Android在嵌入式车载导航系统的应用研究

计算机 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 与设计ComputerEngineeringandDesign2010，31(11)2473 ·嵌入式系统工程· Android在嵌入式车载导航系统的应用研究 农丽萍1， 王力虎2， 黄一平1 (1．广西师范大学电子工程学院，广西桂林541004；2．广西师范大学物理科学与技术学院，广西桂林541004) 摘要：为缩短嵌入式车载导航系统开发进程，提高系统维护和升级能力，研究了Android平台的特点及车载导航系统的性 能需求。建立基于Android操作系统、GPS以及GPRS等技术为核心的车载导航系统终端软件，对系统平台和各主要功能模 块进行了详细的分析．结果表明，利用Android的通用框架，开发人员为车载导航编写的应用软件，便于在不同平台间移植 和升级，该导航系统设计合理、具有广阔的应用前景。 关键词：Android；嵌入式系统；车载导航；全球定位系统；电子地图 中图法分类号：TP316文献标识码：A 文章编号：1000．7024(2010)11-2473．04 ApplicationresearchofAndroidinembeddedvehiclenavigationsystem NONGLi·pin91，WANGLi-hu2，HUANGYi-pin91 (1．CollegeofElectronicEngineering，GuangxiNormalUniversity,Guilin541004，China； 2．CollegeofPh)7sicsandTechnology,GuangxiNormalUniversity,Guilin541004，China) Abstract：Toshortenthedevelopmentprocessofembeddedvehiclenavigationsystem，improvethemaintenanceofsystemandcapability ofupgrade，thecharacteristicsofAndroidplatformandtheperformancerequirementofvehiclenavigationsystemareresearched．Based onAndroidoperatingsystemandGPSandGPRStechnology,thesoftwareofvehiclenavigationsystemisconstructed．Theplatformof systemandmainmodulesaleanalyzedindetail．TheresultshowsthatthecommonstructureofAndroidisusedfordeveloperstodesign applicationsottwaleofvehiclenavigation,iseasytoportandupgradeindifferentplatforms．Thesystemisprovedtobedesignedfairy, andwillbewidelyusedinthefuture． Keywords：Android；embeddedsystem；vehiclenavigation；GPS；electronicmap 0引 言 随着城市化的进展和汽车的普及，交通拥挤加剧，交通事 故频发，交通环境恶化，这成为长期以来困扰发展中国家和发 达国家的严重问题⋯。在美国、日本等发达国家，车载导航已 经成为大众生活的辅助工具，中国由于技术和自主研发能力 的落后和不足，导致车载导航产品“物美”并不“价廉”口】。车载 导航系统是集中应用了自动定位技术、地理信息系统(简称 GIS)与数据库技术、计算机技术、无线通信技术的高科技综合 系统叫。依据车载导航系统把车辆和道路综合起来考虑，运 用各种高新技术系统可以有效解决交通问题u】。我国市场上 高档的GPS测量设备和GPS接收模块仅限于自主式导航终 端产品，技术不够完备，市场化程度低懈。随着对导航系统信 息服务能力要求的进一步提高和终端硬件成本不断降低，软 件操作系统所占比例越来越大，因此选择一款易于开发、维护 和升级，并且兼容性强的操作系统软件来支撑终端硬件系统 的运行就显得异常重要”l。 由嵌入式Linux和Java构成的Android系统，其架构和工 作原理决定了它是目前最具可移植性的移动设备操作系统嗍， 本文在众多嵌入式软件中选择Android操作系统作为车载导 航系统终端软件，便于软件升级和维护，能够有效降低软件的 成本，降低移动设备价格：系统内部使用开源库类，既为开发 人员提供一个非常便捷的开发环境，也为同行设计人员的方 案设计提供有用参考，促进嵌入式系统的发展。 