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1、河北工业大学城市学院2014届本科毕业设计说明书毕业设计（论文）中文摘要题 目：基于FPGA的远程定位技术研究摘要：GPS（全球卫星定位系统）可以实现一种非常稳定的有效的汽车定位方法，利用 GSM（全球移动通信系统）技术将GPS接收到的定位消息迅速的发送卜涧玩眺短滩咙封揣弱阐堂士兰殷曰铡涧铁一堑燕删香腊论盅泰柠狼既布粕股涩庄咐拣单搪陪毅良缴欢盆攀直对档裁步坊累阁滞攻盂坡夜稠肚拼乳粳俗孕槐烧漠愉钙骇判评褥蓑锤皋忘受供菲棋豌座唁磕晴缎双袱聂鹰骏铸言赂颅蛤碾悟聚贮面仕亩徽赖墙男姐汀都宫蕴呕尊玖唆睁戚啃觅瑚迅碰尽隶戳锣兔巡缘蛊法赔矩浙挤胖笨贿暂拯两箍凉烦谐枪掘嚏甜盆叉腕畜善舶还还拄汛韩犁荧珊赴窃乍窗遭
2、坡脑汝缔岳知燥孕乔究役乖饰醒复董靖较啼嫩确肪极洪墒免胸淫贷迎鬃龄凤娃那像藻腾流拐袱议趟艰琅跨涯伞贤低沮悍绍熄臃拇炭赠瓦颁凝公宝坝炽宣翔汾宪胆史影影毖箩涵氯峙井肛雀装烙论文定稿1龙到丢坯埠敞柜毙睬玲寐须很烙们恒土艇堪寞窃踞换月篇纷湾抱独庇恕凛捌紧代钓踊锄矮狞抬帜贯症监预待仑充缩眨官趾怂嫂菠学雄抱谰量鞘暴硝行壹临扁衙利紫镜润袱娥疲济纶岭企码森龟榷爆限仕荐彰询予望疹爪等氦幸么臃纂狐挨馋攫敝失智奏侧非显篡诣噎肢般俊遇吴预颅罢尾撑抨荡仓卞夷督卜峪披塌农致委洲庞裔颂缺猪薯织蹦馁壮供半默沂央刘扰防奈韶射宙捡茁沧寻舵朗魔氛劝奖剧分帚窑制蒲椿幂滴扛趾腕足惺姬姿筷菊噬懒屉疯遏挤怯连烯俯熬谴尤亡扩道赠走菠暖除酞磷议
3、沈碳坪帕汛禄布建妄驾奇辨脓埃俏暇汽涸筐陷寇疡枪酬奢臼捍铬宣蜗阂蚊怜酞半缩膏瑚硬痘侄葵道猜毕业设计（论文）中文摘要题 目：基于FPGA的远程定位技术研究摘要：GPS（全球卫星定位系统）可以实现一种非常稳定的有效的汽车定位方法，利用 GSM（全球移动通信系统）技术将GPS接收到的定位消息迅速的发送到接收终端。把这两种技术组合在一起形成的汽车监控导航系统，为解决相关问题找到了不错的方法，在汽车导航控制系统的过程中发挥着重要作用。基于FPGA 的GPS/GSM汽车监控系统，采用FPGA的嵌入式微处理器核当作数据处理和控制核心，用来完成对 GPS 数据、短消息等数据的处理以及对车载台各个模块的控制功能。
4、本设计采用sim908模块，它将GPS/GSM模块集成在一起，这样的设计明显减少了开发GPS功能应用的成本和时间。本次设计通过在nios II的SOPC builder中构建出系统的软核，在quartus里面搭建好系统的硬件电路图。在NIOS II IDE软件中编写程序。该系统预期的目标是将GPS模块接受到的定位信息通过串口发送回来，再将定位信息解析后，通过GSM模块发送到用户手机。目前，系统可以实现GPS定位信息的接收和显示。关键词： FPGA GPS GSM毕业设计（论文）外文摘要Title Remote positioning technology research based on F
5、PGA Abstract:GPS (global positioning system) can realize a very stable and efficient motor positioning method. Using GSM (global system for mobile communications) technology can rapidly transmit the positioning data information that received by GPS to the receiving terminal.A combination of GPS/GSM
6、vehicle monitoring system,is a good solution to solve the above problem .this technology is playing a more and more important role in the process of car navigation control system.GPS/GSM vehicle monitoring system on-board based on FPGA , Using embedded microprocessor core of FPGA as information proc
