的变址寻址方式，使系统能够使用不同类型的存储器，来扩充已很充足的 256KB 片上闪存和 10KB 片上 SRAM。片上闪存还支持 24MHz 系统时钟频率下的单周期读存取。

CP3BT13 Connectivity 处理器适合于嵌在汽车仪表板内部的导航系统。它配备蓝牙低层链路控制器Lower Link Controller (LLC) 和一个 CAN2.0b 接口。这使汽车制造商能够通过 CP3BT 把 GPS 系统集成到 CAN 总线上，从而共享数据，发出和接受控制请求。用于移动 GPS 系统或手持 GPS 系统的是 CP3BT10，它配备有 Full Speed USB 接口和蓝牙 LLC。这使消费者能够灵活地把 GPS 系统连接到膝上型电脑或台式电脑，目前，这些电脑一般配备 USB 接口，但没有蓝牙接口。同时，消费者仍然能够在旅程中使用手机的蓝牙功能来获取交通信息。蓝牙 LLC 是一种符合 Version 1.1 的接口，包含 4.5KB 专用 RAM，用于处理数据，还有 1KB 专用 RAM，用于蓝牙定序器。它支持所有蓝牙数据包类型，包含 79/23 跳频发生电路，并处理每秒 1600 次快速跳频。它配有兼容 BlueRF 的接口，用于连接 LMX5250 蓝牙无线电收发器。LMX5250 无线电收发器是一种 2 类器件，尤其适合于形成汽车环境需要的小型微微网 ( < 30m ) 。Full CAN 2.0B 类 CAN(控制器区域网)模块支持标准帧和远程帧，可编程比特速率高达 1Mps。15 个消息缓冲器都可配置作为收发器，能够支持标准数据、扩展数据和远程帧。每个缓冲器为 8 字节深，通过一块 16 比特宽的双端口 RAM存取。模块中的硬件诊断功能，比如环回、只监听和错误识别，支持各种开发活动，并支持提供综合的错误管理工具。在收到远程传输请求 (RTR) 时自动传输数据，这只是减轻 CPU 负载的众多特性之一，他们被设计到各种片上外设中，这些外设简化了通信数据处理请求。12Mbps USB 接口符合 1.1 USB 规范，集成了所需的 USB 收发器、串行接口引擎 (SIE) 和 USB 端点 (EP)。除了必要的 EP0 控制接口以外，USB 控制器还配有 6 个端点，它们支持中断型数据传送、成批数据传送和同步数据传送。每个端点有一个专用 FIFO，对于控制端点是 8 字节深，对于其余端点是 64 字节深。"FIFO"控制等功能使数据包可以在 USB 总线上重新发送，同时不会浪费处理器时间来把需要的数据装回端点中。这就简化了软件例程，加快了节点反应时间。增强的 D MA 支持使节点可以通过某个端点传输 16KB 数据，同时不需要任何 CPU 核心处理。还可以启用自动的错误处理，来确保出错的数据包得到处理，同时不中断核心。另一个有用特性是Advanced Audio Interface高级音频接口 (AAI)，用于连接外部编解码器 CODEC。AAI 提供一个串行同步全双工接口，用于 4 条音频通道，它还包括各种特殊功能和操作模式，它们简化了外部 CODEC 中的增益控制。通过结合 CODEC、National Boomer放大器和一个扬声器，可以简单地增加预先录制的语音提示，使 GPS 系统的功能更加丰富。

为了简化 CP3000 的软件开发，有一个专用于开发蓝牙产品的完整工具包可供使用，它就是蓝牙开发工具包 (Bluetooth Development Kit, BDK)。该工具包包括开发和测试 CP3000 系列专用固件所需的一切，包括一个开发板、若干编译器工具、调试器(配备基于 Windows 的调试软件和针对各种片上连接接口的一个驱动程序库)，以及其它配套外设。开发板装有 1MB SRAM，其中 512KB 可用于 CP3000 的开发方式中。这就使代码的下载速度比下载到片上闪存的速度更快，从而缩短开发时间。它还配有通信接口(RS-232、CAN 等等)所需的所有收发器，以及各种连接器和一个 CODEC，后者配备面向用于先进高级音频接口 (AAI) 的耳机和麦克风插孔。另外，有两个额外的 UART、一个字母数字 LCD 显示屏、一个配备各种开关的 7 段 LED 显示屏，以及若干在调试方式中可作为外设来支持固件开发的 LED。用 C 语言写的各种驱动程序可用于几乎所有片上模块，只有蓝牙堆栈例外，它以对象代码的形式提供，伴有一个有完整说明的 API。很多蓝牙应用协议还以 C 源代码的形式提供(GAP、SDAP、SPP 等等)，其它应用协议正在开发。除此而外，还提供了一个单独的子板，装有 LMX5250 无线电收发器。该无线电收发器板装有一个不平衡变压器、转接开关、天线和功能完整的蓝牙接口需要的所有其它元件。还包括了来自 IAR Systems 公司的、有完整授权的编译器、汇编器和链接器，以及来自 iSystem 公司的 WinIDEA 集成开发环境和基于 JTAG 的 iC3000 调试硬件。由于 iC3000 是基于 JTAG 的调试工具，因此通过它包含的单一接口就可以轻松调试目标应用中的 CP3000 处理器。再加上 GNU 制作工具和 National 软件环境，您的蓝牙项目组就拥有了一个完整的开发包，确保产品短时间内上市。

当然，添加了一个蓝牙接口，就带来了其它许多有趣的连接 GPS 导航系统的可能性。例如，可以提供一个简单的应用程序来配合 PDA(Palm、Journada、iPaq、Clié 等等)的使用，它使用户能够离开车载 GPS 系统来做初步的路线规划。这个基于 PDA 的规划软件只允许选择高速公路和干道路线，选择各种选项，比如速度、篷车/卡车路线、道路(干道/非干道/这两种)的使用、最快或最短路线。上车后，利用蓝牙接口(FTP 应用协议或 OBEX)可以把规划的路线上传到 GPS 系统中。然后，GPS 系统将使用其存储的数字地图和当前交通信息(通过拨号蓝牙链路获得)数据库来最终确定具体的路线规划。