1 Android操作系统介绍 Android是Google于2007年11月宣布的基于Linux平台 开源手机操作系统名称，号称是首个为移动终端打造的真正 开放和完整的移动软件。Google重新设计了Java虚拟机和系 统，使得Android的Java应用更接近于底层系统，效率更高；另 外使用虚拟机技术使得Android的应用在被监控的情况下运 行，安全性更高。Android包括移动电话工作所需的全部软件， 而且不存在任何以往阻碍移动产业创新的专有权障碍，具有 平台 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化、用户可定制以及服务免费等特色。是一个对第 三方软件完全开放的平台，突破了iPhone等只能添加为数不 多的固定软件的枷锁；同时与WindowsMobile、Symbian等厂 收稿日期：2009．07．06；修订日期：2009-09．10。 基金项目：广西研究生教育创新 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 基金项目(2008106020809M263)。 作者简介：农丽萍(1985一)，女(壮族)，广西桂林人，硕士研究生，研究方向为嵌入式系统；王力虎(1962一)，男，广西桂林人，博士，教 授，研究方向为计算机网络； 黄一平(1983--)，男，广西桂林人，硕士研究生，研究方向为嵌入式系统、智能卡开发。E-maihpingarm@,qq．corn 万方数据 24742010，31(11) 计算机工程与设计ComputerEngineeringandDesign 商不同，Android操作系统免费向开发人员提供，这样可节省 近三成成本。 Android平台由操作系统、中间件、用户界面和应用软件 组成。Linux内核层用来提供系统的底层服务，位于硬件和其 它软件层之间，采用YAFFS2文件系统。Android运行库包含 一组核心库和Dalvik虚拟机，Android提供丰富的库类支持且 大部分为开源代码，如采用嵌入式数据库SQLite。应用框架 层为Android开发人员提供了访问框架应用程序接口的全部 权限，采用结构化设计简化了组件之间的重用。在应用程序 层，Android本身附带了一些核心的应用程序，大大简化了And- mid应用程序的开发。 因此，利用Android操作系统作为车载导航终端的应用平 台，由于操作系统与软件免费，导航终端更便宜；统一平台克 服格式问题，功能更多元；使用者决定功能，比个人电脑更个 人、更贴近消费者。 2系统框架设计 本系统通过GPS定位系统进行导航，通过语音提示实现 路径引导；具有GPRS无线通信功能，使得车载终端能以短信 方式与服务器通讯，实现控制中心对车辆的实时监控与调度： 具有丰富的地理信息和查询功能，通过GoogleM印电子地图 并配合Android系统软件的API接口，具有小断升级的地图库， 并能按照用户的需求进行各种信息查询；真正实现一个体积 小、耗电少、成本低并且人机界面友好的嵌入式操作系统平 台。系统整体结构框图如图l所示。 利用Android操作系统在ARM硬件平台上实现车载导航 终端各功能模块的整合，配合相应的软件驱动，完成指定的功 能，如对定位信息进行数据处理，计算所在位置的经度，纬度， 海拔，速度和时间等，并实时将定位的参数传输到服务器管理 平台，方便管理人员对相关车辆进行实时监控与调度，提高工 作效率和运营效益；GPS系统具有全天候、全球覆盖、三维定 速、定时、高精度、快速、省时、高效率、应用广泛、多功能等特 点，因此，可广泛应用于陆地、海洋以及航空航天等；而GPRS 无线通信模块则可方便地完成移动终端与服务器之间的数据 交互，实现实时远程监控；GoogleM印地图的使用，直观地将 丰富的城市地图、全国的公路嘲图、加油站、便利商店、政府机 关、旅游景点、餐馆、医院、停车场等信息同步地在LCD液晶 显示屏上显示出来，方便终端使用人员进行查询参考。 3车载定位导航系统软件设计 在车载导航系统软件设计过程中，主要利用了Android软 件平台的5大功能模块，分别为Android应用程序层、应用框 架层、普通函数库、Java程序运行环境和Linux内核层。在应 用程序层利用Android的各种组件API接口开发了针对车载 导航的GPRS、GPS、GoogleMap电子地图的Java应用程序并在 内核层提供了相应的底层驱动。系统整体软件结构框图如图 2所示。 (1)Android应用程序层：Android本身包含一些由Java语 言开发的应用程序，如桌面、短信收发程序、日历、电话通讯 录、浏览器、E．