车载GPS系统软件架构设计

摘　要：为提升整车科技含量和满足顾客多样化的娱乐享受需求，国内大多数汽车制造商，在新车型开发或后续配置方面，配备了高科技的导航系统。导航系统自身稳定性，影响客户的正常使用。本文主要对设计开发期间的架构设计说明。

关键词：通讯；时钟；时序；容错能力；

1. 前言：
　　汽车制造商在设计初期，就开始考虑增加车载GPS导航的配置，并逐渐成为车上的基本装备。GPS导航产品的稳定性和可靠性，决定车辆品味及质量的关键要素。
2. 导航系统参数
    本文中的机型在设计的状态如下：主机与导航地图采用分离式，地图为SD卡存储，EBOOT时钟频率32MHz，TFT显示屏，显示屏主控芯片（GDC）采用Mstar776。
3. 导航系统设计常见问题及注意事项
　　GPS导航系统，与空间、地面控制部分进行数据交换，GPS车载设备需要对数据进行大量运算，故系统涉及范围广，更需要性能稳定、运行可靠：下面就设计开发过程中经常遇到的问题，进行详细阐述：
　　3.1导航停止响应，复位后进入黑屏状态；但主机能切换到其他界面 ，AM，FM，DVD，蓝牙等其它功能正常；若多次出现，需对系统匹配方面进行检查；
　　检查导航系统与SD卡通信状态，即考虑SD卡数据交换、时钟通讯频率的情况；
　　首先，地图SD卡标准时序图及规格要求，如下图所示：   

      使用示波器，检查SD卡在OS状态时CLK的上升沿及下降沿时序，时序是否符合SD卡对时序的要求；与SD卡参数进行数据核对，是否存在异常。如无异常，需检测导航系统EBOOT与SD卡通信频率，得到如下波形：

          
    检测导航系统EBOOT与SD卡通信时钟频率为30.774MHz（上图中P3小箭头指示）；如下表所示

　　地图SD卡通讯频率上限为25MHz，数据显示，EBOOT CLK时钟频率超出SD卡通讯频率，这样会引起SD卡初始化不能完成，系统内核无法加载，表现为主机黑屏，不能进入导航工作状态；可优化EBOOT CLK时钟频率，使之与地图SD卡的通讯频率保持一致；
　　3.2  手写输入或设置目的地时，存在较小概率导航不响应触摸屏操作，导致导航无法工作，但主机能够切换到其他界面，AM，FM，DVD，蓝牙等其它功能正常；
　　检查软件容错处理能力，主机MCU与导航系统通讯异常，导航软件无法接受MCU发出的触摸屏坐标信息，查看导航系统接收MCU串口协议消息中是否有错误信息，导致导航运行错误。
　　检查步骤如下：
　　1. 检测导航系统停止响应状态时MCU与导航之间的串口通信，包括触摸指令和相关交互协议，是否存在MCU有指令发出，导航没有回应的现象；
　　2. 检测从MCU发过来的数据，人为在串口通讯的收发段间歇短路加入干扰。检查导航系统是否存在停止响应概率加大，干扰或者错误数据容易引起导航系统运行不正常的现象；
　　3. 上述无异常时，分析通讯异常处理部分程序， 是否存在发生数据异常后的数据指针未按设计要求进行加一操作（及调的下一帧数据，而是继续判断有错误的帧的数据，形成死循环），通讯线程死锁。正确的通讯协议帧是由"帧头+长度+数据+校验和"组成的， 当外加干扰，或其它数据异常发生时有可能发生数据错位， 此时数据指针应该丢弃错误的数据，再寻找正确的帧头。
　　我们可以通过修改导航系统的串口容错机制，确保数据异常时能够自动从错误状态恢复， 不引起线程死锁。
　　3.3 USB状态关机（POWER OFF），ACC断电后再上电，开机后TFT屏正常显示USB的UI界面和歌曲信息，0.5秒后UI界面变为LOGO（USB歌曲信息维持正常），随后USB的UI界面立刻恢复正常。
　　软件架构流程中的显示logo背景的部分程序存在冗余现象。最终优化后的软件程序如下图所示：
          

4. 总结
　　以上是GPS导航系统在设计初期，经常遇到的问题，基本为软件框架搭建欠缺，考虑不周全，或者太理想化，造成软件适应外部环境能力较差。
　　在设计冻结前，应制作一份软件测试点检表，以备在随时予以更新。
　　应对产品进行各项试验，其中包括实际操作模拟，如应追加样机测试方法，追加POWER OFF → ACC OFF → ACC ON→ POWER ON的测试。
　　另外，在进行测试时，还可以在收音、碟片、蓝牙、导航、后视镜、AUXIN等源下进行POWER OFF →ACC OFF → ACC ON→ POWER ON的测试，把假关机的相关测试纳入软件测试点检表内。