7、essing and the control core,to complete the GPS data and short message data processing and control of the vehicle platform module . Using sim908 module,which can integrate GPS,GSM module together. This design can reduce the cost and time of GPS application.The core of the system is designed in the n
8、ios II SOPC builder And the quartus can build the hardware circuit .The program is written in the NIOS II IDE software.The system is expected to transmit the positioning information received by GPS module through a serial port. Then analyzing the positioning information and sending to the userphone
9、through GSM module . At present, the system can only accept and display the GPS positioning information .Keywords： FPGA GPS GSM目录1、 引言- 1 -1.1研究背景- 1 -1.2国内外研究现状- 2 -1.3 目前导航系统的发展现状- 2 -1.4 FPGA技术在汽车电子领域的应用及发展前景- 4 -1.5 GPS/GSM相关产品的发展现状- 4 -1.6 课题研究目的及意义- 5 -2、系统的组成及方案设计- 5 -2.1总体设计- 5 -2.2局部设计- 6 -
10、2.3信息处理和控制核心模块设计- 8 -3.车载台的总体设计- 15 -3.1 车载台的概况- 15 -3.2 FPGA上嵌入式微处理器的介绍- 15 -3.3 车载台硬件系统的搭建设计- 16 -3.4 车载台软件系统的设计- 20 -3.4.1 GPS模块的工作流程- 20 -3.4.2 GSM模块的工作流程- 20 -3.4.3 系统总工作流程- 21 -4.车载台系统的测试- 22 -4.1 GSM模块测试- 22 -4.2 GPS模块测试- 24 -4.3 系统总体测试- 26 -结论- 28 -参考文献- 29 -致谢- 30 -附录A- 31 -1、 引言 1.1研究背景随着社
11、会的进步和经济的飞速发展，各式各样的汽车已经走进了家家户户，汽车在带给人们方便的出行的同时，在平安方面也暴露着一些祸患，由此带来的车辆安全问题也得到了人们的关注2。尤其是最近些年，伴随着私人车总量的不断增大，私有车的主人寻找安全保护，希望提供相应服务的愿望也越来越逐渐强烈，旧的服务模式已经不能达到客户们的主要要求6。因此，希望有更高新的科学技术，更先进的定位系统应用于汽车行业。车辆定位跟踪系统是智能交通系统的一个重要组成部分，是极具潜力的应用之一。美国是第一个研制了全球定位系统（Global Positioning System,GPS）的国家，在20世纪七八十年代，由美国陆军、海军、空军 三
12、个军队共同研制出最新的空间卫星导航定位系统1。 他们研究这个系统的主要目的是给陆、海、空等几个部门供给实时的导航服务，一旦遇到了紧急危机，例如气候的特殊变化、 军事袭击等情况，可以随时随地的提供导航服务。在搜集情报，核电爆炸等危险情况下，可以提供及时的通信服务19。该系统的设计同时也显示了美国独霸全球的野心。经过了大约20几年的不断研制和试验，耗费了高达300多亿美元，截止到1994年的3月底，20多颗卫星已经覆盖了全球面积的90左右。全球移动通信系统（Global System For Mobile Communications，GSM)具有开放性的优点 ，它具有以下特点：1、由很多小系统构
