畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要題目基于FPGA的遠(yuǎn)程定位技術(shù)研究摘要GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）可以實(shí)現(xiàn)一種非常穩(wěn)定的有效的汽車(chē)定位方法，利用GSM（全球移動(dòng)通信系統(tǒng)）技術(shù)將GPS接收到的定位消息迅速的發(fā)送到接收終端。把這兩種技術(shù)組合在一起形成的汽車(chē)監(jiān)控導(dǎo)航系統(tǒng)，為解決相關(guān)問(wèn)題找到了不錯(cuò)的方法，在汽車(chē)導(dǎo)航控制系統(tǒng)的過(guò)程中發(fā)揮著重要作用?；贔PGA的GPS/GSM汽車(chē)監(jiān)控系統(tǒng)，采用FPGA的嵌入式微處理器核當(dāng)作數(shù)據(jù)處理和控制核心，用來(lái)完成對(duì)GPS數(shù)據(jù)、短消息等數(shù)據(jù)的處理以及對(duì)車(chē)載臺(tái)各個(gè)模塊的控制功能。本設(shè)計(jì)采用SIM908模塊，它將GPS/GSM模塊集成在一起，這樣的設(shè)計(jì)明顯減少了開(kāi)發(fā)GPS功能應(yīng)用的成本和時(shí)間。本次設(shè)計(jì)通過(guò)在NIOSII的SOPCBUILDER中構(gòu)建出系統(tǒng)的軟核，在QUARTUS里面搭建好系統(tǒng)的硬件電路圖。在NIOSIIIDE軟件中編寫(xiě)程序。該系統(tǒng)預(yù)期的目標(biāo)是將GPS模塊接受到的定位信息通過(guò)串口發(fā)送回來(lái)，再將定位信息解析后，通過(guò)GSM模塊發(fā)送到用戶手機(jī)。目前，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)GPS定位信息的接收和顯示。關(guān)鍵詞FPGAGPSGSM畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要TITLEREMOTEPOSITIONINGTECHNOLOGYRESEARCHBASEDONFPGAABSTRACTGPSGLOBALPOSITIONINGSYSTEMCANREALIZEAVERYSTABLEANDEFFICIENTMOTORPOSITIONINGMETHODUSINGGSMGLOBALSYSTEMFORMOBILECOMMUNICATIONSTECHNOLOGYCANRAPIDLYTRANSMITTHEPOSITIONINGDATAINFORMATIONTHATRECEIVEDBYGPSTOTHERECEIVINGTERMINALACOMBINATIONOFGPS/GSMVEHICLEMONITORINGSYSTEM,ISAGOODSOLUTIONTOSOLVETHEABOVEPROBLEMTHISTECHNOLOGYISPLAYINGAMOREANDMOREIMPORTANTROLEINTHEPROCESSOFCARNAVIGATIONCONTROLSYSTEMGPS/GSMVEHICLEMONITORINGSYSTEMONBOARDBASEDONFPGA,USINGEMBEDDEDMICROPROCESSORCOREOFFPGAASINFORMATIONPROCESSINGANDTHECONTROLCORE,TOCOMPLETETHEGPSDATAANDSHORTMESSAGEDATAPROCESSINGANDCONTROLOFTHEVEHICLEPLATFORMMODULEUSINGSIM908MODULE,WHICHCANINTEGRATEGPS,GSMMODULETOGETHERTHISDESIGNCANREDUCETHECOSTANDTIMEOFGPSAPPLICATIONTHECOREOFTHESYSTEMISDESIGNEDINTHENIOSIISOPCBUILDERANDTHEQUARTUSCANBUILDTHEHARDWARECIRCUITTHEPROGRAMISWRITTENINTHENIOSIIIDESOFTWARETHESYSTEMISEXPECTEDTOTRANSMITTHEPOSITIONINGINFORMATIONRECEIVEDBYGPSMODULETHROUGHASERIALPORTTHENANALYZINGTHEPOSITIONINGINFORMATIONANDSENDINGTOTHEUSERPHONETHROUGHGSMMODULEATPRESENT,THESYSTEMCANONLYACCEPTANDDISPLAYTHEGPSPOSITIONINGINFORMATIONKEYWORDSFPGAGPSGSM目錄1、引言111研究背景112國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀213目前導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀214FPGA技術(shù)在汽車(chē)電子領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展前景415GPS/GSM相關(guān)產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀416課題研究目的及意義52、系統(tǒng)的組成及方案設(shè)計(jì)521總體設(shè)計(jì)522局部設(shè)計(jì)623信息處理和控制核心模塊設(shè)計(jì)83車(chē)載臺(tái)的總體設(shè)計(jì)1531車(chē)載臺(tái)的概況1532FPGA上嵌入式微處理器的介紹1533車(chē)載臺(tái)硬件系統(tǒng)的搭建設(shè)計(jì)1634車(chē)載臺(tái)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)20341GPS模塊的工作流程20342GSM模塊的工作流程20343系統(tǒng)總工作流程214車(chē)載臺(tái)系統(tǒng)的測(cè)試2241GSM模塊測(cè)試2242GPS模塊測(cè)試2443系統(tǒng)總體測(cè)試26結(jié)論28參考文獻(xiàn)29致謝30附錄A311、引言11研究背景隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各式各樣的汽車(chē)已經(jīng)走進(jìn)了家家戶戶，汽車(chē)在帶給人們方便的出行的同時(shí)，在平安方面也暴露著一些禍患，由此帶來(lái)的車(chē)輛安全問(wèn)題也得到了人們的關(guān)注2。