第３４卷 第３期 ２０１０年６月 武汉理工大学学报（交通科学与工程版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ （Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ） Ｖｏ１．３４ ＮＯ．３ Ｊｕｎｅ ２０１０ 车载多媒体导航终端软件设计与实现＊ 武奇生 段飞飞 史立安 李 静 （长安大学电子与控制工程学院 西安 ７１００６４） 摘要：车载多媒体导航终端在智能交通系统中具有重要的作用．通过车载多媒体导航终端，出行用 户可以了解到准确实时的路况信息等相关信息，并得到最佳的出行路径．车载终端硬件平台基于 ＯＭＡＰ５９１２嵌入式微处理器，以嵌入式Ｉ ｉｎｕｘ作为操作系统．从ＡＲＭ端和ＤＳＰ端介绍了终端软 件构架，给出了终端软件的实现流程．其次从主控线程、ＧＰＲＳ通信、数据采集、ＧＰＳ导航、地图数 据库查询、视频及音频７个线程论述了具体实现技术．终端软件操作简单，实际运行效果良好． 关键词：多媒体导航终端；ＯＭＡＰ；ＧＰＳ；ＧＰＲＳ￣线程 中图法分类号：ＴＰ３ｌ１ ＤｏＩ：１０．３９６３／ｉ．ｉｓｓｎ．１００６—２８２３．２０１０．０３．０３６ ０ 引 言 具有高性能的嵌入式微处理器ＯＭＡＰ５９１２、Ｓｏｎｙ Ｅｒｉｃｓｓｏｎ公司的可编程无线通信模块ＧＰＲＳ 智能交通系统（ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｓｙｓｔｅｍ， ＩＴＳ）已成为交通运输领域的热点¨１］．车载多媒体 导航终端＿２ 是ＩＴＳ的重要组成部分，它将ＧＰＳ定 位系统获得的车辆位置、时间、状态等信息，实时 地通过无线通信链路传送至监控中心，同时对其 在地图数据库中进行匹配，实时地将用户的位置 和周边的地图按一定的比例显示出来．在对用户 进行定位的基础上根据用户选择的出发地和目的 地，在导航地图的道路网中为用户规划出一条最 佳路径，引导用户行驶．采用ＴＩ公司的 ＴＭＳ３２０Ｃ５５ｘ ＤＳＰ内核与低功耗、高性能的 ＡＲＭ９２６ＥＪ—Ｓ微处理器组成的双核应用处理器 ＧＲ４７＿７］、ＧＰＳ模块选用美国Ｒｏｃｋｗｅｌｌ公司生产 的高性能Ｊｕｐｉｔｅｒ ０２１／０３１系列ＧＰＳ ＯＥＭ板、存 储模块、电话手柄及电源等基本模块组成．该导航 终端充分利用ＯＭＡＰ５９１２提供的外围接口，通过 ＥＭＩＦ扩展了３２Ｍ ＳＤＲＡＭ、３２Ｍ ＦＬＡＳＨ，将中 文ＬＣＤ连接到内部集成的ＬＣＤ控制器．同时扩 展了触摸屏作为人机交互的接口，并设计了摄像 头接口以实现智能应用．该导航终端通过ＣＡＮ 接口，与汽车ＣＡＮ总线网络控制系统连接成为 一个整体，实现汽车内电子器件的控制（车门的开 关、油门的锁死等）和信息显示等功能．整个核心 电路模块框图如图１所示． ＯＭＡＰ５９１２＿３ 进行多媒体导航终端设计，终端软 件充分利用ＯＭＡＰ５９１２实时多媒体处理功能，实 现了对音频信号的处理，很好地实现车载自动导 航ｌ５ ］、ＭＰ３下载播放、车载免提电话及图像动态 传输等车载应用． １ 导航终端硬件结构 车载多媒体导航终端主要由面向智能通信且 收稿日期：２０１０—０１—２１ 图１ 车载多媒体导航终端结构框图 武奇生（１９６３一）：男，硕士，教授，主要研究领域为智能交通系统、计算机应用系统 陕西省交通厅交通科技项目（批准号：０８ １３Ｋ）、河南省交通厅科技计划项目（批准号：２００９Ｐ２４５）资助 ・ ５７４ ・ 武汉理工大学学报（交通科学与工程版） ２０１０年第３４卷 库，通过车载多媒体应用程序的运行，实现了对 ２ 导航终端软件设计 ＧＰＳｃ“］、ＧＰＲＳ、ＬＣＤ、触摸屏、键盘、ＦＬＡＳＨ、 ＵＳＢ等设备的访问，并与ＤＳＰ通信，实现前端音 ２．１软件构架 频、图像数据的读取．