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BD2/GPS双模车载导航终端系统设计

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BD2/GPS双模车载导航终端系统设计

发布日期:2018-02-28 作者:admin 点击:

  车载导航市场从2010年开始进入一个快速发展的时期,有业内专家称,2012年到2016年,中国车载导航市场将迎来第二个五年发展时期,或将呈现井喷式的发展。[1]但目前,GPS系统占据着全世界民用市场94%、中国民用市场95%的份额。如果中国没有独立的卫星导航系统,那么GPS在导航市场一统天下的局面将一直延续下去,巨大的利润将拱手送人。[2]况且GPS的所有权、控制权、运营权都属于美国国防部,它是一个以军用为主的卫星导航系统,并不保证民用信号的可靠性。只有拥有自己的导航系统,一个国家的导航应用才能取得独立性,才能真正可靠。

  北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,以下简称BDS),是我国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统,目前已经发射16颗卫星,建成了基本系统,2011年12月27日已正式提供试运行服务[3],并于2012年12月27日正式提供区域服务[4]。BDS承诺为全世界用户提供高质量的公共免费,并承诺提供不间断的民用信号,在车载导航系统中加入北斗星系统,无疑是一个“双保险”。正式的北斗卫星导航系统也被称为北斗二号[5],是中国的第二代卫星导航系统,简称BD2,在BD2没有完全成熟以前,BD2/GPS双模导航系统必将是车载导航系统的过渡趋势,开展基于BD2/GPS的双模车载导航系统研究,具有重要的应用价值和社会价值。


  1. 功能需求

  基于BD2/GPS的双模车载导航终端应用功能不仅要具备常用车载导航终端的主要应用功能,即卫星导航、无线电话、车载娱乐(如车载收音机、车载DVD等)和报警功能;支持可扩展存储卡(主要是SD卡和TF卡)、支持USB接口和CAN总线接口;人机交互接口除采用健盘外,最好还支持触摸方式;软件上应该支持WinCE/Android等主流操作系统。还要支持BD2和GPS两种模式导航,即支持BD2/GPS双模导航。

  2. 硬件系统设计

  根据功能需求,要实现BD2/GPS双模导航功能,只需要在车载导航终端中加入BD2和GPS双模射频模块即可,该模块集成双通道接收机,BD2和GPS各组成一个通道,两个通道可同时工作。因此,基于BD2/GPS的双模车载导航终端硬件系统由主机、显示屏、操作健盘和天线组成。主机包括控制芯片、BD2/GPS射频模块、通信模块、语音输入输出模块、LCD显示与触控屏模块、视频输入模块、电源供电模块和各种数据接口。硬件系统结构如图1所示。

  2.1 主控芯片

  主控芯片是基于BD2/GPS的双模车载导航终端硬件系统的核心部件,提供系统的通用计算能力和主操作系统。采用上海宇芯UC150,UC150的特点是采用台积电65LP的先进制程,集成了多核的32位高性能CPU,BD/GPS双模定位导航处理基带,2D/3D图形加速引擎,多媒体硬件编解码引擎,视频输入模块,数字和模拟视频输出的显示模块,音频模拟数字输入输出模块,支持DDR2高速度存储器,SD和Nand-flash大容量固态存储,还集成了包括CAN总线,I2C,UART,USB,SPI,SDIO等多种接口。芯片采用ARM1176[6]作为主控CPU,ARM1176成熟度高,但性能高达1GHz,可提供媒体和浏览器功能,采用针对安全应用领域的ARM TrustZone技术[7],安全可靠,同时,支持嵌入式Linux/Android/WinCE/WinMobile 操作系统,便于应用程序的开发与扩展;协处理器采用双ARM926EJS,可直接控制所有片内硬件控制器和接口,是理想的主控芯片。UC150功能框图如图2所示。


