1 引言

　　實時操作系統(tǒng)（rtos）是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開發(fā)平臺，應(yīng)用程序都是建立在它之上。實時嵌入式操作系統(tǒng)的種類繁多，大體上可分為兩種：商用型和免費型。商用型的實時操作系統(tǒng)功能穩(wěn)定、可靠，有完善的技術(shù)支持和售后服務(wù)，但價格昂貴。免費型的實時操作系統(tǒng)在價格方面具有優(yōu)勢，目前主要有 linux、μc/os 等。

　　與其它嵌入式操作系統(tǒng)相比，嵌入式 linux 具有開放源代碼、高可靠性以及強大的網(wǎng)絡(luò)功能等優(yōu)勢，因此選用了嵌入式 linux 系統(tǒng)作為移動終端的軟件平臺。

　　2 車輛監(jiān)控系統(tǒng)概述

　　車輛監(jiān)控系統(tǒng)是融全球定位技術(shù)（gps）、地理信息技術(shù)（gis）和通用分組無線業(yè)務(wù)（gprs）于一體的高科技系統(tǒng)，由移動終端、gprs 網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心組成[1]。移動終端安裝在各個移動車輛上，其上的 gps 接收器實時采集衛(wèi)星定位信息，然后通過串口 1 傳送給 arm 處理器。arm 處理器先解算出有用的數(shù)據(jù)（經(jīng)緯度、速度、狀態(tài)等），然后按照 tcp/udp 協(xié)議的格式封裝成 tcp/udp 數(shù)據(jù)包，接著加上 ip 報頭和報尾封裝成 ip 數(shù)據(jù)報。由于 arm 處理器與 gprs 通信模塊之間的通信遵循 ppp（point to point protocol，點對點協(xié)議），因而，需要將 ip 數(shù)據(jù)報按照 ppp 幀的幀格式封裝成 ppp 幀，然后傳遞給接在串口 2 上的 gprs 通信模塊。gprs 通信模塊通過無線鏈路將數(shù)據(jù)進一步發(fā)送到 sgsn（serving gprs support node，gprs 業(yè)務(wù)支持節(jié)點）。sgsn 進行相應(yīng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換，并按照 gprs 特有的 gtp（gprs tunnel protocol，gprs 隧道協(xié)議）將數(shù)據(jù)封裝成 gtp 包，然后通過 gprs 骨干網(wǎng)傳送到相應(yīng)的 ggsn（gateway gprs support node，gprs 網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點）。ggsn 也進行相應(yīng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換，再根據(jù)外部數(shù)據(jù)網(wǎng)的協(xié)議格式對數(shù)據(jù)進行新的封裝，并且根據(jù)其目的 ip 地址選擇路由進行傳送，從而最終傳送到監(jiān)控中心。監(jiān)控中心在具有地理信息處理和查詢功能的電子地圖上進行車輛運動軌跡的顯示，并對被監(jiān)控車輛的準確位置、速度、運動方向、行車狀態(tài)等參數(shù)進行監(jiān)控和查詢。同時，監(jiān)控中心也可以向移動終端發(fā)送文本信息和控制命令。

　　由此可見，移動終端的核心功能是接收 gps 信號、處理 gps 數(shù)據(jù)以及通過 gprs 網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心進行通信（包括向監(jiān)控中心發(fā)送定位信息和接收監(jiān)控中心的指令）。

　　3 移動終端軟件系統(tǒng)的設(shè)計

　　3.1 總體設(shè)計

　　在移動終端上，軟件系統(tǒng)主要由三個部分組成：gps 信號接收程序、gps 數(shù)據(jù)處理程序和 gprs 通信程序。在嵌入式 linux 系統(tǒng)平臺下，移動終端的軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

　　圖 1 移動終端的軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　圖 2 gps 信號接收程序的層次結(jié)構(gòu)

　　3.2 gps 信號接收程序

　　對于移動終端，它的第一個任務(wù)就是接收 gps 信號。在嵌入式 linux 系統(tǒng)平臺下，gps 信號接收程序的層次結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

　　其中，tty 層、n_tty 行規(guī)程（line discipline）層和低層驅(qū)動程序是嵌入式 linux 系統(tǒng)中串行通信驅(qū)動模塊三個固有的邏輯層，這三層之間有相互調(diào)用的接口函數(shù)。嵌入式 linux 系統(tǒng)提供了多種行規(guī)程供各類設(shè)備進行選擇，如：tty 行規(guī)程（n_tty）用于連接終端輸入驅(qū)動設(shè)備和終端顯示驅(qū)動設(shè)備，而 ppp 行規(guī)程（n_ppp）用來連接終端驅(qū)動設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動設(shè)備。gps 信號接收程序使用了 n_tty 行規(guī)程，gps 接收器接收到的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過 n_tty 行規(guī)程模塊進行規(guī)范處理。低層驅(qū)動程序用來直接對硬件進行操作，而 flip_buffer 是低層驅(qū)動程序和 n_tty 行規(guī)程之間的高速接口，它保存 gps 接收器接收到的數(shù)據(jù)。

　　在嵌入式 linux 系統(tǒng)中，內(nèi)核給接在串口 1 上的 gps 接收器提供了一個設(shè)備節(jié)點 /dev/ttys0 以及標準的文件系統(tǒng)接口[2]。這樣，gps 信號接收程序?qū)υO(shè)備節(jié)點 /dev/ttys0 的操作就會被內(nèi)核映射成對 gps 接收器的操作。當 gps 接收器接收到衛(wèi)星信號時，會觸發(fā)低層驅(qū)動程序事先注冊到系統(tǒng)中的中斷處理函數(shù)，從而調(diào)用函數(shù) receive_chars( ) 把數(shù)據(jù)填充到 flip_buffer 中，然后調(diào)用函數(shù) tty_flip_buffer_push( ) 將數(shù)據(jù)傳遞給 n_tty 行規(guī)程模塊。n_tty 行規(guī)程模塊中的函數(shù) n_tty_receive_buf( ) 對數(shù)據(jù)進行規(guī)范化處理后將其存入 tty 緩沖區(qū)中，供應(yīng)用層的 gps 信號接收程序來讀取。

　　當應(yīng)用層的 gps 信號接收程序開始運行時，它會向文件系統(tǒng)發(fā)出讀請求，文件系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)此請求的對象為 tty 設(shè)備，于是調(diào)用函數(shù) tty_read( )，接著調(diào)用函數(shù) read_chan( ) 讀取 tty 緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)。

　　3.3 gps 數(shù)據(jù)處理程序

　　gps 接收器與嵌入式 linux 平臺之間的通信協(xié)議有很多種，這里采用的通信協(xié)議是 nmea-0183，它規(guī)定了 gps 數(shù)據(jù)的輸出速率為 4,80