基于MiniGUI的GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案解析

　定位系統(tǒng)自問(wèn)世后便得到了蓬勃發(fā)展，其應(yīng)用已滲入到各行各業(yè)。個(gè)人消費(fèi)領(lǐng)域引領(lǐng)移動(dòng)定位類(lèi)型科技產(chǎn)品集中涌現(xiàn)，其他領(lǐng)域和行業(yè)也有大量技術(shù)更新。目前各領(lǐng)域的定位系統(tǒng)主要集中在平臺(tái)和地圖的研發(fā)上，平臺(tái)配合應(yīng)用要求選用硬件，地圖根據(jù)顯示要求實(shí)現(xiàn)軟件算法。因而，它們?cè)诙ㄎ幌到y(tǒng)的研究工作中各成體系，兼容性不強(qiáng)。
　　近年來(lái)，在定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，硬件選擇越來(lái)越集中在幾個(gè)品牌的幾個(gè)型號(hào)上。而軟件設(shè)計(jì)方面比較分散。因而在一個(gè)兼容性強(qiáng)的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)軟件的集中研發(fā)，將是未來(lái)的研發(fā)方向。
　　這里提出一種系統(tǒng)構(gòu)造模式，弱化硬件平臺(tái)的影響而力求最大限度的統(tǒng)一軟件設(shè)計(jì)。
　　1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案
　　這里提出一種實(shí)用的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的各方面配置，實(shí)現(xiàn)GPS實(shí)時(shí)導(dǎo)航功能。系統(tǒng)主控器件采用韓國(guó)Samsung公司生產(chǎn)的ARM核32位RISC微處理器S3C2410，并在由其組成的開(kāi)發(fā)板上移植Linux操作系統(tǒng)，Linux操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)系統(tǒng)的整體調(diào)度和控制。通過(guò)S3C2410的UART接口連接GPS接收機(jī)，用以接收NEMA0183格式的GPS定位信息。通過(guò)UART接口和GSM／GPRS模塊MC35進(jìn)行通信。
　　為了在移動(dòng)LED上實(shí)現(xiàn)電子地圖的繪制顯示，系統(tǒng)的整體層次結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。Linux操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)底層硬件的初始化和管理，并向上層提供應(yīng)用接口，MiniGUI完成電子地圖在LED上的繪制，并通過(guò)Linux內(nèi)核提供的應(yīng)用接口與GPS接收機(jī)和GSM／GPRS模塊完成通信等功能。
　　
　　2 圖形界面支持系統(tǒng)——MiniGUI
　　MiniGUI是一個(gè)針對(duì)嵌入式系統(tǒng)的輕量級(jí)圖形界面支持系統(tǒng)。MiniGUI能夠在各個(gè)不同的平臺(tái)上提供最大程度的接口兼容性，可運(yùn)行于AR-M、MIPS等各種主流嵌入式硬件平臺(tái)之上。它能夠提供一個(gè)輕型、資源開(kāi)銷(xiāo)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(chǔ)上，開(kāi)發(fā)基于MiniG-UI的電子地圖顯示應(yīng)用程序，配合GPS信號(hào)接收機(jī)實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航功能。
　　2．1 交叉編譯MiniGUI
　　MiniGUI從結(jié)構(gòu)層次上可以分為3層，最上層是APT層，中間層是MiniGUI核心，負(fù)責(zé)維護(hù)整個(gè)窗口系統(tǒng)的運(yùn)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(biāo)平臺(tái)上運(yùn)行，必須有針對(duì)相應(yīng)平臺(tái)的交叉編譯環(huán)境。根據(jù)本文的設(shè)計(jì)選用S3C2410器件，則選擇交叉編譯環(huán)境Linux-ARM，選擇Mizi公司針對(duì)Samsung公司32位ARM核RISC微處理器S3C2410設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的工具鏈，這樣的配置環(huán)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(shè)置make環(huán)境變量CC、LD及AR等。
　　2）GAL（圖形引擎）和IAL（輸入引擎）接口的實(shí)現(xiàn)。在MiniGUI中，GAL和IAL是MinGUI的2個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施，MiniGUI的高可靠度在很大程度上也是由于這2個(gè)接口提供了獨(dú)立于硬件的抽象能力。這2個(gè)接口的抽象類(lèi)似于Linux內(nèi)核中的虛擬文件系統(tǒng)。
