嵌入式Linux平台的GPS數據採集研究

    隨著GPS(全球定位系統)和便攜移動設備的飛速發展，各種各樣以GPS為基礎的攜帶型定位系統相繼出現．嵌入式Linux以其開放性、安全性、健壯性和穩定性越來越成為各種便攜設備的主要開發平台，因此GPS模塊與嵌入式Linux平台之間的通信成了實現定位系統的基礎．
    GPS模塊與嵌入式Linux平台之間進行數據傳送，大多採用非同步串列傳送方式，GPS作為終端設備(DTE)與嵌入式平台之間通過RS-232C串列通信介面進行數據交換．因此，與GPS的數據通信在實現上即是LinuX下的串口編程，對於兩者之間的通信協議，可選的協議有很多種，而NMEA0183是目前普遍採用的一種。

1 NMEA0183通信協議
    NMEA0183是GPS數據的通信協議，GPS的通信協議有很多種，但目前絕大多數GPS模塊生產廠商都採用NMEA0183協議作為其遵循的標準，因此在實現GPS與嵌入式Linux平台之間的通信時，應先對NMEA0183協議有一定的了解。
(1)NMEA0183的通信參數．波特率：4800baud；數據位：8；奇偶校驗：無；停止位：1位．
(2)NMEA0183的報文格式．NMEA 0183協議報文的語句串(ASCII字元)格式全部信息如圖1．

2 GPS數據的採集
    嵌入式Linux平台下的GPS數據採集涉及到Linux串口編程技術，因此首先介紹Linux串口編程的相關知識，再給出一個簡單的代碼段，實現GPS定位信息的獲取．
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進行操作的，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，以此類推．
    Linux下定義了一個查詢和操縱終端的標準介面，該介面被稱為termios，在系統頭文件中定義．它包括一個數據結構和一系列操縱這些數據結構的函數組成．有關串口的所有參數配置都保存在介面termios的結構struct termios中，該結構定義如下：
struet termios
{
unsigned short c_iflag; /*輸入模式標誌*/
unsigned short c_oflag; /*輸出模式標誌*/
unsigned short c_cflag; /*控制模式標誌*/
unsigned short c_lflag; /本地模式標誌/
unsigned char c_line; /*控制協議*/
unsigned char c_cc[NCCS] /*控制字元*/
}
   其中的c_flag成員是用來控制輸入處理選項的，它將影響到終端驅動程序在把輸入發送給程序前是否對其進行處理，及怎樣對其進行處理．c_oflag成員是用來控制輸出數據的處理，並決定在發送輸出數據到顯示屏和其他輸出設備之前，終端驅動程序是否以及如何來處理它們．c_oflag用於存放各種決定終端設備硬體特性的控制標誌．存放在c_lflag中的本地模式標誌用來操縱這樣的一些終端特性，比如是否將輸入字元顯示到顯示屏上．c_cc包含了特殊字元序列的值，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()用來初始化一個termios數據結構，之後可使用其它的函數來操縱由tcgetattr()返回的數據結構．完成這些操作后，使用tcsetattr()來更新串口的設置．
    其它對串口的打開、關閉、讀取功能與其它的文件操作一致，使用open()、close()、read()函數完成．
    在採集GPS數據的過程中，需對所讀取的數據進行鑒別區分，只選取其中有用的信息進行處理而忽略其餘的信息，這需要根據NMEA0183協議中規定的語句格式來進行篩選．
2.2 GPs中定位信息的獲取舉例
    在嵌入式Linux系統中進行串口編程，讀取GPS數據的定位信息．
/*包含必要的頭文件*/
#include
#include
#include
#include
/*打開串口設備*/
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termios結構，其中，old_options用於保存原有的設備工作方式，new_options用於設置新的設備工作方式 */
tcgetattr(fd,&old_options) /*獲取當前設備方式*/
/*設置結構體new_options中的c_jflag、c_oflag、c_cflag、c_lflag和c_cc，再用cfsetispeed()和cfsetospeed()函數設置波特率 */
new_options.c_cflag &= PARENB; /*無奇偶校驗位*/
new_options.c_cflag &= CSIZE; /*不隱藏數據位*/
new_options.c_cflag &= CSTOPB; /*無停止位*/
new_options.c_cflag |=CS8; /*8位數據位*/
new_options.c_oflag=ICRNL; /*將輸出的CR轉換成NL*/
new_options.c_lflag=(ICANON | ECHO | ECHOE | SIG); /*選擇原始輸入模式，使輸入字元與接收到的字元相同*/
new_options.c_cc[VTIME]=10; /*設置超時計時器為10x0.1=1秒*/
new_options.c_ce[VMIN]=76; /*設置讀取的最小字元數為76個*/
cfsetispeed(&new_options,B4800); /*設置輸入波特率為4800*/
cfsetospeed(&new_options,B4800); /*設置輸出波特率為4800*/
tcflush(fd,TCIOFLUSH); /*丟棄隊列中尚未傳送或接收的數據*/
tcsetattr(fd,TCSANOW,&new_options); /*設置新的設備方式*/
/*完成終端的設置后，處理串口設備的GPS數據輸入，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，選取此語句內容，其餘忽略*/
{
/*檢驗校驗和，如果校驗和正確繼續，否則返回*/
if(buf[i]= ,){/*提取並分解各逗號間的數據並進行處理或發送至其它應用程序*/}
}
    以上代碼只是GPS輸出數據中定位信息提取的關鍵代碼，要完成進一步的完整功能還需編寫大量的代碼，這裡就不一一列出．

3 結束語
    GPS設備與嵌入式Linux平台之間的數據是實現嵌入式GIS定位功能的基礎，隨著基於嵌入式Linux的嵌入式GIS的應用日益廣泛，GPS數據的採集方法成為一項基礎性工作，本文針對GPS數據的採集，詳細分析了目前普遍採用的NMEA0183協議，並在此基礎上對嵌入式Linux環境下的GPS數據採集進行舉例分析．