尤其是最近些年，伴隨著私人車(chē)總量的不斷增大，私有車(chē)的主人尋找安全保護(hù)，希望提供相應(yīng)服務(wù)的愿望也越來(lái)越逐漸強(qiáng)烈，舊的服務(wù)模式已經(jīng)不能達(dá)到客戶們的主要要求6。因此，希望有更高新的科學(xué)技術(shù)，更先進(jìn)的定位系統(tǒng)應(yīng)用于汽車(chē)行業(yè)。車(chē)輛定位跟蹤系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，是極具潛力的應(yīng)用之一。美國(guó)是第一個(gè)研制了全球定位系統(tǒng)（GLOBALPOSITIONINGSYSTEM,GPS）的國(guó)家，在20世紀(jì)七八十年代，由美國(guó)陸軍、海軍、空軍三個(gè)軍隊(duì)共同研制出最新的空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)1。他們研究這個(gè)系統(tǒng)的主要目的是給陸、海、空等幾個(gè)部門(mén)供給實(shí)時(shí)的導(dǎo)航服務(wù)，一旦遇到了緊急危機(jī)，例如氣候的特殊變化、軍事襲擊等情況，可以隨時(shí)隨地的提供導(dǎo)航服務(wù)。在搜集情報(bào)，核電爆炸等危險(xiǎn)情況下，可以提供及時(shí)的通信服務(wù)19。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)同時(shí)也顯示了美國(guó)獨(dú)霸全球的野心。經(jīng)過(guò)了大約20幾年的不斷研制和試驗(yàn)，耗費(fèi)了高達(dá)300多億美元，截止到1994年的3月底，20多顆衛(wèi)星已經(jīng)覆蓋了全球面積的90左右。全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GLOBALSYSTEMFORMOBILECOMMUNICATIONS，GSM具有開(kāi)放性的優(yōu)點(diǎn)，它具有以下特點(diǎn)1、由很多小系統(tǒng)構(gòu)成，而且可以和不同種類(lèi)的公共的通信網(wǎng)絡(luò)相互聯(lián)系，在每一個(gè)分系統(tǒng)之間和每一個(gè)分系統(tǒng)與其它的通信網(wǎng)之間都被確切的定義了標(biāo)準(zhǔn)的接口規(guī)則，從而確保每一家生產(chǎn)商提出的GSM系統(tǒng)或者子系統(tǒng)可以相互聯(lián)系2。2、GSM系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音傳輸?shù)墓δ?，還能實(shí)現(xiàn)許多其它的服務(wù)。3、GSM系統(tǒng)擁有加密和鑒權(quán)的功效，可以保證用戶守密和網(wǎng)絡(luò)的安全。4、一般的干擾信號(hào)都不會(huì)對(duì)GSM系統(tǒng)產(chǎn)生影響，只要能監(jiān)測(cè)到信號(hào)覆蓋的區(qū)域，信號(hào)強(qiáng)度都很高。5、GSM系統(tǒng)終端設(shè)備具有功能強(qiáng)、小巧等功能。12國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀汽車(chē)監(jiān)控系統(tǒng)這樣的高科技系統(tǒng)融合了許多種不同的技術(shù)，例如GPS,GSM還有現(xiàn)在比較熱的嵌入式等技術(shù)。目前，根據(jù)我國(guó)情況，一般采用GSM作為無(wú)線通信方式18。其他國(guó)家也開(kāi)發(fā)了各種各樣的汽車(chē)監(jiān)控系統(tǒng)，VDO系統(tǒng)是由德國(guó)汽車(chē)零件公司設(shè)計(jì)的，法國(guó)通過(guò)把汽車(chē)組合在一塊，也設(shè)計(jì)出了一個(gè)導(dǎo)航定位系統(tǒng)，TRAVTCK車(chē)輛導(dǎo)航信息系統(tǒng)由美國(guó)GENERALMOTOR公司經(jīng)過(guò)多年的研究和實(shí)驗(yàn)制造出的2。不同的國(guó)家各有各的品牌，他們產(chǎn)品的共同特點(diǎn)就是提供了精準(zhǔn)的、直觀的、詳細(xì)的汽車(chē)位置信息，而且具有不錯(cuò)的穩(wěn)定性和可靠性。美國(guó)的車(chē)輛導(dǎo)航服務(wù)具有別樣的特點(diǎn)，它集成了呼救服務(wù)系統(tǒng)的輔助導(dǎo)航占有很大的優(yōu)勢(shì)5。所謂的輔助導(dǎo)航是建立特定的服務(wù)控制中心，而且控制中心通常具計(jì)算機(jī)管理，電子圖和通信連接設(shè)備等強(qiáng)大功能，裝有GPS設(shè)備的汽車(chē)可以被提供定位跟蹤管理，救助服務(wù)受理等。在我們國(guó)家，從上個(gè)世紀(jì)九十年代初期到現(xiàn)在，在這十幾年的時(shí)間里，我們國(guó)家的車(chē)輛定位和遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)在崎嶇中不斷向前發(fā)展。經(jīng)歷了1994年到1995年的新型階段后，國(guó)內(nèi)車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)整2。從1999年到現(xiàn)在，新一波快速增長(zhǎng)的勢(shì)頭出現(xiàn)在汽車(chē)定位和車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)市場(chǎng)里。