基于uClinux的GPSOne/GPS雙定位信息接收

該函數允許進(jìn)程指示內核等待多個(gè)事件中的任一個(gè)發(fā)生，并僅在一個(gè)或多個(gè)事件發(fā)生或經(jīng)過(guò)某指定的時(shí)間后才喚醒進(jìn)程。該函數的第1個(gè)參數n表示文件描述符集合中最大值再加1；第2個(gè)參數readfds，表示可讀的文件描述符集合，用于查看是否有可讀取數據；第3個(gè)參數writefds表示可寫(xiě)的文件描述符集合，用于查看是否能寫(xiě)入數據；第4個(gè)參數exceptfds用于異?？刂?；最后一個(gè)參數timeout決定了select將會(huì )阻塞多久才把控制權移交給調用它的進(jìn)程。調用select之前，必須對此參數進(jìn)行初始化。若timeout值為0，則select直接返回0。此時(shí)I/O操作沒(méi)有等待就立即返回，相當于一種非阻塞I/O的調用。

在應用中，通常先調用select查看哪個(gè)I/O設備可讀/寫(xiě)。如果沒(méi)有可讀/寫(xiě)的設備，并且沒(méi)有設置超時(shí)返回功能，那么進(jìn)程將阻塞在select調用上；如果有，則select函數返回，緊接著(zhù)可通過(guò)測試參數readfds和writefds來(lái)確定哪個(gè)I/O設備可讀或能寫(xiě)，而后以非阻塞方式操作該I/O設備，從而實(shí)現期望功能。

在實(shí)現select應用的過(guò)程中，還會(huì )使用到這些select相關(guān)接口：

void FD_ZERO(fd_set *fdset);
　　void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);
　　void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);
　　int FD_ISSET(int fd

, fd_set *fdset);

其中，fd_set表示設備文件描述符集合，fd表示設備文件描述符。FD_ZERO函數用于清除設備文件描述符集合所有元素；FD_SET函數用于把某個(gè)文件描述符添加至文件描述符集合；FD_CLR函數用于從文件描述符集合中刪除某個(gè)文件描述符；而FD_ISSET用于檢測設備文件描述符集合的某個(gè)文件描述符是否有效，有效則表示該位對應的設備有數據可讀或可寫(xiě)。

4 輪詢(xún)檢測方法與select方法的比較

4.1 輪詢(xún)檢測方法

輪詢(xún)檢測方法是指對串口進(jìn)行非阻塞的讀寫(xiě)操作。當操作未成功時(shí)，讓進(jìn)程或線(xiàn)程掛起一段時(shí)間，然后再使用非阻塞調用來(lái)重新查詢(xún)串口是否有可讀/寫(xiě)數據。用此方法，相當于系統不斷地對接收或者發(fā)送操作的執行結果進(jìn)行探測，直到把數據發(fā)出去或者接收完成定量的數據，才退出此輪詢(xún)循環(huán)。而對于接收與發(fā)送不確定哪個(gè)時(shí)刻會(huì )到達的情況，即隨機性比較高的讀/寫(xiě)操作，采用輪詢(xún)方法會(huì )造成CPU資源浪費。如果輪詢(xún)頻率過(guò)低，則會(huì )使系統少接收一部分數據或接收過(guò)慢；反之，則接收方會(huì )因為等待太久而不能接收更多新的數據。輪詢(xún)頻率過(guò)高的情況，會(huì )讓CPU過(guò)度頻繁地查詢(xún)串口狀態(tài)，造成過(guò)多的耗用CPU執行周期，降低其利用率。

