嵌入式Linux平臺(tái)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(dòng)設(shè)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(shè)備的主要開發(fā)平臺(tái)，因此GPS模塊與嵌入式Linux平臺(tái)之間的通信成了實(shí)現(xiàn)定位系統(tǒng)的基礎(chǔ).

GPS模塊與嵌入式Linux平臺(tái)之間進(jìn)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(shè)備(DTE)與嵌入式平臺(tái)之間通過RS-232C串行通 信接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換.因此，與GPS的數(shù)據(jù)通信在實(shí)現(xiàn)上即是LinuX下的串口編程，對(duì)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(biāo)準(zhǔn)，因此在實(shí)現(xiàn)GPS與嵌入式Linux平臺(tái)之間的通信時(shí)，應(yīng)先對(duì)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(yàn)：無;停止位：1位.

(2)NMEA0183的報(bào)文格式.NMEA 0183協(xié)議報(bào)文的語句串(ASCII字符)格式全部信息如圖1.

圖1 NMEA0183的報(bào)文格式

圖1中具體內(nèi)容：$為串頭，表示串開始;AA為識(shí)別符;XXX為語句名;ddd...ddd為數(shù)據(jù)字段，字母或數(shù)字;*表示串尾;hh表示$與*之間所有字符代碼的校驗(yàn)和;為回車控制符;為換行控制符.

在實(shí)際的GPS應(yīng)用中，并不會(huì)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(shí)制的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，格式為“時(shí)時(shí)/分分/秒 秒”;“A”表示信號(hào)接收狀態(tài)，“A”表示接收正常，也可能為“V”，則表示一個(gè)警告，與衛(wèi)星通信不正常;“2513.3072”表示緯度值;“N”標(biāo)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(biāo)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(biāo)準(zhǔn)時(shí)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(tái)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(shí)，再給出一個(gè)簡(jiǎn)單的代碼段，實(shí)現(xiàn)GPS定位信息的獲取.

2.1 Linux串口通信

在Linux操作系統(tǒng)中，所有的設(shè)備都是被當(dāng)作文件來進(jìn)行操作的，所有的設(shè)備以設(shè)備文件的形式存儲(chǔ)在目錄/dev/下，串口的設(shè)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(gè)查詢和操縱終端的標(biāo)準(zhǔn)接口，該接口被稱為termios，在系統(tǒng)頭文件中定義.它包括一個(gè)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(biāo)志*/

unsigned short c_oflag; /*輸出模式標(biāo)志*/

unsigned short c_cflag; /*控制模式標(biāo)志*/

unsigned short c_lflag; /本地模式標(biāo)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(xiàng)的，它將影響到終端驅(qū)動(dòng)程序在把輸入發(fā)送給程序前是否對(duì)其進(jìn)行處理，及怎樣對(duì)其進(jìn)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(shè)備之前，終端驅(qū)動(dòng)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(shè)備硬件特性的控制標(biāo)志.存放在c_lflag中的本地模式標(biāo)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(gè)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(gè)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(shè)置.

其它對(duì)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(duì)所讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行鑒別區(qū)分，只選取其中有用的信息進(jìn)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(jìn)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(jìn)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

#include

#include

#include

/*打開串口設(shè)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(gè)termios結(jié)構(gòu)，其中，old_options用于保存原有的設(shè)備工作方式，new_options用于設(shè)置新的設(shè)備工作方式 */

tcgetattr(fd,&old_options) /*獲取當(dāng)前設(shè)備方式*/

/*設(shè)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(shè)置波特率 */

new_options.c_cflag &= PARENB; /*無奇偶校驗(yàn)位*/

new_options.c_cflag &= CSIZE; /*不隱藏?cái)?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(shè)置超時(shí)計(jì)時(shí)器為10x0.1=1秒*/

new_options.c_ce[VMIN]=76; /*設(shè)置讀取的最小字符數(shù)為76個(gè)*/

cfsetispeed(&new_options,B4800); /*設(shè)置輸入波特率為4800*/

cfsetospeed(&new_options,B4800); /*設(shè)置輸出波特率為4800*/

tcflush(fd,TCIOFLUSH); /*丟棄隊(duì)列中尚未傳送或接收的數(shù)據(jù)*/

tcsetattr(fd,TCSANOW,&new_options); /*設(shè)置新的設(shè)備方式*/

/*完成終端的設(shè)置后，處理串口設(shè)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(yàn)校驗(yàn)和，如果校驗(yàn)和正確繼續(xù)，否則返回*/

if(buf[i]= ,){/*提取并分解各逗號(hào)間的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理或發(fā)送至其它應(yīng)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(jìn)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(shè)備與嵌入式Linux平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)是實(shí)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(yīng)用日益廣泛，GPS數(shù)據(jù)的采 集方法成為一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，本文針對(duì)GPS數(shù)據(jù)的采集，詳細(xì)分析了目前普遍采用的NMEA0183協(xié)議，并在此基礎(chǔ)上對(duì)嵌入式Linux環(huán)境下的GPS數(shù) 據(jù)采集進(jìn)行舉例分析.