嵌入式Linux平臺的GPS數(shù)據(jù)采集研究

  隨著GPS(全球定位系統(tǒng))和便攜移動設備的飛速發(fā)展，各種各樣以GPS為基礎(chǔ)的便攜式定位系統(tǒng)相繼出現(xiàn)．嵌入式Linux以其開放性、安全性、健壯性和 穩(wěn)定性越來越成為各種便攜設備的主要開發(fā)平臺，因此GPS模塊與嵌入式Linux平臺之間的通信成了實現(xiàn)定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)．
    GPS模塊與嵌入式Linux平臺之間進行數(shù)據(jù)傳送，大多采用異步串行傳送方式，GPS作為終端設備(DTE)與嵌入式平臺之間通過RS-232C串行通 信接口進行數(shù)據(jù)交換．因此，與GPS的數(shù)據(jù)通信在實現(xiàn)上即是LinuX下的串口編程，對于兩者之間的通信協(xié)議，可選的協(xié)議有很多種，而NMEA0183是 目前普遍采用的一種。

1 NMEA0183通信協(xié)議
    NMEA0183是GPS數(shù)據(jù)的通信協(xié)議，GPS的通信協(xié)議有很多種，但目前絕大多數(shù)GPS模塊生產(chǎn)廠商都采用NMEA0183協(xié)議作為其遵循的標準，因此在實現(xiàn)GPS與嵌入式Linux平臺之間的通信時，應先對NMEA0183協(xié)議有一定的了解。
(1)NMEA0183的通信參數(shù)．波特率：4800baud；數(shù)據(jù)位：8；奇偶校驗：無；停止位：1位．
(2)NMEA0183的報文格式．NMEA 0183協(xié)議報文的語句串(ASCII字符)格式全部信息如圖1．
$AAXXX     ,ddd     ……     ,ddd     *hh     <CR><LF>
圖1 NMEA0183的報文格式
    圖1中具體內(nèi)容：$為串頭，表示串開始；AA為識別符；XXX為語句名；ddd...ddd為數(shù)據(jù)字段，字母或數(shù)字；*表示串尾；hh表示$與*之間所有字符代碼的校驗和；<CR>為回車控制符；<LF>為換行控制符．
    在實際的GPS應用中，并不會用到NMEA的全部信息，而是根據(jù)具體的需要，從中選取有用的信息，忽略其余的信息內(nèi)容．
    例如：$GPRMC,152252,A,2513.3072,N,10346.3723,E,0.0,230.4,250503,1.3,W,A,* 02
    其中，$GPRMC為串頭，表示此語句為定位語句；“*”之前的內(nèi)容為數(shù)據(jù)字段，“152252”為UTC24小時制的標準時間，格式為“時時/分分/秒 秒”；“A”表示信號接收狀態(tài)，“A”表示接收正常，也可能為“V”，則表示一個警告，與衛(wèi)星通信不正常；“2513.3072”表示緯度值；“N”標明 南北半球，“N”表示北緯，“S”表示南緯；“10346.3723”表示經(jīng)度值；“E”標明東西半球，“E”表示東經(jīng)，“W”表示西經(jīng)；“0.0”表示 速度；“230.4”表示方位角，它的范圍為000.0-359.9；“251205”表示UTC標準時間的日期，格式為“日日/月月/年年 ”；“1.3”表示磁偏角，范圍為000.0-180.0；“W”表示地磁變化方向．

