基于嵌入式ARM-Linux的GPS智能终端设计

2．2．1 ARM主控模块
AT91RM9200的串口UART2和UART3分别与CDMA模块、GPS模块通信，在实际通信时两路连接都加有LVTTL电平到RS 232电平的转换电路。AT91RM9200接收GPS模块从串口3发出的位置信息，解析出其中有用数据进行封装，然后以规定格式通过串口2交给CDMA模块，通过CDMA网络接入Internet网最终送至ITS监控中心；接收并解析ITS控制中心发来的短消息命令，按命令进行上传定位等操作；把系统运行状态及ITS控制中心发来的信息在液晶屏上显示出来。
2．2．2 CDMA通信模块
CDMA模块是整个系统的通信基础，设计中采用Fidelix公司的CDMA通信模块FD810。该模块内嵌的高通Qualcomm MSM6025芯片，除支持基本的通话和SMS短消息外，还支持CDMA20001x无线数据传输。高速上下行速率与大缓存，数据传输速率高达153．6 Kb／s，可通过AT命令远程控制内置TCP／IP协议堆栈。DTGS-800与AT91RM9200通过串口UART2实现数据的收发和AT指令的操作。
2．2．3 GPS模块
GPS接收模块选用芬兰Fastrax公司的iTrax100。该模块支持NMEA0183和Sony ASCⅡ协议的数据格式。GPS模块通过串口3将数据以固定的帧格式发送至AT91RM9200。GPS模块需要配备专门的GPS天线接收GPS卫星信号。一般在比较开阔的地区，需接收到3颗以上的GPS卫星信号才能进行准确定位。
2．2．4 存储器系统
存储器系统采用4 MB NOR FLASH，64 MBNAND FLASH和32 MB SDRAM。NOR FLASH通过16位数据总线与CPU交换数据，用来存储Uboot，Linux内核、文件系统；NAND FLASH存储应用程序，作为系统的数据存储器，如加载电子海图等。为充分发挥32位ARM处理器的数据处理能力，选用2片16位的HY57V281620HG并联，以构建32位SDRAM与ARM交换数据。SDRAM在系统中主要用作程序的运行空间、数据及堆栈区。
首先，通过JTAG口将Uboot、Linux内核、文件系统烧写到NOR FLASH，将应用程序烧写到NANDFLASH。在系统启动时，CPU首先从复位地址0x0处读取启动代码，并将存有引导程序Uboot的NORFLASH存储器配置到：Bank0，即AT91RM9200的NCS0引脚接至NOR FLASH芯片AT49BV322AD的CE端，这样就可以从NOR FLASH启动嵌入式Linux操作系统。

3 GPS智能终端的软件设计
嵌入式Linux系统只需引导程序、Linux微内核、初始化进程3个基本元素，移植嵌入式Linux，就是使实时内核能在其他处理器(CPU)或微控制器(MCU)上运行。将嵌入式Linux移植到AT91RM9200平台上，一般需要4个步骤：下载源码和建立交叉编译环境，配置编译内核，制作文件系统，下载和调试内核。
3．1 应用程序设计
应用程序包括Uboot启动代码、串口设备驱动程序、CDMA网络数据传输程序、GPS串口通信程序等。
(1)系统加电后复位；
(2)Uboot初始化CPU，SDRMA，分配地址空间等；
(3)Uboot把Linux内核的压缩文件解压到SDRAM中，同时Uboot把控制权移交到Linux。
Linux的内核有在FLASH存储器上直接运行和加载到内存中运行2种工作方式。这里采用的FLASH存储器运行方式相对较复杂，但运行速度更快；
(4)开始执行SDRMA中的代码，Linux内核初始化，完成堆栈和中断的分配等；
(5)加载串口驱动模块，完成串口的初始化；
(6)运行CDMA网络数据传输程序，通过CDMA网络与Internet进行连接；
(7)运行GPS串口通信程序，通过串口将GPS数据送至AT91RM9200。
至此，已建立了从GPS数据采集到数据传输的完整的嵌入式监控系统。
3．2 无线接入网络程序
终端由CDMA网络接入Internet后，通过互联网进行数据传输。系统上电和载入Linux后，首先初始化CDMA模块，进行端口设置和波特率设置(115 200 b／s)；然后进入拨号等待状态。由于该终端在功能上映射为无线Modem，所以登陆网络需进行PPP拨号连接，接入号为#777，用户名和密码均为CARD。启动程序后，确认是否拨号成功，若成功拨号，则调用GPS串口通信程序和网络数据传输程序；最后使用Internet结束后，关闭无线连接。
3．3 CDMA网络数据传输程序
在Linux操作系统下，监控终端通过CDMA网络与Internet连接，将数据上传到监控中心。套接字Socket是许多操作系统网络编程的通用API，是介于网络应用层和传输层之间的编程接口。套接字提供了访问下层通信协议的大量系统调用和相应数据结构，进程在Linux上的网络通信过程就是使用套接字传输数据的过程。，文中介绍的Socket通信采用面向连接的TCP协议。
客户端和服务器端的TCP应用程序流程如图3所示。客户机部分先由Socket()创建本地套接口，给服务器端套接口地址结构赋值；用Connect()函数使本地套接口向服务器端套接口发出建立连接请求，经3次握手建立TCP连接；若连接建立成功，则用Send()和Recv()函数与服务器通信；通信结束，用Close()关闭套接口。
服务器部分由Socket()创建套接口，并给套接口地址结构赋值；调Bind()函数绑定套接口、用Listen()函数在该套接口上监听请求；当Accept()函数接受请求，产生新的套接口及描述字，并与客户端连接；在用Fork()函数派生新的子进程与客户端通信，主进程继续处理其他请求。
3．4 GPS串口通信程序
GPS串口通信程序是对采集到的GPS数据和车辆状态数据进行解析；对时间、经度、纬度、速度及超速报警等数据解析，并以固定格式通过串口3传送到AT91RM9200。GPS模块的工作流程如图4所示。