渠 奕

(國營785廠第一研究所，山西太原030024)

現(xiàn)在社會是一個高度信息化、網(wǎng)絡(luò)化的社會，計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)全面滲透到日常生活的每個角落，信息時代、數(shù)字時代使得嵌入式產(chǎn)品獲得了巨大的發(fā)展契機(jī)。嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛［1］，軍事國防是嵌入式系統(tǒng)的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域?，F(xiàn)在各種武器控制如火炮控制、導(dǎo)彈控制和智能炸彈制導(dǎo)引爆控制，以及坦克、艦艇、轟炸機(jī)、陸?？崭鞣N軍用電子裝備，雷達(dá)、電子對抗軍事通信裝備和野戰(zhàn)指揮作戰(zhàn)等各種專用設(shè)備上，都可見嵌入式系統(tǒng)的影子。

1 系統(tǒng)總體概述

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由ARM板、ADU3600板、顯示器、母板等組成。

圖1 系統(tǒng)框圖

1.2ARM處理器特點

ARM(Advanced RISC Machine)微處理器體系結(jié)構(gòu)目前被公認(rèn)為是嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域領(lǐng)先的32位嵌入式RISC微處理器結(jié)構(gòu)，采用32位地址和數(shù)據(jù)總線，其地址空間達(dá)到了232=4GB［2］，具有功耗低、性價比高和代碼密度高等特點;大量使用寄存器，多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成，指令執(zhí)行速度更快;尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高。

1.3 ADU3600 板特性

克服了慣性定向產(chǎn)品精度隨時間和溫度漂移的缺陷，用載波測量技術(shù)和快速求解整周模糊度技術(shù)，解算出兩個GPS接收機(jī)天線處位置和兩天線相位中心連線與真北之間的夾角。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 數(shù)據(jù)接收電路

選用的GPS天線為零相位測量型天線，饋線與天線在阻抗、增益、放大倍數(shù)等方面與標(biāo)配的天線有很好地匹配。

前天線:用天線饋線一端連接接口，另一端連接GPS前天線(前進(jìn)方向)。

后天線:用天線饋線一端連接接口，另一端連接GPS后天線(后退方向)。

GPS后天線相位中心到GPS前天線相位中心的連線我們稱為基線?；€與真北間的夾角我們稱為方位角?；€越長定向精度就越高，通?；€長度增加一倍，定向精度也會提高一倍。應(yīng)盡可能將兩個天線安裝間距拉長，這樣可提高定向精度。

圖2 數(shù)據(jù)接收示意圖

2.2 數(shù)據(jù)處理電路

接收板通過兩條GPS天線接收到數(shù)據(jù)后，進(jìn)行第一次數(shù)據(jù)處理、分類、打包等，然后通過串口把處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)由母板傳送給主板，主板接收到數(shù)據(jù)后，進(jìn)行第二次數(shù)據(jù)處理、分類、打包等一系列工作，最后通過顯示屏把相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，并同時通過串口經(jīng)由母板把數(shù)據(jù)發(fā)送給外設(shè)。

圖3 數(shù)據(jù)處理示意圖

2.3 接口電路

(1)顯示接口

液晶顯示器(LCD)具有耗電省、體積小等特點，被廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中。LCD顯示器就是通過給不同的液晶單元供電，控制其光線的通過與否，從而達(dá)到顯示的目的。

(2)串行接口

本系統(tǒng)采用的RS－232C是由美國電子工業(yè)協(xié)會EIA制定并采用的一種串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)發(fā)展成為一種國際通用的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

嵌入式軟件可以分為三大類:系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件和支撐軟件。系統(tǒng)軟件控制和管理嵌入式系統(tǒng)資源，為嵌入式應(yīng)用提供支持的各種軟件，如設(shè)備驅(qū)動程序、嵌入式操作系統(tǒng)等;應(yīng)用軟件是嵌入式系統(tǒng)中的上層軟件，它定義了嵌入式設(shè)備的主要功能和用途，并負(fù)責(zé)與用戶進(jìn)行交互;支撐軟件是輔助軟件開發(fā)的工具軟件，如交叉編譯器、在線仿真工具等。本系統(tǒng)中的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件是運行在嵌入式設(shè)備上，支撐軟件運行在普通PC機(jī)上。

3.1 板級支持包

設(shè)備驅(qū)動層也叫板級支持包(Board Support Package，BSP)，它包含了嵌入式系統(tǒng)中所有與硬件相關(guān)的代碼，并向上提供一個虛擬的硬件平臺使操作系統(tǒng)運行其上。它包括引導(dǎo)加載程序Bootloader和設(shè)備驅(qū)動程序。Bootloader是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運行之前運行的一小段程序，通過這段程序，我們可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖、從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境設(shè)置到一個合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核做好準(zhǔn)備;設(shè)備驅(qū)動程序就是一組庫函數(shù)，用來對硬件進(jìn)行初始化和管理。并向上層軟件提供良好的訪問接口。

3.2 嵌入式操作系統(tǒng)(Embedded Operating System，EOS)

本系統(tǒng)采用的VxWorks是美國WindRiver System公司開發(fā)的一款嵌入式實時操作系統(tǒng)，具有良好的可靠性和卓越的實時性，是目前嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中使用最廣泛、市場占有率最高的商業(yè)系統(tǒng)。它基于微內(nèi)核的體系結(jié)構(gòu)，采用GNU類型的編譯和調(diào)試器，多數(shù)API函數(shù)都是專有的。

3.3 集成開發(fā)環(huán)境

Tornado是 WindRiver公司推出的一個集成開發(fā)環(huán)境［2］。

3.4 應(yīng)用軟件

本系統(tǒng)程序采用標(biāo)準(zhǔn)C語言編寫，在Tornado集成開發(fā)環(huán)境中調(diào)試，通過串口或網(wǎng)絡(luò)通信線路傳輸并裝載到ARM板中，最終脫離宿主機(jī)在ARM板中單獨運行。

圖4 Tornado環(huán)境中宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)之間的關(guān)系

圖5 嵌入式程序的生成過程

4 系統(tǒng)性能指標(biāo)

(1)定位誤差不大于30 m，定向誤差不大于0.06°;

(2)定位定向不超過2 min;

(3)陽光下可讀的EL顯示器;

(4)總功率不超過10 W;

(5)包裝箱體積不大于410 mm×322 mm×216 mm，質(zhì)量不大于20 kg;

(6)適合于－40℃ ～50℃工作，適合于－55℃ ～60℃儲存。

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)在綜合考慮硬件平臺、嵌入式處理器、外圍設(shè)備、接口電路的基礎(chǔ)上進(jìn)行硬件設(shè)計，經(jīng)測試達(dá)到硬件的穩(wěn)定性和可靠性要求;軟件設(shè)計中嵌入式平臺、操作系統(tǒng)、編程語言、集成開發(fā)環(huán)境的選擇上充分考慮了系統(tǒng)的實時性和可擴(kuò)展性。

［1］李忠民，楊剛，顧亦然，等.ARM嵌入式VxWorks實踐教程［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2006.

［2］魏洪興.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計師教程［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2006.