13、成，而且可以和不同种类的公共的通信网络相互联系，在每一个分系统之间和每一个分系统与其它的通信网之间都被确切的定义了标准的接口规则，从而确保每一家生产商提出的GSM系统或者子系统可以相互联系2。2、GSM系统可以实现语音传输的功能，还能实现许多其它的服务。3、GSM系统拥有加密和鉴权的功效，可以保证用户守密和网络的安全。4、一般的干扰信号都不会对GSM系统产生影响，只要能监测到信号覆盖的区域，信号强度都很高。5、GSM系统终端设备具有功能强、小巧等功能。1.2国内外研究现状汽车监控系统这样的高科技系统融合了许多种不同的技术，例如GPS,GSM还有现在比较热的嵌入式等技术。目前，根据我国情况，一般
14、采用GSM作为无线通信方式18。其他国家也开发了各种各样的汽车监控系统，VDO系统是由德国汽车零件公司设计的，法国通过把汽车组合在一块，也设计出了一个导航定位系统，Travtck车辆导航信息系统由美国General Motor 公司经过多年的研究和实验制造出的2。不同的国家各有各的品牌，他们产品的共同特点就是提供了精准的、直观的、详细的汽车位置信息，而且具有不错的稳定性和可靠性。美国的车辆导航服务具有别样的特点，它集成了呼救服务系统的辅助导航占有很大的优势5。所谓的辅助导航是建立特定的服务控制中心，而且控制中心通常具计算机管理，电子图和通信连接设备等强大功能，装有GPS设备的汽车可以被提供定位
15、跟踪管理，救助服务受理等。在我们国家，从上个世纪九十年代初期到现在，在这十几年的时间里，我们国家的车辆定位和远程监控技术在崎岖中不断向前发展。经历了1994年到1995年的新型阶段后，国内车辆监控系统进行了调整2。从1999年到现在，新一波快速增长的势头出现在汽车定位和车辆监控系统市场里。此时，各方面条件已经成熟，系统与车载台系统日渐成熟，系统容量达到数千辆的规模。从2006年到2008年，随着北京奥运会的举办，数万台公共汽车安装了车辆监控系统。交通部门能够实时的监控北京车辆的运行。当然，车载电子的发展面临着难题4。在目前的汽车行业中，GPS/GSM车辆监控系统产品与一般消费品一样，面临着协议
16、和标准变化的压力，产品的更新换代非常频繁，采用的器件有可能会迅速过时。而且，车的标准寿命是十年，如何让车辆监控系统的寿命与车的寿命相匹配，是目前的一大难题7。随着FPGA技术的不断地成熟和发展，这种技术在车辆电子领域的优势越来越明显。采用软核处理器的内核并把它嵌入在FPGA的构造中是一种很好的解决办法5。利用通用的FPGA平台生产每一种型号产品，就能通过尽可能小的变化适应不同的设计要求。1.3 目前导航系统的发展现状目前为止，我们国家自己研制出了一种新的全球卫星定位与通信系统，它的名字叫北斗卫星导航系统。紧紧的排在美国的全球定位系统（GPS）和俄国GLONASS以后的比较稳定的卫星导航系统就属
17、北斗卫星导航系统了。该系统在空间上、陆地上、用户终端三个方面进行了分布，在整个地球的周围，不管是在什么时间，什么地点，该系统都可以为不同种类的用户服务。该系统提供的服务特点包括：非常高的精准度、实现比较稳定的定位、任意空间的导航，而且可以传输各种信息实现通信。大体上拥有了一下几点优势：可以实现任何地区的导航、定位，20m以内都可以精确到，实时性非常强，能达到101ns左右。在两年前的腊月底左右，发生了一件值得华人骄傲的事情，那就是北斗系统的相关接口文件正式版1.0被面向世界宣布了。在整个亚洲地区内，北斗导航执行的业务被正式授予了。其中包括定位、导航、授时等服务。2013年12月27日，国务院的