此時(shí)，各方面條件已經(jīng)成熟，系統(tǒng)與車(chē)載臺(tái)系統(tǒng)日漸成熟，系統(tǒng)容量達(dá)到數(shù)千輛的規(guī)模。從2006年到2008年，隨著北京奧運(yùn)會(huì)的舉辦，數(shù)萬(wàn)臺(tái)公共汽車(chē)安裝了車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)。交通部門(mén)能夠?qū)崟r(shí)的監(jiān)控北京車(chē)輛的運(yùn)行。當(dāng)然，車(chē)載電子的發(fā)展面臨著難題4。在目前的汽車(chē)行業(yè)中，GPS/GSM車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品與一般消費(fèi)品一樣，面臨著協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)變化的壓力，產(chǎn)品的更新?lián)Q代非常頻繁，采用的器件有可能會(huì)迅速過(guò)時(shí)。而且，車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)壽命是十年，如何讓車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)的壽命與車(chē)的壽命相匹配，是目前的一大難題7。隨著FPGA技術(shù)的不斷地成熟和發(fā)展，這種技術(shù)在車(chē)輛電子領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯。采用軟核處理器的內(nèi)核并把它嵌入在FPGA的構(gòu)造中是一種很好的解決辦法5。利用通用的FPGA平臺(tái)生產(chǎn)每一種型號(hào)產(chǎn)品，就能通過(guò)盡可能小的變化適應(yīng)不同的設(shè)計(jì)要求。13目前導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀目前為止，我們國(guó)家自己研制出了一種新的全球衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)，它的名字叫北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。緊緊的排在美國(guó)的全球定位系統(tǒng)（GPS）和俄國(guó)GLONASS以后的比較穩(wěn)定的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)就屬北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)了。該系統(tǒng)在空間上、陸地上、用戶終端三個(gè)方面進(jìn)行了分布，在整個(gè)地球的周?chē)还苁窃谑裁磿r(shí)間，什么地點(diǎn)，該系統(tǒng)都可以為不同種類(lèi)的用戶服務(wù)。該系統(tǒng)提供的服務(wù)特點(diǎn)包括非常高的精準(zhǔn)度、實(shí)現(xiàn)比較穩(wěn)定的定位、任意空間的導(dǎo)航，而且可以傳輸各種信息實(shí)現(xiàn)通信。大體上擁有了一下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)可以實(shí)現(xiàn)任何地區(qū)的導(dǎo)航、定位，20M以內(nèi)都可以精確到，實(shí)時(shí)性非常強(qiáng)，能達(dá)到101NS左右。在兩年前的臘月底左右，發(fā)生了一件值得華人驕傲的事情，那就是北斗系統(tǒng)的相關(guān)接口文件正式版10被面向世界宣布了。在整個(gè)亞洲地區(qū)內(nèi)，北斗導(dǎo)航執(zhí)行的業(yè)務(wù)被正式授予了。其中包括定位、導(dǎo)航、授時(shí)等服務(wù)。2013年12月27日，國(guó)務(wù)院的新聞辦公廳里召開(kāi)了一次很隆重的新聞發(fā)布會(huì)，在該次發(fā)布會(huì)上，我國(guó)正式公開(kāi)發(fā)布了有關(guān)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的兩個(gè)系統(tǒng)文件。聯(lián)合國(guó)的委員會(huì)也宣布了一件很高興的事情，它宣布把北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和美國(guó)發(fā)布的定位系統(tǒng)、俄羅斯研究的系統(tǒng)以及歐盟伽利略的系統(tǒng)一起為全世界提供服務(wù)。與GPS以及其他幾個(gè)國(guó)家研究的系統(tǒng)不同的是，北斗導(dǎo)航終端擁有很多自己特殊的特點(diǎn)，可以將兩種不同的業(yè)務(wù)結(jié)合在一起，還可以進(jìn)行互相通信；全天候的快捷定位，幾乎不會(huì)出現(xiàn)的信號(hào)盲區(qū)，精準(zhǔn)度與比GPS高出很多?？梢越o全世界提供全方位的服務(wù)，而且不收任何費(fèi)用，也就是說(shuō)全是免費(fèi)的服務(wù)。在實(shí)現(xiàn)沒(méi)有源頭的定位導(dǎo)航服務(wù)的時(shí)候，不論用戶數(shù)量有多少，都不需要考慮超數(shù)，而且可以兼容GPS；尤其用戶的數(shù)量很大，范圍也很廣的情況下，使用該系統(tǒng)是非常適用的，該系統(tǒng)也可以用于數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用；它的非同一般的節(jié)點(diǎn)式定位處理設(shè)計(jì)，能在同一時(shí)間段內(nèi)解決以下“我在什么地方”和“你在那個(gè)地方”兩個(gè)問(wèn)題；它的一些其他獨(dú)特的特點(diǎn)在一些要求比較高的部門(mén)非常適用。圖1北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)示意圖我國(guó)正在研制一種新型的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，空間里分布幾顆不移動(dòng)的軌道衛(wèi)星和幾十顆不斷運(yùn)動(dòng)的軌道衛(wèi)星，該系統(tǒng)據(jù)估計(jì)可以提供兩種不同的服務(wù)方式17。