ＤＳＰ端软件主要完成音频 车载多媒体导航终端的软件开发 主要由 编解码等实时数值运算功能，采用ＴＩ公司提供 ＡＲＭ端软件设计和ＤＳＰ端软件设计两大部分组 的ＤＳＰ／ＢＩＯＳ作为操作系统．ＡＲＭ端和ＤＳＰ端 成．ＡＲＭ端通过加载嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系统 软件通过ＤＳＰ／ＢＩＯＳ桥，结合ｍａｉｌｂｏｘ寄存器和 Ｍｏｎｔａｖｉｓｔａ，移植Ｑｔ／Ｅｍｂｅｄｄｅｄ作为系统的ＧＵＩ 共享内存实现通信．整个软件架构如图２所示． Ｉ应用程序 Ｉ ｌ 车载多媒体应用 ｌ图形界面 Ｉｌ Ｑ ｍｂｅｄｄｅｄ 进程管理 设备管理 存储管理 ｊ网络通信ｌ ｊ电源管理ｆ ｌ帧设缓备冲文 ｌ俐ｆ设摄备像文头ｌ件ｆ １ｆ设触备摸文屏件 ｆ 接口没备文件 鬻 ２．２软件实现流程 ３ 关键技术实现 车载多媒体导航终端开机后首先执行 ＦＬＡＳＨ中的ＡＲＭ引导程序，完成对系统程序 终端软件程序主体采用多线程设计，主要由 的引导，然后将ＰＣ指针指向系统程序的人口，完 主控线程、ＧＰＲＳ通信线程、数据采集线程、ＧＰＳ 成控制权转移之后，系统程序开始运行．系统程序 导航线程、地图数据库查询线程、视频及音频线程 首先完成对终端的初始化工作，包括设置ＣＰＵ 来来实现．终端软件线程的实现主要通过Ｏｔ库 的寄存器（包括中断的屏蔽，开放的时机）、存储器 的多线程类ＱＴｈｒｅａｄ，从这个类派生出一个新 控制器的设置、Ｃａｃｈｅ启用设置、看门狗的设置、 类，并实现ＱＴｈｒｅａｄ中的纯虚函数ｒｕｎ（），就完成 ＲＡＭ和Ｒ０Ｍ控制器的设置、初始化硬件设备 一个子线程的创建． 等．其中硬件设备初始化包括音响状态接收和控 ３．１主控线程 制接口初始化、音视频切换接口初始化、键盘接口 主控线程通过人机交换实现液晶显示屏的信 初始化、ＵＳＢ主机接口初始化等．然后调用ＳＹＳ－ 息显示和键盘的应答信息输入，主要实现了界面 ｉｎｔ（）初始化系统软件、调用ＵＳＢ—ｉｎｉｔ（）初始化 功能、ＧＰＳ导航功能中的地图匹配和导航引导模 ＵＳＢ主机系统软件．其次完成对显示模块的初始 块、浏览功能中的地图浏览模块以及这些模块间 化工作，为了加快菜单的显示速度，同时要将菜单 的消息发送、接收和处理，同时协调各个线程异步 字库从ＦＬＡＳＨ中搬移到ＳＤＲＡＭ中．完成对显 运行． 示模块的初始化之后，显示开机画面，并在画面持 在主控线程中创建车载多媒体导航终端相应 续的这段时间内完成对ＤＳＰ系统程序的引导，最 功能子线程，并调用它的ｓｔａｒｔ（）函数，就启动相 后释放ＤＳＰ复位状态，唤醒ＤＳＰ工作（开始可能 应子线程的运行． 处于待机状态）．最后创建邮箱ＯＳＭｂｏｘＣｒｅａｔｅ ３．２ ＧＰＲＳ通信线程 （）、消息队列ＯＳＱＣｒｅａｔｅ（）、信号量ＯＳＳｅｍｌｎｔ（） ＧＰＲＳ通信线程在ＧＰＲＳ网络状态良好的情 和各个任务ＯＳＴａｓｋＣｒｅａｔｅ（），最后调用ＯＳＳｔａｒｔ （），启动多任务调度程序（主控线程）． 况下，优先通过ＧＰＲＳ通信方式将多媒体导航终 端所在位置、运行状态等信息传输到监控中心并 第３期 武奇生，等：车载多媒体导航终端软件设计与实现 ・ ５７５ ・ 接收来自监控中心的指令．与此同时，ＧＰＲＳ无线 通信线程不断轮回检查ＧＰＲＳ网络状态，当出现 网络拥塞、ＧＰＲＳ未覆盖或者中心工作人员误操 作导致ＴＣＰ／ＩＰ连接断开时，会立刻切换到ＳＭＳ 方式直至ＴＣＰ／ＩＰ重新连接上．ＧＰＲＳ通信线程 用硬件实现ＴＣＰ／ＩＰ协议堆栈，通过ＧＰＲＳ无线 Ｍｏｄｅｍ接口联网登录到服务器，建立通路数据传 输通道．ＧＰＲＳ通信线程实现如下． ｖｏｉｄ ＧＰＲＳＴｈｒｅａｄｌｎｉｔ（ｖｏｉｄ） ｛ ｐｄｐａ（）；／／初始化一个ＧＰＲＳ会话，通过ＡＴ＋ ＣＧＤＣＯＮＴ指令实现 ｉｐｉ（ＩＰＡｄｄｒｅｓｓ）；／／ＧＰＲＳ分配给该导航终端的ＩＰ 地址 ｉｐｏ（ＳｏｃｋＴｙｐｅ，ＳｏｃｋＮｕｍ）；／／获取指向套接字 Ｓｏｃｋｅｔ号的指针ＳｏｃｋＮｕｍ ｔｃｐｃ（）；／／建立终端连接到监控中心服务器的 ＴＣＰ会话 ｝ ３．