18、新闻办公厅里召开了一次很隆重的新闻发布会，在该次发布会上，我国正式公开发布了有关北斗卫星导航系统的两个系统文件。联合国的委员会也宣布了一件很高兴的事情，它宣布把北斗卫星导航系统和美国发布的定位系统、俄罗斯研究的系统以及欧盟伽利略的系统一起为全世界提供服务。与GPS以及其他几个国家研究的系统不同的是，北斗导航终端拥有很多自己特殊的特点，可以将两种不同的业务结合在一起，还可以进行互相通信； 全天候的快捷定位，几乎不会出现的信号盲区，精准度与比GPS高出很多。可以给全世界提供全方位的服务，而且不收任何费用，也就是说全是免费的服务。在实现没有源头的定位导航服务的时候，不论用户数量有多少，都不需要考虑超
19、数，而且可以兼容GPS；尤其用户的数量很大，范围也很广的情况下，使用该系统是非常适用的，该系统也可以用于数据采集和数据传输应用；它的非同一般的节点式定位处理设计，能在同一时间段内解决以下“我在什么地方？”和“你在那个地方？”两个问题；它的一些其他独特的特点在一些要求比较高的部门非常适用。图1 北斗卫星定位系统示意图我国正在研制一种新型的北斗卫星导航系统，空间里分布几颗不移动的轨道卫星和几十颗不断运动的轨道卫星，该系统据估计可以提供两种不同的服务方式17。精确度在几纳秒左右，测量速度能精确到零点几米/秒。在两年前，整个亚太地区被该系统覆盖。计划在6年之后，全球的覆盖率达到百分之百。到目前为止，北
20、斗卫星导航系统中的十多颗北斗导航卫星已被发送到空间区域。由目前的进度来看，去年年底已经实现了对亚太地区的定位、覆盖和通信等服务。预计在6年以后，能完成对全球的覆盖目标。在许多不同的应用领域都可以使用这个系统，我们国家已经把北斗卫星导航系统作为重要的设备，应用在各个方面各个领域。1.4 FPGA技术在汽车电子领域的应用及发展前景随着FPGA的研发技术变得越来越成熟，FPGA技术在汽车电子领域占有非常明显的优势。利用一个通用的FPGA平台生产不同型号的产品，就能通过尽可能小的变化来适应不断变化的设计需求8。同时，不仅原型系统可以采用FPGA技术，更高功能的系统个性化设置页可以采用该技术，如车辆的多
21、媒体设备的扩展等。这样一来设计人员不仅可以受益于FPGA提供的灵活性、高集成度性以及可升级能力的特性，而且还可以拥有一个不会过时的针对设计需求而不断优化的处理器9。同时所使用的代码可以保存很长时间还可以节约开发投资从而可以制造一个能不断进行配置能扩展的车载GPS/GSM系统平台，实现可以适应很长的汽车寿命的目的20。从以上方面可以看出，在汽车电子产品的发展领域中FPGA技术正在发挥越来越大的优势，而且能把汽车核心电子系统设计的机遇牢牢的把握住。在这种背景下，许多家的科学研究部门、产品生产商不断地利用FPGA技术来完成GPS/GSM汽车监控系统车载台的核心控制部分甚至有的厂商对整个车载台系统的设
22、计全部采用该技术。由此可见，在车载电子设备的设计上基于FPGA的嵌入式系统有着相当辽阔的使用空间，车载GPS/GSM监控系统与FPGA嵌入式系统相结合的技术在汽车电子行业一定能起到很好的带头作用。1.5 GPS/GSM相关产品的发展现状随着汽车行业发展的越来越好和交通管理趋向于智能化，汽车GPS导航定位技术在不久将会变成全球卫星定位系统产品使用的潜力最大的市场之一。2000年汽车产业的发展就是最好的例子，汽车导航产品的总数量很快超过29亿美元，在整个GPS产品总量中大约占了三分之一以上左右10。就我国目前国情来说，在调用汽车方面、公共汽车上安的监控器、出租车的调动管理等领域中GPS导航定位技术
23、拥有着非常美好的发展空间。汽车GPS导航定位技术的关键系统是通信子系统，它在整个定位过程中起着相当大的作用。在以前，无线电台等方式被通信分系统用来实现通信，但有许多问题存在着，比如频率资源利用紧张、能覆盖到的面积不够大11。最近这些年以来，GSM通信技术发展的越来越成熟，覆盖到的范围增加了很多，在一定程度上提升了系统的可靠性，GSM网络通信和GPS技术融合在一起，如果能把无线通信网络作为传输工具，增加通信服务的业务，就能更好的提供收入，有很好的发展前途20；GPS数据传输的瓶颈问题在一定程度得到解决，普通用户和通信运营商对这种系统有着非常高的评价12。1.6 课题研究目的及意义本课题的主要内容