mail客户端等，开发者还可以在此基础上开发 出更多有特色的Android应用程序，如本系统开发的GPRS和 GPs应用等。 (2)Android应用框架层：Android应用程序开发是基于框 架和组件的，因此在该层中，开发人员拥有访问框架API的全 部权限，在开发应用程序时调用Android本身自带的许多组 件，也可以开发新的组件，并将该组件放入应用程序框架中， 以供自己和其它应用程序调用，如定位管理、视图管理都是 GPS和电子地图开发所需要的组件，这样的模块大大提高了 图l 车载导航终端整体结构框架 万方数据 农丽萍，王力虎，黄一平：Android在嵌入式车载导航系统的应用研究 2010，31(11)2475 Android应用圆 I短信收发程序l回 I电话通讯录ll浏览器I E．mail客，、端l GPRS GPS GoogleMap地图l Android心用框架臣回匝亘司匝囹匝亟卫匝圃■阐陌网压网啊稠 Android普通库 An&oid运行环境匝叠司匝圈区固 Java内核库l臣固匝圃匾圃匝圃臣圃匪圈 Dalvik虚拟机l Linux内核匝亘口匝圃臣圃匝圃匝回匪四匪圊臣圊臣圆 图2系统整体软件结构框架 应用程序开发效率。 (3)Android普通函数库：Android的普通函数库包括：标准 C函数库、媒体功能库、浏览器引擎、2D和3D图形库及SQLite 引擎等。开发者利用这些功能可方便开发出人机界面友好的 应用程序接口，极大地缩短了开发进程。 (4)Java程序运行环境：Android的程序运行环境包含一组 Java内核库及Dalvik虚拟机，它们有效地优化了Java程序的 运行过程。 (5)Linux内核层：Android系统平台基于优化了的Linux version2．6．23内核来开发，该层用来提供系统的底层服务，提 供诸如内存管理、进程管理、设备驱动、 安全管理 企业安全管理考核细则加油站安全管理机构环境和安全管理程序安全管理考核细则外来器械及植入物管理 、电源管理等 驱动模块，作为一个虚拟的中间层，该层位于硬件与其它的软 件层之间，同时也是手机软硬件的连接层。在系统开发中，也 需要针对自身的硬件模块添加对应的驱动，如GPRS驱动、GPS 驱动、液晶和触摸屏驱动等。 3．1 GPS定位模块软件处理 Android操作系统支持GPSAPI—LBS，可以通过集成GPS 芯片或外接GPS设备来接收卫星信号，通过GPS全球定位系 统中至少3颗H星和原子钟来获取当前设备的坐标数据。对 于位置服务而言，稳定工作是关键，而Android完美的实现了 这一点。Android提供多种定位相关函数，使得开发人员可以 灵活应用。使用LocationProvider对象进行GPS定位，而使用 Criteria对象来实现自定义定位功能。在本文设计的导航系统 中，我们希望GPS设备尽可能的省电，定位尽可能的精确，并 且需要获取运动物体的速度。因此，可以这样设置Criteria对象： Criteriac=newCriteria()；／／仓,l建一个Criteria对象 c．setAceuracy(10)；／／设置定位精度 c．setPowerRequimainmodulesrement(c．POWER—LOW)； ∥设置低电量参数 c．setSpeedRequired(trtm)；／／设置允许获取当前速度 接着将Criteria对象传递给LoeationManager对象，Loca- tionManager对象供了多种方式来获取经纬度坐标和其它数 据，它获取定位数据的方法如下： 对于经纬度，getLatitude0返回纬度数据，getLongitude0返 回经度数据： 对于海拔高度，hasAltimdeO判断是否有海拔数据，而get- AltitudeO贝IJ以米为单位返回海拔数据； 对于方向，hasBearing()判断是否有方向数据，而getBea一 血甙)则以度为单位返回其值； 对于速度，hasSpeed0判断是否有速度值，而getSpeed()则 以米每秒为单位返回速度数据。 3．2 GoogleMap电子地图显示处理 利用Android平台开发导航地图过程中，主要采用Android 提供的MapView和MapActivity这两个类实现。其中MapView 是一个展示地图的视图，它可以获取键盘事件(onKeyDown和 onKeyUp)来支持地图移动和缩放功能，同时也支持多层Over- lay，可在地图上画坐标、写地名、画图片等。MapView只能通 过MapActivity来建立，因为MapView需要在后台使用文件系 统和网络，所有这些线程需要在Activity的生命周期中被控制。 