精確度在幾納秒左右，測(cè)量速度能精確到零點(diǎn)幾米/秒。在兩年前，整個(gè)亞太地區(qū)被該系統(tǒng)覆蓋。計(jì)劃在6年之后，全球的覆蓋率達(dá)到百分之百。到目前為止，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的十多顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星已被發(fā)送到空間區(qū)域。由目前的進(jìn)度來(lái)看，去年年底已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)亞太地區(qū)的定位、覆蓋和通信等服務(wù)。預(yù)計(jì)在6年以后，能完成對(duì)全球的覆蓋目標(biāo)。在許多不同的應(yīng)用領(lǐng)域都可以使用這個(gè)系統(tǒng)，我們國(guó)家已經(jīng)把北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)作為重要的設(shè)備，應(yīng)用在各個(gè)方面各個(gè)領(lǐng)域。14FPGA技術(shù)在汽車(chē)電子領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展前景隨著FPGA的研發(fā)技術(shù)變得越來(lái)越成熟，F(xiàn)PGA技術(shù)在汽車(chē)電子領(lǐng)域占有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。利用一個(gè)通用的FPGA平臺(tái)生產(chǎn)不同型號(hào)的產(chǎn)品，就能通過(guò)盡可能小的變化來(lái)適應(yīng)不斷變化的設(shè)計(jì)需求8。同時(shí)，不僅原型系統(tǒng)可以采用FPGA技術(shù)，更高功能的系統(tǒng)個(gè)性化設(shè)置頁(yè)可以采用該技術(shù)，如車(chē)輛的多媒體設(shè)備的擴(kuò)展等。這樣一來(lái)設(shè)計(jì)人員不僅可以受益于FPGA提供的靈活性、高集成度性以及可升級(jí)能力的特性，而且還可以擁有一個(gè)不會(huì)過(guò)時(shí)的針對(duì)設(shè)計(jì)需求而不斷優(yōu)化的處理器9。同時(shí)所使用的代碼可以保存很長(zhǎng)時(shí)間還可以節(jié)約開(kāi)發(fā)投資從而可以制造一個(gè)能不斷進(jìn)行配置能擴(kuò)展的車(chē)載GPS/GSM系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)可以適應(yīng)很長(zhǎng)的汽車(chē)壽命的目的20。從以上方面可以看出，在汽車(chē)電子產(chǎn)品的發(fā)展領(lǐng)域中FPGA技術(shù)正在發(fā)揮越來(lái)越大的優(yōu)勢(shì)，而且能把汽車(chē)核心電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的機(jī)遇牢牢的把握住。在這種背景下，許多家的科學(xué)研究部門(mén)、產(chǎn)品生產(chǎn)商不斷地利用FPGA技術(shù)來(lái)完成GPS/GSM汽車(chē)監(jiān)控系統(tǒng)車(chē)載臺(tái)的核心控制部分甚至有的廠商對(duì)整個(gè)車(chē)載臺(tái)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全部采用該技術(shù)。由此可見(jiàn)，在車(chē)載電子設(shè)備的設(shè)計(jì)上基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)有著相當(dāng)遼闊的使用空間，車(chē)載GPS/GSM監(jiān)控系統(tǒng)與FPGA嵌入式系統(tǒng)相結(jié)合的技術(shù)在汽車(chē)電子行業(yè)一定能起到很好的帶頭作用。15GPS/GSM相關(guān)產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀隨著汽車(chē)行業(yè)發(fā)展的越來(lái)越好和交通管理趨向于智能化，汽車(chē)GPS導(dǎo)航定位技術(shù)在不久將會(huì)變成全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)產(chǎn)品使用的潛力最大的市場(chǎng)之一。2000年汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展就是最好的例子，汽車(chē)導(dǎo)航產(chǎn)品的總數(shù)量很快超過(guò)29億美元，在整個(gè)GPS產(chǎn)品總量中大約占了三分之一以上左右10。就我國(guó)目前國(guó)情來(lái)說(shuō)，在調(diào)用汽車(chē)方面、公共汽車(chē)上安的監(jiān)控器、出租車(chē)的調(diào)動(dòng)管理等領(lǐng)域中GPS導(dǎo)航定位技術(shù)擁有著非常美好的發(fā)展空間。汽車(chē)GPS導(dǎo)航定位技術(shù)的關(guān)鍵系統(tǒng)是通信子系統(tǒng)，它在整個(gè)定位過(guò)程中起著相當(dāng)大的作用。在以前，無(wú)線電臺(tái)等方式被通信分系統(tǒng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)通信，但有許多問(wèn)題存在著，比如頻率資源利用緊張、能覆蓋到的面積不夠大11。