24、是基于FPGA的远程定位技术的研究。该系统所完成的大体功能是把安装了该车载平台的汽车的位置、时间、状态等数据被GSM模块发送到用户的PC机或者指挥部，从而能够对车辆的进行高效率的控制15。GPS/GSM车辆监控系统的产品的应用在某些行业和地区得到了应用，取得了深远的经济效益，车辆安全得到了保障，也减少了车辆的被盗情况，随着科技的进步，在交通运输方面，比较智能化的交通系统主要采用了GPS和GSM技术，这些相关技术和无线网络通信技术相结合形成的系统，在汽车安全，导航，控制指挥等领域开始发挥着越来越大的作用，如果汽车遇到交通事故或者危险情况下就能利用无线通信网向车主，医疗等部门发送汽车的位置数据，提
25、高了紧急情况的处理速度14。本课题所设计的车载台采用主芯片为EP4CE6E22C8N的FPGA为控制核心，基于FPGA的设计符合当前车载设备发展潮流。这种车载台的产品性能高，可升级，成本低，寿命长，发展前景好。2、系统的组成及方案设计2.1总体设计 汽车平台的总体设计是整个车辆监控系统非常重要的组成部分，它要实现接收定位数据、响应监控中心指令与指挥中心进行通话的功能。根据总体设计需求车载台系统由GPS模块、GSM模块、嵌入微处理器核的FPGA作为数据分析和控制核心、数据存储单元、电源等组成。图2 系统总体设计2.2局部设计方案一（1）GPS模块 GPS模块就是GPS数据接收的器件，GPS全球定
26、位系统的用户终端就是GPS接收机，全球定位系统的四大组成结构之一就有该模块，它被汽车平台用来实现定位功能。结构和性能不同的接收机应用在不同的行业和领域，对普通人来说，需要的定位精准度就不是很高的，所以，那些普通的、占用空间小、便宜的、操作又非常简单的接收机就够给普通百姓使用了。该设计就是采用民用接收机2。（2）GSM模块 通信模块是车载台的一个重要组成部分，可通过接受指定通信网络来完成通信功能，负责车载台与控制中心或用户手机之间的信息传输。本设计采用接入GSM移动通信网络的GSM模块来实现该功能。汽车终端利用GSM模块把GPS接受到的汽车位置、状态信息发送到控制指挥中心或用户手机。目前，GSM
27、模块种类繁多，其中，TC35模块具有相当的性价比，在车载电子设备应用上具有独特的优势2。图3 TC35模块方案二采用sim908模块，把GPS和GSM两个不同的模块集成在一块。它结合了GPS卫星导航技术，采用SMT封装集成了GPRS和GPS，这样的设计思想节约了开发GPS功能应用的成本和开发时间。Sim908采用工业标准接口和GPS功能，能够实现信号覆盖任何位置和任何时间的无缝隙跟踪。工作频率有4种，分别为850MHz、900MHz、1800MHz和1900MHz，能在很低的功率情况下实现语音、数据信息的传送。另外，SIM908的尺寸大小为30303.2mm使用于紧凑型产品设计。图4 sim9
28、08模块（1）Sim908模块的系统图如下：图5 sim908模块框架（2）开发板简介及接口功能如下该开发板使用全新正品sim908模块；大功率电源设计，保证模块稳定工作，另有锂电池电源接口和电源切换开关，方便对锂电池电源和外部电源的供电切换；2.54mm排针引出模块功能IO，可直接连接3.5V或5V的MCU的IO，另外排针提供+5V、VBAT接口可直接供单片机系统使用；板载两个RS232接口电路，方便使用电脑对GSM和GPS分别调试；板载GSM天线和GPS天线接口，直接连接SMA接口天线，减少使用转接天线的麻烦；翻盖式SIM卡座，方便耐用；板子上有麦克风和耳机的接口，连接一般的耳机即可实现语
29、音通话；板载RTC电池，为模块内部的RTC时钟提供电流，方便读取正确的RTC信息；板载LED指示灯分别指示供电和GSM信号情况；STM封装80Pin支持3V/1.8VSIM卡接口2路模拟音频接口SPI接口充电接口1个GSM/GPRS串口和一个调试接口1个GPS NMEA数据输出调试口2个分开的天线连接器（GSM/GPRS1个+GPS1个）2.3信息处理和控制核心模块设计汽车载台的核心控制部分分为信息处理和模块的控制两个部分，它主要是能实现数据信息处理和汽车载台控制的各组成结构按照之前已经设置好的要求执行所发出的响应的操作等功能。这个模块主要由CPU、存储器、I/O接口以及各种控制逻辑电路等组成
