嵌入式Linux中GPS信息读取与处理

GPS协议概要

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GPS模块使用的是NMEA-0183 协议，NMEA-0183 是美国国家海洋电子协会(National MarineElectronics Association)所指定的标准规格，这一标准制订所有航海电子仪器间的通讯标准，其中包含传输资料的格式以及传输资料的通讯协议。所以通常情况下，只需要通过串口读取信息，通过字符串解析的方式把需要的数据分离出来就可以得到GPS数据。

具体的协议内容可以参见本文附录的参考资料，在具体的的字符串解析中，实际只需要解析$GPGGA、$GPRMC两个语句即可获得我们所需要的全部内容，包括经纬度，时间，搜星状态，卫星数量，高度，速度以及其他信号等，不同数据之间在获取的字符串中是使用逗号隔开的，而相对位置固定，因此整体的思路就是读取字符串，通过逗号位置判别对应数据，实现读取分析。

http://emouse.cnblogs.com/ 博客文章，转载注明出处。

嵌入式Linux串口编程

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作为数据读取分析的基本，嵌入式linux的串口编程就是基础中的基础了，串口的设置主要是设置struct termios结构体的各成员值。termios是在POSIX规范中定义的标准接口，表示终端设备（包括虚拟终端、串口等）。口是一种终端设备，一般通过终端编程接口对其进行配置和控制。在具体讲解串口相关编程之前，先了解一下终端相关知识。
      终端有3种工作模式，分别为规范模式（canonical mode）、非规范模式（non-canonical mode）和原始模式（raw mode）。通过在termios结构的c_lflag中设置ICANNON标志来定义终端是以规范模式（设置ICANNON标志）还是以非规范模式（清除ICANNON标志）工作，默认情况为规范模式。

在规范模式下，所有的输入是基于行进行处理。在用户输入一个行结束符（回车符、EOF等）之前，系统调用read()函数读不到用户输入的任何字符。除了EOF之外的行结束符（回车符等）与普通字符一样会被read()函数读取到缓冲区之中。在规范模式中，行编辑是可行的，而且一次调用read()函数最多只能读取一行数据。如果在read()函数中被请求读取的数据字节数小于当前行可读取的字节数，则read()函数只会读取被请求的字节数，剩下的字节下次再被读取。 

在非规范模式下，所有的输入是即时有效的，不需要用户另外输入行结束符，而且不可进行行编辑。在非规范模式下，对参数MIN（c_cc[VMIN]）和TIME（c_cc[VTIME]）的设置决定read()函数的调用方式。设置可以有4种不同的情况。

1. MIN = 0和TIME = 0：read()函数立即返回。若有可读数据，则读取数据并返回被读取的字节数，否则读取失败并返回0。
2. MIN > 0和TIME = 0：read()函数会被阻塞直到MIN个字节数据可被读取。
3. MIN = 0和TIME > 0：只要有数据可读或者经过TIME个十分之一秒的时间，read()函数则立即返回，返回值为被读取的字节数。如果超时并且未读到数据，则read()函数返回0。
4. MIN > 0和TIME > 0：当有MIN个字节可读或者两个输入字符之间的时间间隔超过TIME个十分之一秒时，read()函数才返回。因为在输入第一个字符之后系统才会启动定时器，所以在这种情况下，read()函数至少读取一个字节之后才返回。

按照严格意义来讲，原始模式是一种特殊的非规范模式。在原始模式下，所有的输入数据以字节为单位被处理。在这个模式下，终端是不可回显的，而且所有特定的终端输入/输出控制处理不可用。通过调用cfmakeraw()函数可以将终端设置为原始模式，而且该函数通过以下代码可以得到实现。

编程实现

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实现环境Qt

这段程序为自行修改，实际测试通过，完成了串口配置和数据处理功能，可以直接解析获得GPS相关参数。

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/signal.h>
#include "string.h"
#include "gps.h"
#include <termios.h>
#include <QtCore/QDebug>

gps::gps()
{
    baud=4800;
    GpsName=NULL;
    Gpsfd=0;
    for(int i=0;i<1024;i++)
    {
        GPS_BUF[i]=0;
    }

