BD2/GPS雙模車載導(dǎo)航終端整體設(shè)計(jì)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(gè)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(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)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(gè)五年發(fā)展時(shí)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(dú)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(shí)一臺(tái)一般精度的GPS定位儀價(jià)格5萬美元，高精度的則達(dá)到10萬美元?，F(xiàn)在價(jià)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(jìn)行的調(diào)查評(píng)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(dá)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(shí)施的自主發(fā)展、獨(dú)立運(yùn)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(yùn)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(fèi)，并承諾提供不間斷的民用信號(hào)，在車載導(dǎo)航系統(tǒng)中加入北斗星系統(tǒng)，無疑是一個(gè)“雙保險(xiǎn)”。正式的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也被稱為北斗二號(hào)，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(jià)值和社會(huì)價(jià)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(jī)、車載DVD等）和報(bào)警功能；支持可擴(kuò)展存儲(chǔ)卡（主要是SD卡和TF卡）、支持USB接口和CAN總線接口；人機(jī)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(jì)

    根據(jù)功能需求，要實(shí)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(jī)，BD2和GPS各組成一個(gè)射頻通道，兩個(gè)通道可以同時(shí)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(jī)、顯示屏、操作鍵盤和天線組成。主機(jī)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(jì)算能力和主操作系統(tǒng)。采用上海航鼎TC370，TC370的特點(diǎn)是采用電臺(tái)積電65LP的先進(jìn)制程。集成了多核的32位高性能CPU, 臺(tái), 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(chǔ)器，SD和Nand-flash大容量固態(tài)存儲(chǔ)，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(dá)1GHz，可提供媒體和瀏覽器功能，同時(shí)，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(kuò)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(hào)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(shí)工作，片內(nèi)集成雙通道接收機(jī)，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(hào)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(dòng)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(diǎn)。

2.3藍(lán)牙/FM發(fā)送模塊

    藍(lán)牙/FM發(fā)送模塊采用RDA的發(fā)送二合一芯片RDA5876, RDA5876將藍(lán)牙和調(diào)頻收音機(jī)調(diào)諧器集成到一個(gè)芯片，藍(lán)牙和FM可以同時(shí)和獨(dú)立的工作，并且整合度高，板空間少，可降低設(shè)計(jì)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(duì)FM調(diào)頻的配置，通過UART(Universal Aaynchronous Receiver/Transmitter)接口完成對(duì)藍(lán)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(shí)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(shí)，要支持 AGPS功能；支持網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營后臺(tái)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(dú)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(lán)牙子系統(tǒng)的話音通路對(duì)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(yùn)放，通過ADI的TV-decoder芯片ADV7180完成視頻信號(hào)的數(shù)字化轉(zhuǎn)換；通過12C控制接口實(shí)現(xiàn)配置可控制。

2.8電源

    電源為整個(gè)控制終端硬件提供供電，并確保上電次序和減除電源波動(dòng)對(duì)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(jì)

    軟件系統(tǒng)采用VC環(huán)境開發(fā)，容易實(shí)現(xiàn)線程、動(dòng)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(jì)為六層，即硬件層、驅(qū)動(dòng)層、內(nèi)核層、服務(wù)層、應(yīng)用層和人機(jī)接口層，其中驅(qū)動(dòng)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(chǔ)芯片、I/O、外接通信、車輛總線、導(dǎo)航、音頻和視頻；驅(qū)動(dòng)層完成各種硬件芯片的驅(qū)動(dòng)功能，包括內(nèi)核支持驅(qū)動(dòng)、存儲(chǔ)芯片驅(qū)動(dòng)、I/O驅(qū)動(dòng)、外接通信驅(qū)動(dòng)、車輛總線驅(qū)動(dòng)、導(dǎo)航設(shè)備驅(qū)動(dòng)、音頻設(shè)備驅(qū)動(dòng)、視頻設(shè)備驅(qū)動(dòng)；內(nèi)核層實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)內(nèi)核，包括進(jìn)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(jī)運(yùn)行環(huán)境；服務(wù)層實(shí)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(jì)一系列不同的應(yīng)用；HMI(Human Machine Interface)層使用不同的人機(jī)工程界面，完成人機(jī)交互。

四、結(jié)語

    文章通過大量運(yùn)用國產(chǎn)芯片來進(jìn)行基于BD2/GPS的雙模車載導(dǎo)航終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)，給出了硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案和軟件系統(tǒng)架構(gòu)，介紹了設(shè)計(jì)思路。對(duì)車載導(dǎo)航終端系統(tǒng)的進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)具有參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]內(nèi)需成新引擎，中國車載導(dǎo)航市場未來前途無量[EB/OL].慧聰汽車電子網(wǎng)，2011-11-7[2013-03-30].

[2]衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之爭：一場關(guān)于“占位”的比拼[EB/OL].環(huán)球，2012-11-13 [2013-03-30].

[3]陳小菁，張立文.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)12月27日起正式提供試運(yùn)行[EB/OL] .人民網(wǎng)，2011-12-28[2013-03-31].

[4]黃子娟.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)今日正式提供區(qū)域服務(wù) [EB/OL] .人民網(wǎng)，2012-12-27 [2013-03-31].

[5] 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)[EB/OL]，維基百科，2013-4-1[2013-03-31].

[6]ARM1176處理器[EB/OL].ARM LTd. [2013-03-31].

[7]TrustZone.ARM[EB/OL].[2013-04-01]

[8]雙模雙通道射頻導(dǎo)航芯片[EB/OL] [2013-04-01]

[9]RDA5876.瑞迪科微電子[EB/OL] [2013-04-01]