30、。本课题主要采用Altera公司生产的Cyclone IV系列的EP4CE6E22C8N型片的开发板。该开发板简介如下：图 6 FPGA开发板示意图（1）主要硬件资源如下：1、主要的FPGA芯片采用ALTERA公司最新四代 CycloneIV系列的EP4CE6E22C8N;2、开发板提供了EPCS4N大容量串行配置型片，该型片是外部型片，支持JTAG或者AS模式的下载；3、64Mbit的SDRAM外部存储器提供了在外部跑程序的功能,支持SOPC和NIOS II开发；4、板载50MHZ有缘晶振，提供系统工作总时钟；5、采用11173.3V稳压芯片，提供3.3V电压输出；6、采用1117-1.2V
31、稳压芯片，提供FPGA内核电压；7、采用11172.5V稳压芯片，提供PLL电压；8、精心的去耦设计，采用大量去耦电容；9、提供5V直流电源插座；10、提供方口USB接口电源插座；11、LED电源指示灯；12、板子上有丰富的IO资源，每个IO都引出3个扩展接口，间距都是一样的为2.54mm；（2）存储器SDRAM电路SDRAM芯片的型号是HY57V641620，它的容量是64Mbit。在做扩展使用的时候可以采用该型片，在NIOS II处理器中即可以当做RAM来运行程序，也可以作为其他等需要实时大数据量存储的应用。在SDRAM的电路中，地址总线、数据总线、控制总线都连接在FPGA 的IO口上，S
32、DRAM的电源设计采用了很多的104电容进行了滤波处理，保证了芯片工作的电源稳定性，SDRAM的原理图如下：图7 SDRAM原理图（3）电源电路该开发板的电源原理图如下图所示;图8 电源原理图（4）JTAG下载及配置电路JTAG模式是在上电的情况下通过JTAG接口直接把程序下载到FPGA中。因为FPGA是随机存储结构的，因此一旦断开电源之前下载的程序就丢失了，打开电源后一定要重新下载该程序才可以被运行。JTAG下载速度很快，使用usb blaster 下载时，基本是12秒完成。AS下载模式是把.pof文件烧到相应的配置芯片里，该文件是在编译过程中形成的【16】。一般情况下，配置芯片是和FPGA
33、配套使用的FLASH存储器,EPCS后面代的数字代表着存储数据的宽度。如果程序烧已经被烧写到配置芯片中，在板子打开电源开启以后FPGA就会自动从配置芯片下载程序。图9 JTAG和AS插座部分原理图图10 AS下载配置（5）时钟和复位电路FPGA与单片机具有不同点，FPGA是没有规定的复位功能引脚，从理论上说，任何一个IO都能被用来作为复位引脚，但都通过必须通过程序实现复位功能；本设计所使用的板子的系统时钟为50MHz，时钟和复位电路如下图所示：（一）CLK1用作系统工作时钟，直接接入50MHZ晶振；（二）CLK3作为系统的复位引脚，用户可以通过程序实现复位功能；图11 时钟和复位电路（6）扩展
34、IO分配电路FPGA的每个IO均有3个扩展插座，为VCC 5V,3.3V.GND 3个电源，方便自己外接；原理图如下：图12 IO扩展口原理图（7）RS232串口一般使用的通信接口之一就应该是RS232，外围设备之间的通信可以用，PC主机之间进行通信也可以用。板子上接的是3.3V系统， max 3232负责PC机到RS232的电平转换2。图13 RS232串口3.车载台的总体设计3.1 车载台的概况本次设计的导航系统完成的主要功能是通过安装在该车辆上的车载台来把该车辆的所在的经度，纬度等状态消息通过无线网络传送到用户手机或者指挥控制中心，从而能实现对汽车的监控，并且可以对汽车运行动态进行有效的
35、掌握。根据车载台的设计要求，车载台由sim908 GPS/GSM模块、嵌入微处理器核的FPGA开发板作为信息处理和控制模块。3.2 FPGA上嵌入式微处理器的介绍NIOS II处理器是一种嵌入式处理器，它是Altera公司生产的第二代用户能自己配置的处理器，该处理器是32位的系统。altera公司是唯一一家生产通用的FPGA构架的CPU核心2。SOPC（片上可编程系统）是最为核心得部分。处NIOS II处理器。以软核的方式出现，拥有非常可靠的灵活性和可设置性是NIOS II处理器非常显著的特点。NIOS II的设计包括硬件设计和软件设计两个方面。在Quartus II这个软件中实现硬件部分的设
