基于嵌入式車載定位導航系統的設計

許凱迪

摘要：本篇文章以車載定位導航系統的設計為研究核心，闡述了車載定位導航系統的概念和構成，分析了車載用戶端的總體設計，又從硬件與軟件的設計方面分別對基于嵌入式的車載定位導航系統的設計進行了探討，期望大家能夠對其設計過程與設計注意事項有更多的了解。

關鍵詞：嵌入式;車載定位導航系統;導航系統設計

一.車載定位導航系統的概念與構成

車載定位導航系統即就是借助GPS定位技術實現車輛位置，路線獲取的一種便捷方式。車載定位導航系統是多種先進高科技技術綜合下的產物，為人們的出行帶來了很多的便利。車載定位導航系統擁有比較多的功能，首先最重要的就是其導航功能，駕駛員將自己所在的位置以及想要去到的目的地的位置在導航系統中標注出來，系統就會自動為其規劃出最有利出行的路線。之后是與之配套的語音提示功能，系統會在需要車主著重注意的地方向車主進行語音播報提示。還有定位，測速功能等，二者都是利用衛星信號來實現其功能的[1]。車載定位導航系統由幾個大的模塊構成，即匯集多種信息數據的中心服務端，進行信息采集與上傳的探測端，最后是為用戶提供功能服務的車載移動端。以下所論述的主要就是車載定位導航系統中的車載移動端的設計。

二.車載用戶端總體設計

基本上所有的設計方案在規劃的過程中所考慮到的因素都是大致相同的，主要的就有制作成本，制作技術難度，產品功能等。車載用戶端的設計也是如此。設計者在進行設計時，要充分考慮到用戶在使用導航系統的每一項功能時的需求，如在使用導航功能時，用戶是否需要進行復雜的操作，在使用定位功能時，定位的精度能不能達到用戶的要求，還要根據產品所面向的受眾的消費程度來預估其所能承受的產品價格范圍，進而確定產品的成本應該在什么樣的數值內。

三.基于嵌入式的車載用戶端硬件設計

車載定位導航系統的硬件主要包含導航計算機，定位系統，顯示設備，音響設備，無線通信系統，控制裝置，存儲設備等。而在這些硬件設施中，導航計算機是最為核心的部件[2]。而由于其車載的限定，這些部件的體積必須足夠小，對供應其正常運轉的能源的消耗也要足夠低，除此之外，其操作方式也要足夠簡單便捷。因而這就有了嵌入式導航計算機系統在車載定位導航系統中的應用。嵌入式導航計算機系統會去除大量不必要的模塊和部件的應用，使得整個系統的結構更加緊湊，所占空間更小。

另外，導航計算機作為實現車載定位導航系統的各種功能的軟件的載體，其在運行過程中是需要進行大量的數據的處理的，這就要求了所選擇的嵌入式導航計算機必須要有足夠強大的運算能力。而車輛往往是在運行中進行車載定位導航系統的使用的，所以其多數的功能都是要在車輛行駛的過程中使用的，所以作為硬件的嵌入式導航計算機在設計與選擇的過程中還應該將其抗震性能考慮進去。

四.基于嵌入式的車載用戶端軟件設計

車載定位導航系統移動端的軟件體系的構成是比較復雜的，在設計時所要考慮到的因素也比較多。主要的軟件體系有人機交互界面的軟件體系，核心應用層的軟件體系，數據層的軟件體系，操作系統層的軟件體系，以及硬件網絡層的軟件體系。其中每個軟件體系中又包含多種軟件，這些軟件構成了整個的車載定位導航的軟件系統，或獨自或組合在一起為用戶提供著各種與駕車出行相關的服務?？梢哉f，沒有這些軟件，整個的車載定位導航系統就會是沒有靈魂的空殼子，完全不具備實際意義。