３数据采集线程 数据采集线程从各接口采集ＧＰＳ、图像和车 状态数据．数据采集线程为一个接收子线程类，封 装在一个串口类中．头文件定义如下． ＃ｉｎｃｌｕｄｅ￣ｑｔｈｒｅａｄ．ｈ＞ ＃ｉｎｃｌｕｄｅ％ｔｅｒｍｉｏｓ．ｈ＞ ／／接收线程类定义 Ｃｌａｓｓ ＲｅａｄＴｈｒｅａｄ：ｐｕｂｌｉｃ ＱＴｈｒｅａｄ ｛ ｐｕｂｌｉｃ： ＲｅａｄＴｈｒｅａｄ（ｉｎｔ ｓｅｒｉａ１）｛ｆｄ—ｓｅｒｉａｌ；） ～ＲｅａｄＴｈｒｅａｄ（）； ｖｉｒｔｕａｌ ｖｏｉｄ ｒｕｎ（）；／／接收线程 ｃｈａｒ ｂｕｆｆｅｒ［２５５］；／／数据缓冲区 ｐｒｉｖａｔｅ： ｉｎｔ ｆｄ；／／端口指针 ） ３．４ ＧＰＳ导航线程 ＧＰＳ导航线程通过标准ＲＳ２３２串口与Ｊｕｐｉ— ｔｅｒ ＧＰＳ ＯＥＭ板进行高速通信，将ＧＰＳ接收到 的坐标转换成当地坐标使用的转换参数，完成接 收经纬度数据的功能．线程处理函数把接收到的 经纬度数据实时通过消息发送给地图匹配模块处 理．其中地图数据解码处理算法如下． ｖｏｉｄ ＤｒａｗＭａｐ（ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ＊Ｍａｐｖｓｔｒ） ｛ Ｍａｐｖｓｔｒ—ＲｅｃｅｉｖｅＭａｐＤａｔａ（）；／／得到地图数据 Ｗｈｉｌｅ（］） Ｋｉｎｄｓ一＊Ｍａｐｖｓｔｒ＋＋；／／数据类型 ｉｆ（Ｋｉｎｄ是面） 根据面地图数据画面（如广场、绿地等），显示面 中文字内容； ｉｆ（Ｋｉｎｄ是线） 根据线地图数据画线（如道路、河流等），显示线 上文字内容； ｉｆ（Ｋｉｎｄ是点） 根据点地图数据画点（如饭店、机关等），画点图 标，显示点名称； ｝ ｝ 路径规划线程主要完成在道路网中求解最佳 路径的任务，在用户要求提供最佳路径时根据用 户的出发地和目的地求出一条最佳路径．在最佳 路径求解中采用Ｄｉｊｋｓｔｒａ算法． ３．５地图数据库查询线程 地图数据库查询线程主要完成对导航地图数 据库的查询功能，根据用户要求生成线程，完成相 关的地理信息查询． ３．６视频线程 视频线程使用Ｖｉｄｅｏ ｆｏｒ ｌｉｎｕｘ接口访问 ＵＳＢ摄像头设备，捕获实时视频流，放人到视频 处理缓冲区中并采用Ｈ．２６４／ＡＶＣ压缩算法对视 频进行增加和压缩，通过标准ＲＴＰ传输协议进 行实时传输．视频线程实现流程如图３所示． 图３视频线程实现流程 ３．７ ＤＳＰ端音频处理机制 ＤＳＰ端软件在实时操作系统ＤＳＰ／ＢＩＯＳ环 境下，通过基于类／微驱动模型的音视频输入／输 出驱动程序，实现音视频的采集和输出．音频软件 主要由数据处理、音频芯片的输入输出驱动以及 ＡＲＭ—ＤＳＰ通信等组成．通过标准的智能应用编 程接口（ＭＭ ＡＰＩ）使用智能引擎，对相关的ＤＳＰ 任务通过ＤＳＰ应用编程接口（ＤＳＰ ＡＰＩ）使用 ＤＳＰ／ＢＩＯＳ桥，最后由ＤＳＰ／ＢＩＯＳ桥对数据、Ｉ／Ｏ 流和ＤＳＰ任务控制进行协调．其音频处理流程如 图４所示． ４ 结 束 语 设计的车载多媒体导航终端软件通过了多次 ・ ５７６ ・ 武汉理工大学学报（交通科学与工程版） ２０１０年第３４卷 ＡＲＭ端ＤＳＰ端 航中的应用［Ｊ］．武汉理工大学学报：信息与管理工程 版，２００７，２９（２）：２４—２７． （ 程序开始） ０ 墨竺 塑 Ｆ ｌ———ｌ‘——一 等待握手信号 ０ 。 ｆ 确认引导成功 ［３］彭春华，蒋新华．基于ＧＰＳ的实时机车运行信息传输 系统［Ｊ］．交通运输工程学报，２００４，４（２）：１１１—１１４． ［４］凌 乐，朱善安．基于０ＭＡＰ５９１２的汽车电子音频 系统硬件设计ＥＪ］．电子器件，２００７，３Ｏ（２）：７２１—７２４． Ｉ初始化ＡＩｃ２３ Ｉ ， ｌ加载ＤｓＰ的∞ｔ文晔 ０ Ｌｏａｄ ０ｕｔ文件 执行 ｆ 响应命令 数据传输 ［５］胡 刚，金振伟，司小平，等．