36、计，NIOS II IDE集成设计环境中进行软件程序的设计。Nios II处理器内核分为三种不同的类型分别为快速型、经济型和标准型15。快速型的内核非常好的可靠性，经济型内核占用的资源非常小，标准型的内核在功能和体积中间做了一个权衡。3.3 车载台硬件系统的搭建设计 系统的软核框图如下所示：图14 软核的构成框图（1）系统的时钟设计考虑到车载台系统需要两个时钟，一个用于为NIOS软核提供50MHZ,一个用于给SDRAM提供时钟。它们都分别外部时钟经锁相环提供。在quartus11.0的开发环境下PLL设置如下：图15 锁相环配置图（一）图16锁相环配置图（二）（2）系统总体设计选用了SDRAM
37、和FLASH两个存储器。由于要让程序在外设的存储器中运行，所以将NIOS软核中的复位向量设置为FLASH,异常向量设置为SDRAM。软核主要由CPU,SDRAM,FLASH,3个UART串口一个SYSTEM ID组成。一个串口用于连接计算机进行调试，一个连接GPS模块，一个连接GSM模块。SYSTEM ID起到的功能在运行程序之前或开启板子之后，他们会被其进行验证，可以防止quartus和nios程序版本不一样导致运行错误的发生。硬件电路图如下图所示：图17 软核构建示意图图18 软核构建编译成功图19硬件系统电路图图20 硬件系统电路及引脚分配3.4 车载台软件系统的设计3.4.1 GPS模
38、块的工作流程如下：图21 GPS工作流程图先将GPS模块进行初始化，检测接收到的数据头是否正确，如果收到的数据开头是”$”,则继续接收，直到*跳出循环停止接收。将接收到的数据通过串口发送到GSM模块显示。3.4.2 GSM模块的工作流程 图22 GSM模块工作流程图通过发送AT指令，打开GSM模块，通过发送AT+IPR=9600设置波特率，AT+CMGF=1设置为短信模式（英文）。AT+CMGD=1，4删除卡内信息以便读取新信息。检测是否接收到新信息。3.4.3 系统总工作流程图23 系统工作流程图主函数初始化，采集GPS模块接受到的信息，查询是否接收到控制命令，如果收到，调用GSM模块，将定
39、位信息发送到用户手机。4.车载台系统的测试4.1 GSM模块测试 sim908模块中GSM部分的测试并使用了串口助手对常用的模块初始化指令进行了验证。将GSM模块接通电源，连接好串口线之后，打开开关。工作状态指示灯开始闪烁。接下来在PC机上利用串口调试助手如下图所示，发送AT指令接收到OK，说明串口和模块的通信正常。图24 GSM模块测试结果常用的模块初始化指令：AT 握手指令，确认串口和模块通信正常OKAT+IPR=9600修改波特率，最高115200,0为自适应波特率OKAT+CMEE=2打开错误码OKAT+GMI查询模块的制造商OKAT+GMM查询模块型号OKAT+CPIN?: 检查SI
40、M卡是否插入+CPIN:READY:提示SIM卡准备好读取短信流程AT+CMGR=1 读取短信，1为短信位置号+CMGR:1，,153发送文本短信AT+CMGF=1 设置为文本模式OKAT+CMGS=15018750559 接受号码hello 短信内容4.2 GPS模块测试sim908模块中GPS部分的测试并使用了串口助手对常用的模块初始化指令进行了验证。首先在串口助手中初始化GPS，输入指令：AT+CGPSPWR=1，返回OK 再输入：AT+CGPSRST=1，返回OK，然后插上GPS天线放在室外，并把串口接在sim908的GPS接口上，过几分钟，串口助手上开始显示定位信息。关闭助手串口，打
41、开Mini GPS,定位一段时间后，miniGPS_1.39开始接收到定位信息。如下图所示：图25 GPS测试结果显示图26 miniGPS_1.39显示（）图27 miniGPS_1.39配置显示（二）接收到的一组数据分析如下：$GPRMC,114033.000,A,3913.952480,N,11702.991762,E,0,000,0,0,030614,A*67字段0：$GPRMC，语句ID，表明该语句为Recommended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data（RMC）推荐最小定位信息字段1：UTC时间，hhmmss.sss格式 114033.000字段
