基于GPS的公交自动报站系统的研究
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2 嵌入式智能公交系统设计
车载设备安装于公交车上，其工作环境比较恶劣，对设备的结构也有一定的要求，本系统采用工作稳定可靠、抗干扰能力强的嵌入式系统。嵌入式系统固化于存储器中，其可靠性高、成本低、体积小、功耗低。嵌入式系统有着广泛的应用领域，在车辆与交通工程中的应用是其中一个重要的方面。将嵌入式设备作为车载终端应用于智能公交系统，使车载终端设备具有更高的智能性、稳定性和扩展性，从而建立起全方位、实时准确、高效的智能交通系统。
本系统采用先进的卫星定位技术与语音合成技术相结合的方式，改变了传统公交车语音报站器必须有司机操控才能工作的落后方式，进站、出站自动播报站名及服务用语，准确、及时、不需要人工介入，实现了公交车报站器的完全智能化。本装置主要特点为：
(1)采用GPS卫星定位技术，自动、准确地播报站名、服务用语、广告等。
(2)站名及有关事项可以在计算机上形成电子文件，通过串口下载到报站器中，方便快捷。
(3)与显示屏直接连接，同步显示报站信息、广告等。
(4)可存储多条线路，方便公交车临时更换运营线路。
GPS公交自动报站系统包含硬件和软件两部分。硬件以ARM9S3c2410x处理器为核心，配置存储器、I/O设备、通信模块等必要的外设；软件以嵌入式Linux操作系统为核心，向上提供应用编程接口API，向下屏蔽具体硬件特性的板级支持包BSP。嵌入式系统中，软件和硬件紧密配合，协调工作，共同完成系统预定的功能。
2.1 系统硬件设计
嵌入式GPS公交自动报站系统按功能模块可分为：GPS模块、Flash/RAM、JTAG口/串行接口/USB口、音频设备/扬声器、LCD触摸屏及核心处理器S3c2410x。系统硬件框图如图3所示。
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核心处理器S3C2410X是一款由Samsung公司设计的低功耗、高度集成的16/32位RISC处理器，它采用272 脚FBGA 封装，为手持设备和一般类型应用提供了低价格、低功耗、高性能小型微控制器的解决方案。S3C2410X的显著特性是其CPU核心为一个16/32位的ARM920T RISC处理器。ARM920T实现了MMU、AMBA BUS和Harvard高速缓冲体系结构。这一结构具有独立的16KB指令Cache和16KB数据Cache，每个都是由8字长的行(line)构成。通过提供一系列完整的系统外围设备，S3C2410X可大大减少整个系统的成本，不需要为系统配置额外器件。工作频率最高达到203MHz，同时具有MMU（内存管理单元），使得处理器轻松运行于Windows CE、Linux等操作系统，可进行较为复杂的信息处理。
GPS模块采用美国Garmin公司的GPS 15模块。GPS 15系列是Garmin公司新推出的产品,具备12个平行接收频道，最多能同时解算12颗卫星讯息，以供快速定位与导航。使用者不需初始化设定，可自动搜寻卫星信号，进行定位功能，并输出NMEA 0183标准资讯。所有GPS 15系列产品皆具有低耗电设计。使用读写式记忆体设计，内部使用记忆体电池，断电后储存资料不流失。3.3V～40V的大范围输入电压承载设计及输出界面选择，针对不同领域提供全方位更灵活的运用，即便是在公交车上电压不稳定的环境下也不会受到影响。表1为GPS模块接口定义，与ARM处理器相应管脚连接即可。
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系统外扩一个USB口，使用廉价的1GB或2GB的U盘作为海量存储器来存放站点信息及广告等多媒体文件。
2.2 系统软件设计
目前主流的嵌入式实时操作系统有：Windows CE系列(含Pocket PC)、VxWorks和嵌入式Linux。相对于Windows CE、VxWorks，Linux用作嵌入式操作系统具有如下优势：用户可以依照需要自行对Linux系统进行裁剪，这对于在功能、可靠性、体积、成本和功耗方面有严格要求的专用终端系统来说是一个非常重要的特点；可以用于多种硬件平台；Linux为开源软件，使用灵活，开发成本低。
本方案采用的Linux版本为韩国MIZI公司为S3C2410X处理器开发的开源版本板级BSP包Linux 2.4.18-rmk7-pxa1。该版本也是三星公司的S3C2410X demo板上的Linux演示版本，已根据S3C2410X处理器的配置作了片级开发，但由于是开源版本，外围驱动做的并不完整,需要加入一些驱动程序（LCD驱动、USB驱动）。同时，由于使用的硬件芯片和三星的demo板并不相同，需要在配置Linux时进行一些调整，并修改部分源代码。最主要的工作是对存储单元的配置以及文件系统的建立，并在Linux内核的基础上开发应用程序(MPlayer播放器、Qt图形应用程序、GPS定位应用程序），如图4。
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2.2.1 GUI设计
QT/Embedded是一个专门为小型设备提供图形用户界面的应用框架和窗口系统。它提供了丰富的窗口小部件（Widgets）,并支持窗口部件的定制，因此可以为用户提供漂亮的图形界面。Qt是KDE等项目使用的GUI支持库，有许多基于Qt的X Window程序可以方便地移植到Qt/Embedded上。Qt/Embedded以原始Qt为基础，并做了许多出色的调整以适用于嵌入式环境。在Qt中加入触摸屏驱动的接口函数，便可支持触摸功能。
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