车载导航技术现状及其 发展趋势［Ｊ］．系统工程，２００６，２４（１）：４１—４７． ５６］诸葛斌，周荷琴，刘光远，等．汽车动态导航终端的研 制［Ｊ］．汽车工程，２００６，２８（７）：６３９—６４２． Ｉ 启动程序 ｝ 发送命令 数据传输 ＭＳＣ，Ｑ ＣＨＮＬ ［７］王松宏，李德化．基于ＧＰＲＳ的车辆监控系统车载移 动终端的设计［Ｊ］．计算机应用研究，２００５，２２（６）： １８４ １８６． 等待ＤｓＰ的消息 ｌ Ｉ ＰｃＭ数据生成｝ Ｉ 执行完毕 ［８］卢青，岳春生．基于中间件技术的嵌入式导航终端 软件设计［Ｊ］．现代电子技术，２００８，２７３（１０）：１０９— 幽４音频处理流程 １１１． 装车功能测试，程序运行正常，能很好地实现车载 自动导航、ＭＰ３下载播放、车载免提电话及图像 ［９］Ｏｍａｒ Ａ Ｂ，Ｂａｌｑｉｅｓ Ｓ．Ｎｅｗ ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｖｅ— ｈｉｃｌｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｕｎｄｅｒ 动态传输等车载应用，对于从中心下发的各种信 息，都能正确地做出处理，性能较好，具有良好的 市场应用前景． ＧＩＳ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｍ— ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００５，１８（９）：６６－７３． Ｄ ｏ］Ａｌｅｘａｎｄｅｒ Ｓｃｈａｄｅｒ．Ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｄｅｍａｎｄｓ ｏｆ ｉｎ—ｃａｒ ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ．Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｆｅａｔｕｒｅ［Ｊ］．Ａｕｔｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００７（１１）：２５—２７． 参考文献 ［１１］Ｇｕｌ Ｆ，Ｆａｎｇ Ｊ Ｃ，Ｇａｈｏ Ａ．ＧＰＳ／ＳＩＮＳ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｄａｔａ ｆｕｓｉｏｎ ｕ—ｓｉｎｇ ｑｕａｔｅｒｎｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｕｎｓｃｅｎｔｅｄ ［１］魏红军．基于嵌入式ＰＣ的车载数据采集系统开发 －ＩＪ１．武汉理工大学学报：交通科学与工程版，２００６， ３０（３）：３６９—３７２． Ｋａｌｍａｎ ｆｉｌｔｅｒ［ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒ— ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａ— ｔｉｏｎ，Ｐｉｓｃａｔａｗａｙ，ＮＪ，ＵＳＡ：ＩＥＥＥ，２００６：１８５４一 Ｅ２］徐华中，魏海，石勇．嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统在车载导 】８５９． Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｔｅｒｍｉｎａｌ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｗｕ Ｑｉｓｈｅｎｇ Ｄｕａｎ Ｆｅｉｆｅｉ Ｓｈｉ Ｌｉａｎ Ｌｉ Ｊｉｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ＇ａｎ ７１００６４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｖｅｈｉｃｌｅ ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｐｌａｙｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ ｒｏｌｅ ｉｎ ＩＴＳ．Ｔｈｅ ｄｒｉｖｅｒｓ ｃａｎ ｇｅｔ ａｃｃｕｒａｔｅ ａｎｄ ｒｅａｌ・—ｔｉｍｅ ｔｒａｆｆｉｃ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｒｅｌａｔｅｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｂｙ ｖｅｈｉｃｌｅ ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｎａｖｉｇａ— ｔｉｏｎ ｔｅｒｍｉｎａｌ，ａｎｄ ｇｅｔ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｔｒａｖｅｌｌｉｎｇ ｐａｔｈ．Ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＯＭＡＰ５９１２ ＣＰＵ，ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｌｉｎｕｘ．Ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｆｒａｍｅ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｆｒｏｍ ＡＲＭ ａｎｄ ＤＳＰ，ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｏｆ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉＳ ａｌｓｏ ｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｏｆ ｓｏｆｔ— ｗａｒｅ ｉＳ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｆｒｏｍ ｓｅｖｅｎ ｔｈｒｅａｄｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｍａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌ，ＧＰＲＳ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ， ＧＰＳ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｑｕｅｒｙ ｏｆ ｍａｐ ｄａｔａｂａｓｅ，ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｖｉｄｅｏ ａｎｄ ａｕｄｉｏ．Ｉｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｔｈｅ ｓｏｆｔ— ｗａｒｅ ｃａｎ ｒｕｎ ｗｅｌｌ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉＳ ｓｉｍｐｌｅ ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｉＳ ｐｏｗｅｒｆｕ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｔｅｒｍｉｎａｌ；ＯＭＡＰ；ＧＰＳ；ＧＰＲＳ；ｔｈｒｅａｄ
