嵌入式Linux平臺的GPS數據采集研究

隨著(zhù)GPS(全球定位系統)和便攜移動(dòng)設備的飛速發(fā)展，各種各樣以GPS為基礎的便攜式定位系統相繼出現．嵌入式Linux以其開(kāi)放性、安全性、健壯性和 穩定性越來(lái)越成為各種便攜設備的主要開(kāi)發(fā)平臺，因此GPS模塊與嵌入式Linux平臺之間的通信成了實(shí)現定位系統的基礎．
GPS模塊與嵌入式Linux平臺之間進(jìn)行數據傳送，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(guò)RS-232C串行通 信接口進(jìn)行數據交換．因此，與GPS的數據通信在實(shí)現上即是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數據的通信協(xié)議，GPS的通信協(xié)議有很多種，但目前絕大多數GPS模塊生產(chǎn)廠(chǎng)商都采用NMEA0183協(xié)議作為其遵循的標準，因此在實(shí)現GPS與嵌入式Linux平臺之間的通信時(shí)，應先對NMEA0183協(xié)議有一定的了解。
(1)NMEA0183的通信參數．波特率：4800baud；數據位：8；奇偶校驗：無(wú)；停止位：1位．
(2)NMEA0183的報文格式．NMEA 0183協(xié)議報文的語(yǔ)句串(ASCII字符)格式全部信息如圖1．
$AAXXX ,ddd …… ,ddd *hh CR>LF>
圖1 NMEA0183的報文格式
圖1中具體內容：$為串頭，表示串開(kāi)始；AA為識別符；XXX為語(yǔ)句名；ddd...ddd為數據字段，字母或數字；*表示串尾；hh表示$與*之間所有字符代碼的校驗和；CR>為回車(chē)控制符；LF>為換行控制符．
在實(shí)際的GPS應用中，并不會(huì )用到NMEA的全部信息，而是根據具體的需要，從中選取有用的信息，忽略其余的信息內容．
例如：$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(yǔ)句為定位語(yǔ)句；“*”之前的內容為數據字段，“152252”為UTC24小時(shí)制的標準時(shí)間，格式為“時(shí)時(shí)/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(gè)警告，與衛星通信不正常；“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(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數據的采集
嵌入式Linux平臺下的GPS數據采集涉及到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(gè)簡(jiǎn)單的代碼段，實(shí)現GPS定位信息的獲?。?br />2.1 Linux串口通信
在Linux操作系統中，所有的設備都是被當作文件來(lái)進(jìn)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(lèi)推．
Linux下定義了一個(gè)查詢(xún)和操縱終端的標準接口，該接口被稱(chēng)為termios，在系統頭文件termios.h>中定義．它包括一個(gè)數據 結構和一系列操縱這些數據結構的函數組成．有關(guān)串口的所有參數配置都保存在接口termios的結構struct termios中，該結構定義如下：
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(lái)控制輸入處理選項的，它將影響到終端驅動(dòng)程序在把輸入發(fā)送給程序前是否對其進(jìn)行處理，及怎樣對其進(jìn)行處理．c_oflag成 員是用來(lái)控制輸出數據的處理，并決定在發(fā)送輸出數據到顯示屏和其他輸出設備之前，終端驅動(dòng)程序是否以及如何來(lái)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(lái)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)包含串口參數配置的數據結構之外，termios中還包含許多控制串口 特性的函數．其中基本的函數如：tcgetattr()和tcsetattr()．tcgetattr()用來(lái)初始化一個(gè)termios數據結構，之后可 使用其它的函數來(lái)操縱由tcgetattr()返回的數據結構．完成這些操作后，使用tcsetattr()來(lái)更新串口的設置．
其它對串口的打開(kāi)、關(guān)閉、讀取功能與其它的文件操作一致，使用open()、close()、read()函數完成．
在采集GPS數據的過(guò)程中，需對所讀取的數據進(jìn)行鑒別區分，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NMEA0183協(xié)議中規定的語(yǔ)句格式來(lái)進(jìn)行篩選．