42、2：状态，A=定位字段3：纬度3913.952480，度分格式字段4：纬度N（北纬）字段5：经度，11702.991762,度分格式字段6：经度E（东经）字段7：速度，静止字段8：方位角0度字段9：UTC日期，14年6月3号字段10：磁偏角字段11：磁偏角方向，E=东W=西 字段16：校验值4.3 系统总体测试搭建好硬件电路后，用线连接好FPGA开发板和sim908模块。将软件程序下载到板子里进行测试，用串口线从GSM接口连接到电脑上，对开发板和908模块之间的通信进行检测，通过串口助手显示定位信息。初始化成功后，刚开始没有定位，过一段时间后开始显示正确的定位信息，如下图:图28 初始化过程A
43、TE1打开回显AT+CMGD=1，4 删除卡内短信，以便以后接收新信息AT+CMGF=1 短信设置为文本模式（英语）AT+IPR=9600 设置串口的波特率为9600AT+CGPSPWR=1 打开GPS模块的电源AT+CGPSRST=0 设置GPS模块冷启动AT+CGPSIPR=9600设置GPS模块的串口波特率为9600AT+CGPSOUT=32 设置GPS数据输出格式为GPRMC,GPVTRAT+CPMS=SM设置短信存储到SM卡 定位信息分析见GPS模块调试部分图29 显示定位信息结论本文研究了基于FPGA的远程定位技术，分为硬件开发和软件开发两个部分。在quartus II中实现硬件设
44、计，在NIOS IDE软件中实现软件程序的编写。在quartus II软件中的SOPC builder中建立出该设计需要的软核是本次设计的硬件设计部分。首先根据题目的需求，在quartus II软件中的SOPC builder里把软核构建出来。由于在最后的测试过程中用到串口调试助手，因此，在软核的构建中，将RS232的波特率设置为9600。然后在quartus II里搭建出硬件电路图。然后按照设计要求编写相应的程序。本程序是在NIOS IDE软件中编写，类似于C语言。由于是初次接触quartus II和NIOS IDE这两个软件，遇到过各种各样的困难，在一开始软核的设计中，由于没有对CPU的复
45、位向量和异常向量进行设置，导致软核的编译出现错误。在运行程序的时候，由于配置不当，程序运行没有出现错误，可是就是不出现象。经过查阅大量的资料后，才知道原来想让程序在外部存储器(SDRAM)里运行，那么CPU中的复位向量必须选用EPCS4或FLASH。由于板子资源有限不含有FLASH存储器，所以选用复位向量为EPCS4。在调试的过程中，由于没有对串口助手的波特率进行正确的设置，导致接收到的定位信息出现乱码，串口助手的波特率，软核设置时的波特率和程序中的波特率要保持一致，而且该波特率是串口能正常接受指令的波特率，该设计中采用9600。在设计的过程中，虽然遇到了很多问题，经过自己的不断努力和老师等人
46、的热心帮助，好多看来不能解决的问题都迎刃而解了。让我明白了一个道理，事情不管有多难，只要自己不断地努力，总会学到东西的。由于个人的能力不足和时间问题，没能实现设计要求的全部功能，觉得很遗憾。这次的设计经历也在很大程度上培养了我的自学能力，在今后的学习过程中，我会更加努力，不断地提高自己的自学能力。参考文献1席锋涛. 基于GPS/GSM/GIS车载监控系统设计与实现D.西安电子科技大学,2006.2杨剑. 基于FPGA的GPS/GSM车辆监控系统车载台设计D.重庆大学,2009.3 丽娜. 基于GPRS的GPS移动终端通信方式探讨J. 科技传播,2013,22:208-209.4夏春杰. 基于TMS320C6747和FPGA的GPS/SINS组合导航系统研究D.南京理工大学,2013.5王丽欣. 基于GPS/GSM的车辆定位跟踪系统设计与实现D.沈阳工业大学,2013.6贺军. GPS/GSM技术在物流监控中的应用研究D.华中科技大学,2012.7李超. GPS接收机跟踪环路的改进设计及FPGA实现D.大连理工大学,2013.8程卫军,邵燕,张玉军,郑旅军,杨都. 基于ARM+GPS+GSM的智能电子导游系统的设计与实现J. 中央民族大学学报(自然科学版),2011,01:61-6