2 GPS數(shù)據(jù)的采集
    嵌入式Linux平臺下的GPS數(shù)據(jù)采集涉及到Linux串口編程技術(shù)，因此首先介紹Linux串口編程的相關(guān)知識，再給出一個簡單的代碼段，實現(xiàn)GPS定位信息的獲?。?br /> 2.1 Linux串口通信
    在Linux操作系統(tǒng)中，所有的設備都是被當作文件來進行操作的，所有的設備以設備文件的形式存儲在目錄/dev/下，串口的設備文件為/dev/ttyS*，其中，ttyS0為串口一，ttyS1為串口二，以此類推．
    Linux下定義了一個查詢和操縱終端的標準接口，該接口被稱為termios，在系統(tǒng)頭文件<termios.h>中定義．它包括一個數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu)和一系列操縱這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的函數(shù)組成．有關(guān)串口的所有參數(shù)配置都保存在接口termios的結(jié)構(gòu)struct termios中，該結(jié)構(gòu)定義如下：
struet termios
{
unsigned short c_iflag; /*輸入模式標志*/
unsigned short c_oflag; /*輸出模式標志*/
unsigned short c_cflag; /*控制模式標志*/
unsigned short c_lflag; /本地模式標志/
unsigned char c_line; /*控制協(xié)議*/
unsigned char c_cc[NCCS] /*控制字符*/
}
   其中的c_flag成員是用來控制輸入處理選項的，它將影響到終端驅(qū)動程序在把輸入發(fā)送給程序前是否對其進行處理，及怎樣對其進行處理．c_oflag成 員是用來控制輸出數(shù)據(jù)的處理，并決定在發(fā)送輸出數(shù)據(jù)到顯示屏和其他輸出設備之前，終端驅(qū)動程序是否以及如何來處理它們．c_oflag用于存放各種決定終 端設備硬件特性的控制標志．存放在c_lflag中的本地模式標志用來操縱這樣的一些終端特性，比如是否將輸入字符顯示到顯示屏上．c_cc包含了特殊字 符序列的值，比如^(退出)和^H(刪除)，以及它們所代表的操作．除了上面的這個包含串口參數(shù)配置的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之外，termios中還包含許多控制串口 特性的函數(shù)．其中基本的函數(shù)如：tcgetattr()和tcsetattr()．tcgetattr()用來初始化一個termios數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，之后可 使用其它的函數(shù)來操縱由tcgetattr()返回的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)．完成這些操作后，使用tcsetattr()來更新串口的設置．
    其它對串口的打開、關(guān)閉、讀取功能與其它的文件操作一致，使用open()、close()、read()函數(shù)完成．
    在采集GPS數(shù)據(jù)的過程中，需對所讀取的數(shù)據(jù)進行鑒別區(qū)分，只選取其中有用的信息進行處理而忽略其余的信息，這需要根據(jù)NMEA0183協(xié)議中規(guī)定的語句格式來進行篩選．
2.2 GPs中定位信息的獲取舉例
    在嵌入式Linux系統(tǒng)中進行串口編程，讀取GPS數(shù)據(jù)的定位信息．
/*包含必要的頭文件*/
#include <termios.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
/*打開串口設備*/
int fd=open("/dev/ttyS0",O_RDWR|O_NOCTTY)/* O_RDWR表示以讀寫方式打開，O_NOCTTY表示串口不是控制終端*/
struet termios old_options,new_options
/*定義兩個termios結(jié)構(gòu)，其中，old_options用于保存原有的設備工作方式，new_options用于設置新的設備工作方式 */
tcgetattr(fd,&old_options) /*獲取當前設備方式*/
/*設置結(jié)構(gòu)體new_options中的c_jflag、c_oflag、c_cflag、c_lflag和c_cc，再用cfsetispeed()和cfsetospeed()函數(shù)設置波特率 */
new_options.c_cflag &= PARENB; /*無奇偶校驗位*/
new_options.c_cflag &= CSIZE; /*不隱藏數(shù)據(jù)位*/
new_options.c_cflag &= CSTOPB; /*無停止位*/
new_options.c_cflag |=CS8; /*8位數(shù)據(jù)位*/
new_options.c_oflag=ICRNL; /*將輸出的CR轉(zhuǎn)換成NL*/
new_options.c_lflag=(ICANON | ECHO | ECHOE | SIG); /*選擇原始輸入模式，使輸入字符與接收到的字符相同*/
new_options.c_cc[VTIME]=10; /*設置超時計時器為10x0.1=1秒*/
new_options.c_ce[VMIN]=76; /*設置讀取的最小字符數(shù)為76個*/
cfsetispeed(&new_options,B4800); /*設置輸入波特率為4800*/
cfsetospeed(&new_options,B4800); /*設置輸出波特率為4800*/
tcflush(fd,TCIOFLUSH); /*丟棄隊列中尚未傳送或接收的數(shù)據(jù)*/
tcsetattr(fd,TCSANOW,&new_options); /*設置新的設備方式*/
/*完成終端的設置后，處理串口設備的GPS數(shù)據(jù)輸入，從中選取有用的定位信息*/
int nByteRead =read(fd,buf,LENGTH);
if((buf[O]==$)&&(buf[3]==R)&&(buf[4]==M)&&(buf[5]==C))
/*檢查語句串頭若為RMC則表示此語句為定位語句，選取此語句內(nèi)容，其余忽略*/
{
/*檢驗校驗和，如果校驗和正確繼續(xù)，否則返回*/
if(buf[i]= ,){/*提取并分解各逗號間的數(shù)據(jù)并進行處理或發(fā)送至其它應用程序*/}
}
    以上代碼只是GPS輸出數(shù)據(jù)中定位信息提取的關(guān)鍵代碼，要完成進一步的完整功能還需編寫大量的代碼，這里就不一一列出．

3 結(jié)束語
    GPS設備與嵌入式Linux平臺之間的數(shù)據(jù)是實現(xiàn)嵌入式GIS定位功能的基礎(chǔ)，隨著基于嵌入式Linux的嵌入式GIS的應用日益廣泛，GPS數(shù)據(jù)的采 集方法成為一項基礎(chǔ)性工作，本文針對GPS數(shù)據(jù)的采集，詳細分析了目前普遍采用的NMEA0183協(xié)議，并在此基礎(chǔ)上對嵌入式Linux環(huán)境下的GPS數(shù) 據(jù)采集進行舉例分析．