（一）硬件網絡層的軟件體系

車載定位導航系統的硬件網絡層所包含的項目是比較少的，但這些又是最基礎的，其主要是用來幫助各種硬件的運行的。比如說其中的GPS/DR組合定位就是車載定位導航系統實現定位功能的基礎，若沒有該模塊，系統就無法為車主提供準確的車輛定位信息，那么后期的路徑規劃，引導，地圖匹配等功能也會因此無法實現。如果說整個的車載定位導航系統是一座房子的話，那么硬件網絡層的軟件體系就是這座房子的地基，其他的上層建筑都是在這層地基上逐漸延伸向外的。

（二）操作系統層軟件體系

操作系統是非常重要且基礎的軟件，它幫助用戶處理其下達的各種任務命令的操作與管理，為用戶更加有條理地提供各種服務。在進行操作系統的選擇時，要盡量選擇功能強大，包含的軟件資源豐富的操作系統。當然還要確保硬件網絡層的軟件體系與操作系統是匹配的，能夠完全支持操作系統的各種數據運行。此外，車載定位導航系統要求其操作系統的啟動必須足夠方便，故而操作系統的啟用方式必須可以脫離硬盤。設計者在進行操作系統的平臺選擇時，要對這些因素進行綜合的考慮與分析，從而選擇出最適合的平臺。

（三）數據層軟件體系

導航系統的數據層是用來存儲各種數據以及文件的，其中會涉及到嵌入式GIS。嵌入式GIS在各種嵌入式設備上運行，它的優勢在于其高度濃縮，精簡的特性。在選擇應用于導航系統數據層的嵌入式GIS時，其應具備有多種與地圖操作相關的功能，如下載更新地圖數據，放大，縮小，旋轉地圖等[3]。除此之外，還有各種信息的動態處理，包含有實時交通，定位等信息的處理與顯示。在進行嵌入式GIS的開發時，要選擇先進完善的開發平臺，所開發出的嵌入式GIS才能在車載導航移動設備中順利運行。

（四）核心應用層軟件體系

核心應用層就如其名字一般，是整個軟件結構中比較核心的部分。核心應用層的存在一方面是為了支持上層應用中的各種軟件的運行，另一方則是為了將各個軟件系統層分割開來，幫助設計人員在進行車載用戶端的軟件設計時可以多個層級同時進行，實現各個軟件結構層的獨立存在。在進行核心應用層的軟件系統的設計時，一般會根據各種軟件的作用將其再次細分為上下兩層，上層一般會用來排布一些比較常用的支撐上層應用操作的軟件，如目的地查詢，路徑規劃等。下層排布的則是一些不太常用的模塊，如支付，用戶認證等。

（五）人機交互界面的軟件體系

人機交互界面是車輛使用者直接與導航終端進行接觸的結構層。其主要是將下層軟件提供的各種功能進行一個有效的系統集成，并將最終的操作界面向著使用者以圖標的形式呈現出來。人機交互界面層軟件體系的設計并沒有多大的難度，只要在底層的各項軟件體系的設計中已經打好堅實的基礎，那么作為最上層的人機交互界面，只需要進行一定的整合即可。設計者在進行這一層的設計時，所要注意的是不要有所遺漏，已經完成的所有功能一定要在這一層全部呈現出來，避免出現已設計功能無法觸發的情況出現。

五.結束語

車載定位導航系統在現如今的車輛中的應用已經十分普及，而基于嵌入式的車載定位導航系統擁有占地面積小，信息處理能力好，操作簡單方便等優勢，故而研究基于嵌入式的車載定位導航系統的設計是對自身在車載定位導航系統設計方面的能力的一種鍛煉與提升，能夠有效幫助自己厘清整個設計的流程，幫助自己更加熟練地對相關知識進行系統化的應用，是一件極為有意義的事情。

參考文獻：

[1]王楠. 基于ARM的嵌入式車載導航系統的設計與研究[D]. 哈爾濱理工大學， 2010.

[2]黃信兵. 基于嵌入式技術的車載導航系統的設計研究[D]. 西北農林科技大學.

[3]鈕若丹. 基于嵌入式系統的車載實時導航定位系統硬件設計[D].