一種GPS移動(dòng)設(shè)備的實(shí)現(xiàn)

GPS 是英文Global PosiTIoning System（全球定位系統(tǒng)）的簡稱，在機(jī)械領(lǐng)域GPS則有另外一種含義：產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（Geometrical Product SpecificaTIons）-簡稱GPS.由于GPS技術(shù)所具有的全天候、高精度和自動(dòng)測量的特點(diǎn)，作為先進(jìn)的測量手段和新的生產(chǎn)力，已經(jīng)融入了國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。

如何設(shè)計(jì)一個(gè)帶有GPS功能的移動(dòng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)的接收和解碼，已經(jīng)是現(xiàn)在CPS應(yīng)用的熱點(diǎn)。

　　1 開發(fā)平臺(tái)

　　1．1 軟件平臺(tái)

　　為適應(yīng)大多數(shù)Windows用戶的使用習(xí)慣，我們設(shè)定移動(dòng)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境為嵌入式操作系統(tǒng)Windows CE 5．0，開發(fā)過程在Windows XP操作系統(tǒng)下進(jìn)行。開發(fā)軟件為Visual Studio 2005，編程語言為C++。VS2005是Windows操作系統(tǒng)下的一套完整的開發(fā)工具，用于生成ASP Web應(yīng)用程序、XML Web services、桌面應(yīng)用程序和移動(dòng)應(yīng)用程序。通過使用這些工具和．NETFramework精簡版，可以在個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、移動(dòng)電話和其他資源受約束的設(shè)備中，創(chuàng)建、生成、調(diào)試和部署在．NET Framework精簡版上運(yùn)行的應(yīng)用程序。

　　WindowsCE是微軟公司嵌入式、移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)的基礎(chǔ)，它是一個(gè)開放的、可升級(jí)的32位嵌入式操作系統(tǒng)，是基于掌上型電腦類的電子設(shè)備操作系統(tǒng)，它是精簡的Windows 95,Windows CE的圖形用戶界面相當(dāng)出色。Windows CE 被設(shè)計(jì)成針對(duì)小型設(shè)備（它是典型的擁有有限內(nèi)存的無磁盤系統(tǒng)）的通用操作系統(tǒng)，Windows CE 可以通過設(shè)計(jì)一層位于內(nèi)核和硬件之間代碼來用設(shè)定硬件平臺(tái)，這即是眾所周知的硬件抽象層（HAL）（在以前解釋時(shí)，這被稱為 OEMC （原始設(shè)備制造）適應(yīng)層，即 OAL; 內(nèi)核壓縮層，即 KAL. 以免與微軟的 Windows NT 操作系統(tǒng) HAL 混淆） .

　　1．2 硬件平臺(tái)

　　1．2．1 嵌入式開發(fā)板

　　由于設(shè)定移動(dòng)設(shè)備使用的運(yùn)行環(huán)境為WINCE 5．0，過程中需要處理大量的數(shù)據(jù)，所以對(duì)開發(fā)板要求較高。目前WinCE 5．0支持的處理器主要有ARM、X86、PowerPC、MIPS等，其中ARM是近年來在嵌入式系統(tǒng)中很有影響力的微處理器架構(gòu)。考慮到本系統(tǒng)移動(dòng)終端的體積、功耗、成本等因素，最后決定選用arm內(nèi)核的處理器，開發(fā)板為光嵌公司的GEC2440，主要參數(shù)如表l所示。

　　1．2．2 GPS接收模塊

　　GPS接收模塊負(fù)責(zé)接收GPS射頻信號(hào)，將信號(hào)下變頻和解調(diào)，輸出標(biāo)準(zhǔn)的串口信號(hào)供處理器進(jìn)行下一步處理。本設(shè)計(jì)中用到的GPS接收模塊為Levave公司的GPS-R36-AT模塊，性能參數(shù)如表2所示。該接收模塊主要包含基帶芯片和射頻芯片，采用了SIRF III模塊，整合片狀陶瓷芯片，無需外加天線，接收C／A碼衛(wèi)星信號(hào)，輸出的信號(hào)為NMEA0183協(xié)議數(shù)據(jù)，通過串口與主設(shè)備進(jìn)行通信。