　　在具體實(shí)現(xiàn)一個(gè)輸入引擎（IAL）時(shí)，其中最為關(guān)鍵的是事件處理函數(shù)wait_event（）的實(shí)現(xiàn)，MiniGUl會(huì)不斷的調(diào)用該函數(shù)，來(lái)確定在輸入引擎上是否有輸入事件發(fā)生。這里需要特別注意的是，因?yàn)镸iniGUI是通過(guò)select系統(tǒng)調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信機(jī)制的，因此在實(shí)現(xiàn)lite版本輸入引擎的wait_event函數(shù)時(shí)，一定要通過(guò)select函數(shù)或與其等價(jià)的poll函數(shù)實(shí)現(xiàn)。與此同時(shí)，在實(shí)現(xiàn)目標(biāo)板的觸摸屏驅(qū)動(dòng)時(shí)，必須要實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)file_operaTIons結(jié)構(gòu)中的poll函數(shù)指針。即使觸摸屏驅(qū)動(dòng)未提供poll函數(shù)，也要在wait_event返回之前調(diào)用select，并傳遞相關(guān)參數(shù)。
　　Linux系統(tǒng)提供了一種基礎(chǔ)設(shè)施——FrameBuffer，通過(guò)這個(gè)設(shè)施Linux的圖形輸出有了統(tǒng)一的接口。由于MiniGUI可以通過(guò)FrameBuffer獲得統(tǒng)一的圖形引擎接口。
　　因此其適應(yīng)性大大提高，也就很少需要再為MiniGUI編寫(xiě)GAL驅(qū)動(dòng)層。
　　3）依次運(yùn)行configure、make和make install命令，完成MiniGUl的配置和編譯。
　　經(jīng)過(guò)上述編譯過(guò)程，會(huì)將編譯好的MiniGUI庫(kù)文件安裝在／home／MiniGUI-lite目錄下。為了減小庫(kù)文件的大小，根據(jù)需要利用config-ure命令去掉MiniGUI中一些不需要的功能，同時(shí)利用交叉編譯工具鏈中的strip命令刪除MiniGUI函數(shù)庫(kù)中的符號(hào)信息和其他一些調(diào)試信息。
　　2．2 MiniGUI向S3C2410上的移植
　　在嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，編譯完MiniGUI和應(yīng)用程序后，把MiniGUI庫(kù)和應(yīng)用程序拷貝到為目標(biāo)系統(tǒng)準(zhǔn)備的文件系統(tǒng)目錄中，然后使用相關(guān)工具生成文件系統(tǒng)映像，下載到目標(biāo)板上。
　　MiniGUI在運(yùn)行時(shí)需要一個(gè)配置文件，用來(lái)配置MiniGUI運(yùn)行所需要的環(huán)境參數(shù)。本設(shè)計(jì)中，將配置文件MiniGUI．cfg放到目標(biāo)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(nèi)核時(shí)，選擇將framebuffer相關(guān)的功能編譯到內(nèi)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(shù)據(jù)的算法實(shí)現(xiàn)
　　由于GUI的程序和傳統(tǒng)單一流程的程序不太相同，因此通過(guò)簡(jiǎn)單的循環(huán)獲取GPS數(shù)據(jù)的方式是不可取的。該系統(tǒng)通過(guò)多線程的循環(huán)提取數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)的提取與處理是在一個(gè)單線程中完成的，從而避免了數(shù)據(jù)和處理的復(fù)雜交互，能更好地體現(xiàn)實(shí)時(shí)性。
　　首先，對(duì)所采用的坐標(biāo)系進(jìn)行說(shuō)明：假定有一個(gè)形狀為嚴(yán)格矩形的地圖，其像素坐標(biāo)原點(diǎn)為（O，0），地圖X軸方向上的寬度為W個(gè)像素點(diǎn)，Y軸方向上的高度為H個(gè)像素點(diǎn)，地圖上某點(diǎn)的坐標(biāo)為（X，Y），則定義該像素點(diǎn)的歸一化坐標(biāo)為（x／W，y／H）。對(duì)于終端而言，其覆蓋的地理范圍相對(duì)于地球半徑來(lái)說(shuō)幾乎可以看作無(wú)窮小，故可以認(rèn)為電子地圖所對(duì)應(yīng)的經(jīng)緯度坐標(biāo)在其覆蓋的區(qū)域內(nèi)是線性變化的。有了這2個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)后，當(dāng)從GPS接收機(jī)讀取到經(jīng)緯度坐標(biāo)時(shí)，根據(jù)近似的線性映射關(guān)系，就可以算出該坐標(biāo)在電子地圖上的歸一化坐標(biāo)。這種映射關(guān)系，根據(jù)歐式幾何原理即式（1）和式（2），由已知的2個(gè)點(diǎn)可以算出點(diǎn)A和點(diǎn)B的未知參數(shù)。
　　
　　要得到地圖的左上角和右下角的經(jīng)緯度坐標(biāo)，只需知道地圖邊界范圍內(nèi)任取的2個(gè)參考點(diǎn)的4個(gè)參數(shù)即可。通過(guò)在某地實(shí)地采集的3個(gè)參考點(diǎn)，得到表l所列的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。