最近這些年以來(lái)，GSM通信技術(shù)發(fā)展的越來(lái)越成熟，覆蓋到的范圍增加了很多，在一定程度上提升了系統(tǒng)的可靠性，GSM網(wǎng)絡(luò)通信和GPS技術(shù)融合在一起，如果能把無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)作為傳輸工具，增加通信服務(wù)的業(yè)務(wù)，就能更好的提供收入，有很好的發(fā)展前途20；GPS數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問(wèn)題在一定程度得到解決，普通用戶和通信運(yùn)營(yíng)商對(duì)這種系統(tǒng)有著非常高的評(píng)價(jià)12。16課題研究目的及意義本課題的主要內(nèi)容是基于FPGA的遠(yuǎn)程定位技術(shù)的研究。該系統(tǒng)所完成的大體功能是把安裝了該車(chē)載平臺(tái)的汽車(chē)的位置、時(shí)間、狀態(tài)等數(shù)據(jù)被GSM模塊發(fā)送到用戶的PC機(jī)或者指揮部，從而能夠?qū)?chē)輛的進(jìn)行高效率的控制15。GPS/GSM車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)的產(chǎn)品的應(yīng)用在某些行業(yè)和地區(qū)得到了應(yīng)用，取得了深遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，車(chē)輛安全得到了保障，也減少了車(chē)輛的被盜情況，隨著科技的進(jìn)步，在交通運(yùn)輸方面，比較智能化的交通系統(tǒng)主要采用了GPS和GSM技術(shù)，這些相關(guān)技術(shù)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相結(jié)合形成的系統(tǒng)，在汽車(chē)安全，導(dǎo)航，控制指揮等領(lǐng)域開(kāi)始發(fā)揮著越來(lái)越大的作用，如果汽車(chē)遇到交通事故或者危險(xiǎn)情況下就能利用無(wú)線通信網(wǎng)向車(chē)主，醫(yī)療等部門(mén)發(fā)送汽車(chē)的位置數(shù)據(jù)，提高了緊急情況的處理速度14。本課題所設(shè)計(jì)的車(chē)載臺(tái)采用主芯片為EP4CE6E22C8N的FPGA為控制核心，基于FPGA的設(shè)計(jì)符合當(dāng)前車(chē)載設(shè)備發(fā)展潮流。這種車(chē)載臺(tái)的產(chǎn)品性能高，可升級(jí)，成本低，壽命長(zhǎng)，發(fā)展前景好。2、系統(tǒng)的組成及方案設(shè)計(jì)21總體設(shè)計(jì)汽車(chē)平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)是整個(gè)車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)非常重要的組成部分，它要實(shí)現(xiàn)接收定位數(shù)據(jù)、響應(yīng)監(jiān)控中心指令與指揮中心進(jìn)行通話的功能。根據(jù)總體設(shè)計(jì)需求車(chē)載臺(tái)系統(tǒng)由GPS模塊、GSM模塊、嵌入微處理器核的FPGA作為數(shù)據(jù)分析和控制核心、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、電源等組成。圖2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)22局部設(shè)計(jì)方案一（1）GPS模塊GPS模塊就是GPS數(shù)據(jù)接收的器件，GPS全球定位系統(tǒng)的用戶終端就是GPS接收機(jī)，全球定位系統(tǒng)的四大組成結(jié)構(gòu)之一就有該模塊，它被汽車(chē)平臺(tái)用來(lái)實(shí)現(xiàn)定位功能。結(jié)構(gòu)和性能不同的接收機(jī)應(yīng)用在不同的行業(yè)和領(lǐng)域，對(duì)普通人來(lái)說(shuō)，需要的定位精準(zhǔn)度就不是很高的，所以，那些普通的、占用空間小、便宜的、操作又非常簡(jiǎn)單的接收機(jī)就夠給普通百姓使用了。該設(shè)計(jì)就是采用民用接收機(jī)2。（2）GSM模塊通信模塊是車(chē)載臺(tái)的一個(gè)重要組成部分，可通過(guò)接受指定通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成通信功能，負(fù)責(zé)車(chē)載臺(tái)與控制中心或用戶手機(jī)之間的信息傳輸。本設(shè)計(jì)采用接入GSM移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的GSM模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能。汽車(chē)終端利用GSM模塊把GPS接受到的汽車(chē)位置、狀態(tài)信息發(fā)送到控制指揮中心或用戶手機(jī)。目前，GSM模塊種類(lèi)繁多，其中，TC35模塊具有相當(dāng)?shù)男詢r(jià)比，在車(chē)載電子設(shè)備應(yīng)用上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)2。圖3TC35模塊方案二采用SIM908模塊，把GPS和GSM兩個(gè)不同的模塊集成在一塊。它結(jié)合了GPS衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)，采用SMT封裝集成了GPRS和GPS，這樣的設(shè)計(jì)思想節(jié)約了開(kāi)發(fā)GPS功能應(yīng)用的成本和開(kāi)發(fā)時(shí)間。SIM908采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口和GPS功能，能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)覆蓋任何位置和任何時(shí)間的無(wú)縫隙跟蹤。工作頻率有4種，分別為850MHZ、900MHZ、1800MHZ和1900MHZ，能在很低的功率情況下實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)信息的傳送。