　　2 整體設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)主要依照GPS數(shù)據(jù)信號(hào)的流向來進(jìn)行。GPS數(shù)據(jù)信號(hào)通過串口讀入到開發(fā)板主程序，然后經(jīng)過對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行解碼獲得當(dāng)前位置的經(jīng)緯度信息，再在經(jīng)緯度數(shù)據(jù)庫中查詢獲得當(dāng)前位置的地名，整個(gè)過程由觸摸屏進(jìn)行顯示，并通過觸摸屏完成人機(jī)交互。

　　2．1 串口驅(qū)動(dòng)

　　Microsoft eMbedded Tools封裝了Windows API函數(shù)，便于Windows CE應(yīng)用程序的開發(fā)。在Windows CE中，所有的設(shè)備都被看成是文件。串口通信可以像訪問普通文件那樣通過API通信函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)的虛擬驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)執(zhí)行特定的工作。在Windows CE下串行端口被視為用于打開、關(guān)閉、讀寫串行端口的常規(guī)可安裝的流設(shè)備，是串行設(shè)備接口的常規(guī)I／O驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用和與通信相關(guān)的具體函數(shù)的結(jié)合。Windows CE的通信函數(shù)和其它大多數(shù)Windows的通信函數(shù)相似，值得注意的是，Windows CE不支持直接對(duì)串行端口的寄存器進(jìn)行編程。

　　2．1．1 打開和關(guān)閉串口

　　CreateFile函數(shù)用于打開串行口。m_hDSComm=CreateFile(_T("COM2："))，GENER2IC_READ|GENER IC_WR ITE，0，NULL，OPEN_EXISTIN-G，0,NULL)。注意COM2后面要有一個(gè)冒號(hào)。第三個(gè)參數(shù)dwShareMode也必須為O，通信端口不能像文件一樣被共享。最后一個(gè)參數(shù)dwFlagsAnd-Attributes必須為0，因?yàn)閃indows CE只支持非重疊I／O。這個(gè)函數(shù)的返回值是已打開的串行端口的句柄或者是INVALLD_HANDLE_VALUE。關(guān)閉串口可以調(diào)用CloseHandle(m_hDSComm)。

　　2．1．2 串口參數(shù)設(shè)置

　　串口設(shè)置主要是用DCB構(gòu)配置端口設(shè)置，包括波特率、停止位、數(shù)據(jù)位長度、校驗(yàn)位、流量控制和超時(shí)值等等。首先打開串行端口，用GetCommState函數(shù)獲得當(dāng)前打開的串口配置，然后根據(jù)需要修改DCB成員，最后用SetCommState函數(shù)設(shè)置新的串口配置。

　　2．1．3 設(shè)置緩沖區(qū)大小和超時(shí)

　　對(duì)串口來說，必須設(shè)置超時(shí)值，否則程序可能陷入到一個(gè)循環(huán)來等待來自串口的字符。這對(duì)采用WindowsCE的設(shè)備來說，將大大減少設(shè)備電池的使用時(shí)間，所以超時(shí)值是必須配置的。另外一種解決辦法就是采用多線程。通常，配置超時(shí)值和配置串口類似。首先用GetCommTI-meouts函數(shù)獲得當(dāng)前串口的超時(shí)值，然后修改COM2MTIMEOUTS成員，最后用SetCommTimeouts函數(shù)設(shè)定超時(shí)值。

　　2．1．4 讀寫串口

　　利用ReadFile和WriteFile函數(shù)讀寫串口。需要注意的是Windows CE不支持重疊I／O，所以如果在主線程進(jìn)行大量讀寫串口操作時(shí)，有可能使整個(gè)程序陷入緩慢的串口等待中去，因此一般都采用多線程來進(jìn)行讀寫串口操作。