    GPS = new GPS_INFO;
    memset(GPS,0,sizeof(GPS_INFO));
}

gps::~gps()
{
    delete GPS;
    closeGpsDev();
    tcsetattr(Gpsfd,TCSANOW,&oldtio); /* restore old modem setings */
    tcsetattr(0,TCSANOW,&oldstdtio); /* restore old tty setings */
}


////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//解释gps发出的数据
//0      7  0   4 6   0     6 8 0        90         0  3      0        9
//$GPRMC,091400,A,3958.9870,N,11620.3278,E,000.0,000.0,120302,005.6,W*62
//$GPGGA,091400,3958.9870,N,11620.3278,E,1,03,1.9,114.2,M,-8.3,M,,*5E
void gps::gps_parse()
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
{
    int tmp;
    char c;


    c = GPS_BUF[5];
    if(c=='C')
    {
        //"GPRMC"
        GPS->D.hour   =(GPS_BUF[ 7]-'0')*10+(GPS_BUF[ 8]-'0');
        GPS->D.minute =(GPS_BUF[ 9]-'0')*10+(GPS_BUF[10]-'0');
        GPS->D.second =(GPS_BUF[11]-'0')*10+(GPS_BUF[12]-'0');
        tmp = GetComma(9,GPS_BUF);
        GPS->D.day    =(GPS_BUF[tmp+0]-'0')*10+(GPS_BUF[tmp+1]-'0');
        GPS->D.month  =(GPS_BUF[tmp+2]-'0')*10+(GPS_BUF[tmp+3]-'0');
        GPS->D.year   =(GPS_BUF[tmp+4]-'0')*10+(GPS_BUF[tmp+5]-'0')+2000;

        GPS->status      = GPS_BUF[GetComma(2,GPS_BUF)];
        GPS->latitude = get_locate(get_double_number(&GPS_BUF[GetComma(3,GPS_BUF)]));
        GPS->NS       = GPS_BUF[GetComma(4,GPS_BUF)];
        GPS->longitude= get_locate(get_double_number(&GPS_BUF[GetComma(5,GPS_BUF)]));
        GPS->EW       = GPS_BUF[GetComma(6,GPS_BUF)];
        GPS->speed    = get_double_number(&GPS_BUF[GetComma(7,GPS_BUF)]);
        UTC2BTC(&GPS->D);

    }

    if(c=='A')
    {
        //"$GPGGA"
        GPS->high     = get_double_number(&GPS_BUF[GetComma(9,GPS_BUF)]);
    }



 }


//将获取文本信息转换为double型

double gps::get_double_number(char *s)
{
    char buf[128];
    int i;
    double rev;
    i=GetComma(1,s);
    strncpy(buf,s,i);
    buf[i]=0;
    rev=atof(buf);

    return rev;
}

double gps::get_locate(double temp)
{
    int m;
    double  n;
    m=(int)temp/100;
    n=(temp-m*100)/60;
    n=n+m;
    return n;

}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//得到指定序号的逗号位置
int gps::GetComma(int num,char *str)
{
    int i,j=0;
    int len=strlen(str);
    for(i=0;i<len;i++)
    {
        if(str[i]==',')
        {
             j++;
        }

        if(j==num)
            return i+1;
    }
    return 0;
}


////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//将世界时转换为北京时
void gps::UTC2BTC(date_time *GPS)
{

//***************************************************
//如果秒号先出,再出时间数据,则将时间数据+1秒
        GPS->second++; //加一秒
        if(GPS->second>59){
            GPS->second=0;
            GPS->minute++;
            if(GPS->minute>59){
                GPS->minute=0;
                GPS->hour++;
            }
        }