如何利用Android的强大地图功能将GPS模块定位得到 的经纬度信息在地图上显示出来呢?地球上的任何一个地点 都可以利用经度+纬度来表示。在Android的类库中，Point类 代表了一个地点的经纬度，函数格式为：Point(intlatitudeE6，int longitudeE6)，E6是微度，即度数乘以1000000。如果要指定地 图地点，须传递一个Point类到地图中。然后调用setMapLoca- tionCenter方法将地图移动到合适的位置，最后调用MapCon． troller对象的animateTo方法可以将该坐标设置为地图的中心 点。在实际应用中，可以使用zoomTo(int)缩放到需要的级别， 同时利用mapView．toggleSatellite()和mapView．toggle-Tm伍c0 来获得卫星图和路况图。 3．3 GPRS无线通讯模块处理 系统采用带RS232串口输出的GPRS模块，可直接与硬 件平台的UART接口直接连接，扩展方便、实用。采用BENQ M32的GSM／GPRS无线模块，该模块体积小巧，性能稳定，支 持GSM语音，数据，传真，短信息及GPRS数据传输等。其下 行理论速度为85．6Kbps，上行理论速度为42．8Kbps。在软件开 发方面支持标准AT命令，该模块在远程监控和无线公话以及 无线POS终端等领域都具有广泛的应用。 Android的RIL(radiointerfacelayer，无线接口层)提供了电 话服务和radio硬件之间的抽象层。RIL负责数据的可靠传 输、AT命令的发送以及Response命令的解析。应用处理器通 过AT命令集与带GPRS功能的无线通讯模块通信。在Linux 内核的驱动中，提供了相关的驱动程序的支持，可以建立在 UART或者SDIO，USB等高速的串行总线上。 4实验结果与分析 基于Android操作系统和ARM微处理器进行设计的车载 导航系统，利用Android通用框架和与设备无关的应用程序开 发平台，实现了车载导航的软件总体架构。其内部集成的Web- Kit浏览器、Dalvik虚拟机等模块及提供的Views、Intents、Acti． vity，Permissions，ResourceTypes，Services，Notifications、Map- View、MapActivity、ContentProviders以及XML支持的API接 口，可以方便开发出自身的人机界面应用程序。GPS和GPRS 系统都有相应的Android接口函数支持，通过PC机模拟GPS 万方数据 2476 2010，31(11) 计算机工程与设计ComputerEngineeringandDesign 数据不断的与Android手持终端模拟器进行通信。在系统的 设计中充分考虑了Android系统的易移植、高效率等优点，集 中使用了Android系统各接口API模块，使系统从开发效率和 运行效率上都有较大的提升。图3为车辆定位显示的应用程 序窗口，截图所示范围为广西师范大学附近，绿色点为汽车所 在点，图标上显示了具体的位置信息。 图3利用GPS和Googlemap获取自身定位 5结束语 利用车载导航系统的设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 并结合Android系统的特 性设计的嵌入式系统，可嵌入到手机、PDA、POS机、机顶盒、 数字电视、家庭媒体播放器等其它终端设备，具有很好地移植 和扩展性能。在移动导航终端的应用中，以GPS导航及GPRS 无线通信为代表的综合信息管理平台将是未来移动终端通讯 及导航产品的发展趋势，而Android系统在导航终端的应用将 会逐步成熟和发展，产品价格也将最终接近大众消费水平，届 时导航产品将成为人们休闲、娱乐、旅游探险的必备工具。 参考文献： 【1】 李欣，俞斌．一种改进的地图匹配技术在车载导航系统中的应 用【J】．电子测试，2008(5)：60-65． [2】 马海波，陈阳舟，崔平远．嵌入式车载导航系统信息平台的开发 [J】．计算机测量与控制，2007，15(2)：188-191． [3】 商庆瑞，吴晴，徐拮，等．车载导航系统现状及GPS／DR定位系 统车载实验【J】．现代电子技术，2006(9)：113-115． [4】 黄帅．嵌入式车载导航的设计和实现【J]．微计算机信息，2008，24 (10)：284-285． 【5】 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本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jsjgcysj201011017.aspx