卫星应用智能终端


  2.2 BD2/GPS射频模块

  BD2/GPS射频模块用于提供BD2/GPS双模双通道的射频信号采集与下变频功能。采用RUNXIN的双模双通道射频导航芯片RX3007[8],RX3007支持双通道同时工作,片内集成双通道接收机,经过下变频、放大和模数转换后分成两路数字中频信号输出给基带芯片。片上集成了低噪声放大器,镜频抑制混频器,自动增益控制电路,带通滤波器,中频放大器,压控振荡器,小数分频锁相环,模数变换器和低压差线性稳压器(LDO)等电路。射频天线支持BD2/GPS双频点。

  2.3 蓝牙/FM发送模块

  蓝牙/FM发送模块采用RDA的发送二合一芯片RDA5876[9],RDA5876将蓝牙和调频收音机调谐器集成到一个芯片,蓝牙和可以同时和独立的工作,并且整合度高,板空间少,可降低设计成本。射频天线采用2.4GHz RF天线;FM发射天线通过I2C(Inter-Integrated Circuit)[10]配置接口完成对FM调频的配置,通过UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)[11]接口完成对蓝牙芯片的配置和控制。

  2.4 GSM/3G通信模块

  通信模块用于提供无线网络接入;实现网络数据业务,包括上行与下行通道,应该具备在线视频播放功能;同时,要支持AGPS功能;支持网络运营后台业务;支持短信;并可根据需要,还支持彩信业务和支持话音通信。采用HUAWEI 3G通信模块MU509,射频天线采用3G RF天线,支持UART 配置、控制接口和USB数据传输接口;通过GSM或3G(WCDMA)网络。   2.5 语音输入输出模块

  语音输入输出模块可直接通过主控芯片的内置Audio Codec完成,通过主控芯片的音频处理子系统和协处理器软件完成噪声消除与回波抵消,两路麦克风差分输入,独立单声道PA-Speaker,立体声输出3.5mm接口,内置line-in向FM输出,直接的PCM数字音频接口与蓝牙子系统的话音通路对接。

  2.6 LCD显示与触控屏子系统

  LCD显示与触控屏子系统用于UI的操作界面显示和触屏操控。采用4bit RGB接口的7英寸或其他尺寸的LCD显示屏,并采用电阻式触控屏,通过主芯片内置的触控屏控制器电路,电容式触控屏;也可根据需要采用I2C控制接口。


  2.7 视频输入模块

  视频输入模块用于完成倒车影像的输入。采用模拟视频输入接口,并采用模拟视频运放,通过ADI 的TV-decoder芯片ADV7180完成视频信号的数字化转换;通过I2C控制接口实现配置可控制。

  2.8 电源

  电源为整个控制终端硬件提供供电,并确保上电次序和减除电源波动对系统的影响。采用车载标准12V直流供电;采用12V-9V LED driver提供LCD背光供电;通过两路DC-DC,支持1.2V和3.3V输出;采用多路LDO[12]支持系统所需的2.5V,3.3V,采用800mAH的电池,用于系统稳压和防止突然掉电。

  3. 软件系统设计

  软件系统采用VC环境开发,容易实现线程、动态链接库、数据库接口等编程技术,操作系统支持WinCE/WinMobile/Linux/Android等主流操作系统。根据功能要求,终端软件系统架构设计为六层,即硬件层、驱动层、内核层、服务层、应用层和人机接口层,其中其中驱动层、核心层和服务层构成基础软件。如图3所示。

  硬件层主要是指车载信息系统的硬件构成,包括处理器、存储芯片、I/O、外接通信、车辆总线、导航、音频和视频;驱动层完成各种硬件芯片的驱动功能,包括内核支持驱动、存储芯片驱动、I/O驱动、外接通信驱动、车辆总线驱动、导航设备驱动、音频设备驱动、视频设备驱动;内核层实现操作系统内核,包括进程调度、文件系统、内存管理、设备管理、异常管理、网络协议和虚拟机运行环境;服务层实现一些标准化的服务功能;应用层利用服务层所提供的服务,而设计一系列不同的应用;HMI(Human Machine Interface)[13]层使用不同的人机工程界面,完成人机交互。

  4. 结语

  文章通过大量运用国产芯片来进行基于BD2/GPS的双模车载导航终端系统设计,给出了硬件系统设计方案和软件系统架构,介绍了设计思路,对车载导航终端系统的进一步实现具有参考价值。


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