//***************************************************
        GPS->hour+=8;
        if(GPS->hour>23)
        {
            GPS->hour-=24;
            GPS->day+=1;
            if(GPS->month==2 ||
                    GPS->month==4 ||
                    GPS->month==6 ||
                    GPS->month==9 ||
                    GPS->month==11 ){
                if(GPS->day>30){
                    GPS->day=1;
                    GPS->month++;
                }
            }
            else{
                if(GPS->day>31){
                    GPS->day=1;
                    GPS->month++;
                }
            }
            if(GPS->year % 4 == 0 ){//
                if(GPS->day > 29 && GPS->month ==2){
                    GPS->day=1;
                    GPS->month++;
                }
            }
            else{
                if(GPS->day>28 && GPS->month ==2){
                    GPS->day=1;
                    GPS->month++;
                }
            }
            if(GPS->month>12){
                GPS->month-=12;
                GPS->year++;
            }
        }
}


void gps::receive(void)
{
    int i=0;
    char c;
    char buf[1024];
    volatile bool t=true;

    for(int i=0;i<1024;i++)
    {
        GPS_BUF[i]='\0';
    }

    while (t)
    {
        if(read(Gpsfd,&c,1) < 0 )
        {
            qDebug()<<"read Gpsdev error!";
            return ;
        }

        buf[i++] = c;
        if(c == '\n')
        {
            strncpy(GPS_BUF,buf,i);
            i=0;
            t=false;
        }

     }
}

int gps::openGpsDev()
{

    Gpsfd = open("/dev/ttySAC1",O_RDWR);

    if (Gpsfd < 0)
    {
        qDebug()<<"Cannot open gps device"<<endl;
        close(Gpsfd);
        return -1;
    }
    qDebug()<<"open gps device OK!"<<endl;
    return Gpsfd;
}
int gps::closeGpsDev()
{
    close(Gpsfd);
    qDebug()<<"close gps device OK!"<<endl;
    return 0;
}

int gps::initGpsDev()
{

    set_opt(Gpsfd,4800,8,'N',1);
    return 0;

}
void gps::readGpsDev(void)
{
    receive();
    gps_parse();
    int lat=(int)(GPS->latitude*10000);
    int lon=(int)(GPS->longitude*10000);

//    qDebug()<<"gps"<<"lat="<<lat<<endl;
//    qDebug()<<"gps"<<"lon="<<lon<<endl;
}
int gps::set_opt(int fd,int nSpeed, int nBits, char nEvent, int nStop)
{
    struct termios newtio,oldtio;
    if  ( tcgetattr( fd,&oldtio)  !=  0)
    {
        perror("SetupSerial 1");
        return -1;
    }
    bzero( &newtio, sizeof( newtio ) );
    newtio.c_cflag  |=  CLOCAL | CREAD;
    newtio.c_cflag &= ~CSIZE;

    switch( nBits )
    {
    case 7:
        newtio.c_cflag |= CS7;
        break;
    case 8:
        newtio.c_cflag |= CS8;
        break;
    }

    switch( nEvent )
    {
    case 'O':                     //奇校验
        newtio.c_cflag |= PARENB;
        newtio.c_cflag |= PARODD;
        newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP);
        break;
    case 'E':                     //偶校验
        newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP);
        newtio.c_cflag |= PARENB;
        newtio.c_cflag &= ~PARODD;
        break;
    case 'N':                    //无校验
        newtio.c_cflag &= ~PARENB;
        break;
    }

switch( nSpeed )
    {
    case 2400:
        cfsetispeed(&newtio, B2400);
        cfsetospeed(&newtio, B2400);
        break;
    case 4800:
        cfsetispeed(&newtio, B4800);
        cfsetospeed(&newtio, B4800);
        break;
    case 9600:
        cfsetispeed(&newtio, B9600);
        cfsetospeed(&newtio, B9600);
        break;
    case 115200:
        cfsetispeed(&newtio, B115200);
        cfsetospeed(&newtio, B115200);
        break;
    default:
        cfsetispeed(&newtio, B9600);
        cfsetospeed(&newtio, B9600);
        break;
    }
    if( nStop == 1 )
    {
        newtio.c_cflag &=  ~CSTOPB;
    }
    else if ( nStop == 2 )
    {
        newtio.c_cflag |=  CSTOPB;
    }
    newtio.c_cc[VTIME]  = 0;
    newtio.c_cc[VMIN] = 0;
    tcflush(fd,TCIFLUSH);
    if((tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio))!=0)
    {
        qDebug()<<"com set error"<<endl;
        return -1;
    }
    qDebug()<<"set done!"<<endl;
    return 0;
}

参考资料

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