另外，SIM908的尺寸大小為303032MM使用于緊湊型產(chǎn)品設(shè)計(jì)。圖4SIM908模塊（1）SIM908模塊的系統(tǒng)圖如下圖5SIM908模塊框架（2）開(kāi)發(fā)板簡(jiǎn)介及接口功能如下該開(kāi)發(fā)板使用全新正品SIM908模塊；大功率電源設(shè)計(jì)，保證模塊穩(wěn)定工作，另有鋰電池電源接口和電源切換開(kāi)關(guān)，方便對(duì)鋰電池電源和外部電源的供電切換；254MM排針引出模塊功能IO，可直接連接35V或5V的MCU的IO，另外排針提供5V、VBAT接口可直接供單片機(jī)系統(tǒng)使用；板載兩個(gè)RS232接口電路，方便使用電腦對(duì)GSM和GPS分別調(diào)試；板載GSM天線和GPS天線接口，直接連接SMA接口天線，減少使用轉(zhuǎn)接天線的麻煩；翻蓋式SIM卡座，方便耐用；板子上有麥克風(fēng)和耳機(jī)的接口，連接一般的耳機(jī)即可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通話；板載RTC電池，為模塊內(nèi)部的RTC時(shí)鐘提供電流，方便讀取正確的RTC信息；板載LED指示燈分別指示供電和GSM信號(hào)情況；STM封裝80PIN支持3V/18VSIM卡接口2路模擬音頻接口SPI接口充電接口1個(gè)GSM/GPRS串口和一個(gè)調(diào)試接口1個(gè)GPSNMEA數(shù)據(jù)輸出調(diào)試口2個(gè)分開(kāi)的天線連接器（GSM/GPRS1個(gè)GPS1個(gè)）23信息處理和控制核心模塊設(shè)計(jì)汽車(chē)載臺(tái)的核心控制部分分為信息處理和模塊的控制兩個(gè)部分，它主要是能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息處理和汽車(chē)載臺(tái)控制的各組成結(jié)構(gòu)按照之前已經(jīng)設(shè)置好的要求執(zhí)行所發(fā)出的響應(yīng)的操作等功能。這個(gè)模塊主要由CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口以及各種控制邏輯電路等組成。本課題主要采用ALTERA公司生產(chǎn)的CYCLONEIV系列的EP4CE6E22C8N型片的開(kāi)發(fā)板。該開(kāi)發(fā)板簡(jiǎn)介如下圖6FPGA開(kāi)發(fā)板示意圖（1）主要硬件資源如下1、主要的FPGA芯片采用ALTERA公司最新四代CYCLONEIV系列的EP4CE6E22C8N2、開(kāi)發(fā)板提供了EPCS4N大容量串行配置型片，該型片是外部型片，支持JTAG或者AS模式的下載；3、64MBIT的SDRAM外部存儲(chǔ)器提供了在外部跑程序的功能,支持SOPC和NIOSII開(kāi)發(fā)；4、板載50MHZ有緣晶振，提供系統(tǒng)工作總時(shí)鐘；5、采用111733V穩(wěn)壓芯片，提供33V電壓輸出；6、采用111712V穩(wěn)壓芯片，提供FPGA內(nèi)核電壓；7、采用111725V穩(wěn)壓芯片，提供PLL電壓；8、精心的去耦設(shè)計(jì)，采用大量去耦電容；9、提供5V直流電源插座；10、提供方口USB接口電源插座；11、LED電源指示燈；12、板子上有豐富的IO資源，每個(gè)IO都引出3個(gè)擴(kuò)展接口，間距都是一樣的為254MM；（2）存儲(chǔ)器SDRAM電路SDRAM芯片的型號(hào)是HY57V641620，它的容量是64MBIT。在做擴(kuò)展使用的時(shí)候可以采用該型片，在NIOSII處理器中即可以當(dāng)做RAM來(lái)運(yùn)行程序，也可以作為其他等需要實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)量存儲(chǔ)的應(yīng)用。在SDRAM的電路中，地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線都連接在FPGA的IO口上，SDRAM的電源設(shè)計(jì)采用了很多的104電容進(jìn)行了濾波處理，保證了芯片工作的電源穩(wěn)定性，SDRAM的原理圖如下圖7SDRAM原理圖（3）電源電路該開(kāi)發(fā)板的電源原理圖如下圖所示圖8電源原理圖（4）JTAG下載及配置電路JTAG模式是在上電的情況下通過(guò)JTAG接口直接把程序下載到FPGA中。因?yàn)镕PGA是隨機(jī)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的，因此一旦斷開(kāi)電源之前下載的程序就丟失了，打開(kāi)電源后一定要重新下載該程序才可以被運(yùn)行。JTAG下載速度很快，使用USBBLASTER下載時(shí)，基本是12秒完成。AS下載模式是把POF文件燒到相應(yīng)的配置芯片里，該文件是在編譯過(guò)程中形成的【16】。一般情況下，配置芯片是和FPGA配套使用的FLASH存儲(chǔ)器,EPCS后面代的數(shù)字代表著存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的寬度。如果程序燒已經(jīng)被燒寫(xiě)到配置芯片中，在板子打開(kāi)電源開(kāi)啟以后FPGA就會(huì)自動(dòng)從配置芯片下載程序。圖9JTAG和AS插座部分原理圖圖10AS下載配置（5）時(shí)鐘和復(fù)位電路FPGA與單片機(jī)具有不同點(diǎn)，F(xiàn)PGA是沒(méi)有規(guī)定的復(fù)位功能引腳，從理論上說(shuō)，任何一個(gè)IO都能被用來(lái)作為復(fù)位引腳，但都通過(guò)必須通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)復(fù)位功能；本設(shè)計(jì)所使用的板子的系統(tǒng)時(shí)鐘為50MHZ，時(shí)鐘和復(fù)位電路如下圖所示（一）CLK1用作系統(tǒng)工作時(shí)鐘，直接接入50MHZ晶振；（二）CLK3作為系統(tǒng)的復(fù)位引腳，用戶可以通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)復(fù)位功能；圖11時(shí)鐘和復(fù)位電路（6）擴(kuò)展IO分配電路FPGA的每個(gè)IO均有3個(gè)擴(kuò)展插座，為VCC5V,33VGND3個(gè)電源，方便自己外接；原理圖如下圖12IO擴(kuò)展口原理圖（7）RS232串口一般使用的通信接口之一就應(yīng)該是RS232，外圍設(shè)備之間的通信可以用，PC主機(jī)之間進(jìn)行通信也可以用。