引言

近年来，电子技术的迅猛发展使PDA、MP4、高端手机等电子产品已经走进寻常百姓生活中。人们对这些产品的要求越来越高，而在MP4上实现GPS卫星导航功能，可以使持有者在享受音乐、图片、电影、网络通讯、邮件等娱乐功能之外，又多一个实用功能。通过把GPS (Global PositionSystem-全球定位系统)导航系统嵌人到MP4中，可以实现交通导航，卫星定位，获得星历时间，也可以放置在车辆中用于车载导航，并可为出游者提供掌上电子地图等。本文以法国某公司的一款MP4 (爱可视AV700)为原型来说明将GPS导航系统嵌人到MP4硬件平台的系统原理、结构、软件模块化设计及实现过程。

1 系统硬件要求

AV700型MP4中的核心芯片TMS320DM270是一款基于多处理器架构，并集成有DSP和ARM7RISC处理器的双核结构。其中80MHz ARM7TDMI32位RISC微控制器作为整个系统的主控制器．以满足控制和接口方面的处理需要。该控制器具有一级缓存(8 K字节)和片上程序／数据存储器(32K字节)，TI公司的90 MHz DSP芯片可编程TMS320C54XTM则具有片上程序／数据存储器(128 K字节)，可用于处理音频编码与解码。

TMS320DM270集成有专门用于高计算量要求的可编程协处理器，其中SIMD图像处理引擎(iMX)可执行DCT、反向DCT以及众多其它处理运算中的运动估计与补偿。其它协处理器则执行可变长度编码／解码、量化与逆量化等。

该器件带有用于实时查看和数字放大的预览引擎(Preview Engine)、用于DSC系统的硬件像素预处理器、多功能屏幕显示(OSD)、彩色LCD数字接口、支持高达64MB和32／16位接口的120MHz SDRAM、用于NTSC／PAL混合视频输出的10位DAC、8／16位数字RGB／YUV输出、串行音频编解码接口(McBSP)、USB1.1功能控制器设备等，另外，ARM7还有一个JTAG接口，并提供了一个功能完善的调试手段。TMS320DM270以其强大的处理能力和多媒体性能可以满足将CPS导航功能嵌入到MP4设备的需要。

综上考虑，用嵌入式系统实现该GPS导航系统是一个上佳选择。AV700的核心芯片是TMS320DM270应用处理器，辅之以一定的外部设备，构成一个功能完整的系统。

2 GPS系统原理和结构

整个GPS系统南空间卫星、GPS模块和用户设备三部分组成。空间部分即GPS卫星群，由21颗定位卫星和3颗备份卫星组成。这些卫星可以覆盖全球，从而使地球上任何一点基本上都可以接收到4颗星的卫星信号，从而实现三维定位和测速。GPS模块部分是接收卫星信号，并经过调制分离出经纬度、高度、速度和时间等信息，最后通过串口发送到数字处理芯片进行处理。用户设备则通过接收卫星信号来实现自身定位，并通过预装在芯片中的电子导航地图实现路标指示，以引导使用者到达目的地。

图1所示一个GPS导航系统的总体结构组成框图。其中用户设备部分有以下几个模块组成：GPS接收模块、数字信号处理模块、按键输入模块、液晶屏和音频输出模块等组成。

核心硬件电路模块以TMS320DM270处理器为核心和必要的附加设备组成，其结构如图2所示。内存采用64 MB的SDRAM。为保证运算空间足够大，系统还配置了64 MB的Flash闪存以用于存储操作系统、应用程序和数据。此外还配置了相关的接口电路。

GPS模块和TMS320DM270之间通过串口(U-ATR)进行通信。由于GPS导航系统被嵌入到MP4上，而实现定位导航功能只是增加了MP4的一个辅助功能，所以，本系统通过扩展按键来输入键盘信号，以控制MP4功能的切换。

该软件可在主机上开发，然后通过USB接口将程序和数据下载到系统中。

3 软件模块的设计与开发

本系统的软件设计模块如图3所示。该软件以电子地图分析模块和数据库为中心，包括GPS模块、通讯模块以及显示和声音输出模块。

数据库中记录着各种地理信息和数据。事实上，整个城市可以看成一个以各路口和转折点为节点的有向图。各路段可用折线段表示，并可设立各转折点的经纬度坐标，然后分配一定的“属性字段”。当打开MP4且处于GPS接收状态时，系统将由GPS模块接收和分析卫星信号，同时计算当前的经纬度、速度、方向等数值，以得到MP4持有者在电子地图上的当前位置。若能定时记录位置移动情况，就可以在LCD上显示直观的运行路线。此外，可以得到精确的星历时间，以便为出行、旅游提供极大的方便。

对于导航系统的软件，考虑到uCLinux已经在90％以上的MP4中采用，而且uCLinux的开放性特点使得很大一部分软件可以免费进行移植修改，这样就可以节约大量的授权费用，许多Lin-ux高手也已经开发出非常丰富的应用数据包，如网络浏览、电子邮件、游戏、个人事务处理甚至GPS电子地图等。如果可以得到他们的支持，就能节省很多开发时间。所以本设计采用uCLinux作为操作系统，用Hitool for uCLilux作为软件开发工具。其开发流程如图4所示。

Hitool for uCLinux是Hitool System公司的开发套件，整个开发过程可以在Windows环境下完成，并采用JTAC方式来调试。这种方式可以调试内核和驱动程序，同时也可以调试应用程序。在硬件平台(基于ARM7处理器)建立后，可以通过仿真器将已经准备好的uCLinux内核(linux.elf)下载到RAM上。可以像调试一个普通的嵌入式程序一样调试Linux内核，再编译生成“合身”的操作平台(linux_bootrom.bin)，最后烧录到Flash中。

该系统软件编译好后，便可通过USB口把编译好的软件下载到目标板的文件中。经调试运行正常，即可投入试用，并可以开发新的功能。

4 结束语

GPS是当今世界应用最广泛的导航定位系统，无论在车载导航系统还是在手持式导航设备，特别是在PDA、MP4、高端手机等电子产品中，用高速处理器和强大的多媒体功能来实现卫星导航，具有其广阔的发展空间。