4.2 select機制能充分利用系統時(shí)間的原因

與頻繁調用非阻塞讀寫(xiě)函數來(lái)輪詢(xún)監聽(tīng)I/O的方法相比， select調用允許用戶(hù)把進(jìn)程本身掛起來(lái)，同時(shí)使系統內核監聽(tīng)所要求的一組文件描述符的任何活動(dòng)。只要確認在任何被監控的文件描述符上出現活動(dòng)，select調用將返回指示該設備文件已經(jīng)準備好的信息。這樣就使進(jìn)程能相對實(shí)時(shí)地監測到I/O設備上隨機的變化，而不必由進(jìn)程本身去探測輸入數據是否準備好。

5 利用select I/O的機制實(shí)現GPS與GPSOne數據的接收

本文提出的基于GPS與GPSOne信號的雙定位的解決方案，即對系統兩個(gè)串口定位信號的監聽(tīng)與處理，充分利用uClinux下基于Select的I/O復用機制，更利于較復雜系統的控制和管理。

方案實(shí)現的程序流程如圖4所示。

　　
以下代碼為使用Select I/O機制接收GPS信息和GPSOne信息的軟件實(shí)現：

int Maxfd = fd_gps>fd_gpsOne? fd_gps: fd_gpsOne;//得到串口描述符中較大的一個(gè)
　　struct timeval tv;//定義超時(shí)控制結構
　　fd_set fds; //文件描述符集合變量
　　tv.tv_sec = 5;//設定超時(shí)值 5 s
　　tv.tv_usec = 0;
　　while(1){//通過(guò)GPSOne串口，發(fā)送GPSOne定位請求
　　　　Rt = send_port (fd_gpsone, "AT+GPSSTRTr", strlen("AT+GPSSTRTr");
　　　　if (Rt) == -1)
　　　　　　printf("Error happened!");
　　　　FD_ZERO (&fds);//初始化文件描述符集合
　　　　FD_SET(*fd_gps, &fds);//設置文件描述符集合的相應位
　　　　FD_SET(fd_gpsOne, &fds);//使用select，讓內核開(kāi)
始監聽(tīng)GPSOne和GPS串口設備
　　　　fd_sel = select((Maxfd)+1, &fds_gps, NULL, NULL, &tv);
　　　　if (fd_sel < 0){
　　　　　　printf("Error happened while receiving gps data.n");}
　　　　else if (FD_ISSET(*fd_gps, &fds)){//若GPS串口設備有數據可讀
　　　　　　recv_len = recv_port(fd_gps, buf, 254);
　　　　　　if (recv_len > 0){
　　　　　　　　memcpy (gps_info, buf, recv_len)

;//信息保存到
　　　　　　　　gps_info數組中g(shù)ps_info_process(gps_info);//解析定位信息處理
　　　　　　}
　　　　}
　　　　else if (FD_ISSET(*fd_gpsOne, &fds)){//若GPSOne串口設備有數據可讀
　　　　　　recv_len = recv_port(*fd_gpsOne, buf, 254);
　　　　　　if (recv_len > 0){memcpy (gpsOne_info, buf, recv_len);
//信息保存到gpsOne_info數組中
　　　　　　gpsOne_info_process(gpsOne_info);//解析定位信息處理
　　　　　　}
　　　　}
　　　　sleep(1);
　　}

6 設計總結

本文詳細說(shuō)明了串口編程的基本方法和步驟，并提出一種基于select的I/O復用機制處理多個(gè)串口信息的方案，同時(shí)給出這種方案的具體實(shí)現。此方案具有較高的可靠性，保證了多個(gè)串口的信息可以很好地被接收和處理，而且不相互干擾，利于系統更好地管理多個(gè)文件設備。特別是在數據采集和數據傳輸領(lǐng)域中，select利用內核同時(shí)監聽(tīng)多個(gè)設備描述符機制，可以被廣泛地應用于嵌入式系統多路I/O采集的設計中。

參考文獻

[1] Kurt Wall. GNU/Linux編程指南[M].張輝，譯. 北京：清華大學(xué)出版社,2005.
[2] Richard Stevens W. UNIX網(wǎng)絡(luò )編程[M]. 第2版. 第1卷