板子上接的是33V系統(tǒng)，MAX3232負(fù)責(zé)PC機(jī)到RS232的電平轉(zhuǎn)換2。圖13RS232串口3車(chē)載臺(tái)的總體設(shè)計(jì)31車(chē)載臺(tái)的概況本次設(shè)計(jì)的導(dǎo)航系統(tǒng)完成的主要功能是通過(guò)安裝在該車(chē)輛上的車(chē)載臺(tái)來(lái)把該車(chē)輛的所在的經(jīng)度，緯度等狀態(tài)消息通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送到用戶手機(jī)或者指揮控制中心，從而能實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)的監(jiān)控，并且可以對(duì)汽車(chē)運(yùn)行動(dòng)態(tài)進(jìn)行有效的掌握。根據(jù)車(chē)載臺(tái)的設(shè)計(jì)要求，車(chē)載臺(tái)由SIM908GPS/GSM模塊、嵌入微處理器核的FPGA開(kāi)發(fā)板作為信息處理和控制模塊。32FPGA上嵌入式微處理器的介紹NIOSII處理器是一種嵌入式處理器，它是ALTERA公司生產(chǎn)的第二代用戶能自己配置的處理器，該處理器是32位的系統(tǒng)。ALTERA公司是唯一一家生產(chǎn)通用的FPGA構(gòu)架的CPU核心2。SOPC（片上可編程系統(tǒng)）是最為核心得部分。處NIOSII處理器。以軟核的方式出現(xiàn)，擁有非?？煽康撵`活性和可設(shè)置性是NIOSII處理器非常顯著的特點(diǎn)。NIOSII的設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。在QUARTUSII這個(gè)軟件中實(shí)現(xiàn)硬件部分的設(shè)計(jì)，NIOSIIIDE集成設(shè)計(jì)環(huán)境中進(jìn)行軟件程序的設(shè)計(jì)。NIOSII處理器內(nèi)核分為三種不同的類(lèi)型分別為快速型、經(jīng)濟(jì)型和標(biāo)準(zhǔn)型15?？焖傩偷膬?nèi)核非常好的可靠性，經(jīng)濟(jì)型內(nèi)核占用的資源非常小，標(biāo)準(zhǔn)型的內(nèi)核在功能和體積中間做了一個(gè)權(quán)衡。33車(chē)載臺(tái)硬件系統(tǒng)的搭建設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟核框圖如下所示圖14軟核的構(gòu)成框圖（1）系統(tǒng)的時(shí)鐘設(shè)計(jì)考慮到車(chē)載臺(tái)系統(tǒng)需要兩個(gè)時(shí)鐘，一個(gè)用于為NIOS軟核提供50MHZ,一個(gè)用于給SDRAM提供時(shí)鐘。它們都分別外部時(shí)鐘經(jīng)鎖相環(huán)提供。在QUARTUS110的開(kāi)發(fā)環(huán)境下PLL設(shè)置如下圖15鎖相環(huán)配置圖（一）圖16鎖相環(huán)配置圖（二）（2）系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)選用了SDRAM和FLASH兩個(gè)存儲(chǔ)器。由于要讓程序在外設(shè)的存儲(chǔ)器中運(yùn)行，所以將NIOS軟核中的復(fù)位向量設(shè)置為FLASH,異常向量設(shè)置為SDRAM。軟核主要由CPU,SDRAM,FLASH,3個(gè)UART串口一個(gè)SYSTEMID組成。一個(gè)串口用于連接計(jì)算機(jī)進(jìn)行調(diào)試，一個(gè)連接GPS模塊，一個(gè)連接GSM模塊。SYSTEMID起到的功能在運(yùn)行程序之前或開(kāi)啟板子之后，他們會(huì)被其進(jìn)行驗(yàn)證，可以防止QUARTUS和NIOS程序版本不一樣導(dǎo)致運(yùn)行錯(cuò)誤的發(fā)生。硬件電路圖如下圖所示圖17軟核構(gòu)建示意圖圖18軟核構(gòu)建編譯成功圖19硬件系統(tǒng)電路圖圖20硬件系統(tǒng)電路及引腳分配34車(chē)載臺(tái)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)341GPS模塊的工作流程如下圖21GPS工作流程圖先將GPS模塊進(jìn)行初始化，檢測(cè)接收到的數(shù)據(jù)頭是否正確，如果收到的數(shù)據(jù)開(kāi)頭是”,則繼續(xù)接收，直到跳出循環(huán)停止接收。將接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送到GSM模塊顯示。342GSM模塊的工作流程圖22GSM模塊工作流程圖通過(guò)發(fā)送AT指令，打開(kāi)GSM模塊，通過(guò)發(fā)送ATIPR9600設(shè)置波特率，ATCMGF1設(shè)置為短信模式（英文）。ATCMGD1，4刪除卡內(nèi)信息以便讀取新信息。檢測(cè)是否接收到新信息。343系統(tǒng)總工作流程圖23系統(tǒng)工作流程圖主函數(shù)初始化，采集GPS模塊接受到的信息，查詢是否接收到控制命令，如果收到，調(diào)用GSM模塊，將定位信息發(fā)送到用戶手機(jī)。4車(chē)載臺(tái)系統(tǒng)的測(cè)試41GSM模塊測(cè)試SIM908模塊中GSM部分的測(cè)試并使用了串口助手對(duì)常用的模塊初始化指令進(jìn)行了驗(yàn)證。將GSM模塊接通電源，連接好串口線之后，打開(kāi)開(kāi)關(guān)。工作狀態(tài)指示燈開(kāi)始閃爍。接下來(lái)在PC機(jī)上利用串口調(diào)試助手如下圖所示，發(fā)送AT指令接收到OK，說(shuō)明串口和模塊的通信正常。圖24GSM模塊測(cè)試結(jié)果常用的模塊初始化指令A(yù)T握手指令，確認(rèn)串口和模塊通信正常OKATIPR9600修改波特率，最高115200,0為自適應(yīng)波特率OKATCMEE2打開(kāi)錯(cuò)誤碼OKATGMI查詢模塊的制造商O(píng)KATGMM查詢模塊型號(hào)OKATCPIN檢查SIM卡是否插入CPINREADY提示SIM卡準(zhǔn)備好讀取短信流程ATCMGR1讀取短信，1為短信位置號(hào)CMGR1，,153發(fā)送文本短信ATCMGF1設(shè)置為文本模式OKATCMGS接受號(hào)碼HELLO短信內(nèi)容42GPS模塊測(cè)試SIM908模塊中GPS部分的測(cè)試并使用了串口助手對(duì)常用的模塊初始化指令進(jìn)行了驗(yàn)證。首先在串口助手中初始化GPS，輸入指令A(yù)TCGPSPWR1，返回OK再輸入ATCGPSRST1，返回OK，然后插上GPS天線放在室外，并把串口接在SIM908的GPS接口上，過(guò)幾分鐘，串口助手上開(kāi)始顯示定位信息。關(guān)閉助手串口，打開(kāi)MINIGPS,定位一段時(shí)間后，MINIGPS_139開(kāi)始接收到定位信息。如下圖所示圖25GPS測(cè)試結(jié)果顯示圖26MINIGPS_139顯示（）圖27MINIGPS_139配置顯示（二）接收到的一組數(shù)據(jù)分析如下GPRMC,114033000,A,3913952480,N,11702991762,E,0,000,0,0,030614,A67字段0GPRMC，語(yǔ)句ID，表明該語(yǔ)句為RECOMMENDEDMINIMUMSPECIFICGPS/TRANSITDATA（RMC）推薦最小定位信息字段1UTC時(shí)間，HHMMSSSSS格式114033000字段2狀態(tài)，A定位字段3緯度3913952480，度分格式字段4緯度N（北緯）字段5經(jīng)度，11702991762,度分格式字段6經(jīng)度E（東經(jīng)）字段7速度，靜止字段8方位角0度字段9UTC日期，14年6月3號(hào)字段10磁偏角字段11磁偏角方向，E東W西字段16校驗(yàn)值43系統(tǒng)總體測(cè)試搭建好硬件電路后，用線連接好FPGA開(kāi)發(fā)板和SIM908模塊。將軟件程序下載到板子里進(jìn)行測(cè)試，用串口線從GSM接口連接到電腦上，對(duì)開(kāi)發(fā)板和908模塊之間的通信進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)串口助手顯示定位信息。初始化成功后，剛開(kāi)始沒(méi)有定位，過(guò)一段時(shí)間后開(kāi)始顯示正確的定位信息，如下圖圖28初始化過(guò)程ATE1打開(kāi)回顯ATCMGD1，4刪除卡內(nèi)短信，以便以后接收新信息ATCMGF1短信設(shè)置為文本模式（英語(yǔ)）ATIPR9600設(shè)置串口的波特率為9600ATCGPSPWR1打開(kāi)GPS模塊的電源ATCGPSRST0設(shè)置GPS模塊冷啟動(dòng)ATCGPSIPR9600設(shè)置GPS模塊的串口波特率為9600ATCGPSOUT32設(shè)置GPS數(shù)據(jù)輸出格式為GPRMC,GPVTRATCPMSSM設(shè)置短信存儲(chǔ)到SM卡定位信息分析見(jiàn)GPS模塊調(diào)試部分圖29顯示定位信息結(jié)論本文研究了基于FPGA的遠(yuǎn)程定位技術(shù)，分為硬件開(kāi)發(fā)和軟件開(kāi)發(fā)兩個(gè)部分。在QUARTUSII中實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)，在NIOSIDE軟件中實(shí)現(xiàn)軟件程序的編寫(xiě)。在QUARTUSII軟件中的SOPCBUILDER中建立出該設(shè)計(jì)需要的軟核是本次設(shè)計(jì)的硬件設(shè)計(jì)部分。首先根據(jù)題目的需求，在QUARTUSII軟件中的SOPCBUILDER里把軟核構(gòu)建出來(lái)。由于在最后的測(cè)試過(guò)程中用到串口調(diào)試助手，因此，在軟核的構(gòu)建中，將RS232的波特率設(shè)置為9600。然后在QUARTUSII里搭建出硬件電路圖。然后按照設(shè)計(jì)要求編寫(xiě)相應(yīng)的程序。本程序是在NIOSIDE軟件中編寫(xiě)，類(lèi)似于C語(yǔ)言。由于是初次接觸QUARTUSII和NIOSIDE這兩個(gè)軟件，遇到過(guò)各種各樣的困難，在一開(kāi)始軟核的設(shè)計(jì)中，由于沒(méi)有對(duì)CPU的復(fù)位向量和異常向量進(jìn)行設(shè)置，導(dǎo)致軟核的編譯出現(xiàn)錯(cuò)誤。在運(yùn)行程序的時(shí)候，由于配置不當(dāng)，程序運(yùn)行沒(méi)有出現(xiàn)錯(cuò)誤，可是就是不出現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)查閱大量的資料后，才知道原來(lái)想讓程序在外部存儲(chǔ)器SDRAM里運(yùn)行，那么CPU中的復(fù)位向量必須選用EPCS4或FLASH。由于板子資源有限不含有FLASH存儲(chǔ)器，所以選用復(fù)位向量為EPCS4。在調(diào)試的過(guò)程中，由于沒(méi)有對(duì)串口助手的波特率進(jìn)行正確的設(shè)置，導(dǎo)致接收到的定位信息出現(xiàn)亂碼，串口助手的波特率，軟核設(shè)置時(shí)的波特率和程序中的波特率要保持一致，而且該波特率是串口能正常接受指令的波特率，該設(shè)計(jì)中采用9600。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，雖然遇到了很