GPS是英文Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）的簡(jiǎn)稱,，而其中文簡(jiǎn)稱為"球位系".GPS是20世紀(jì)70年代由美國(guó)陸海空三軍聯(lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) .其主要目的是為陸,、海,、空三大領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、 全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù),，并用于情報(bào)收集,、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，是美國(guó)獨(dú)霸全球戰(zhàn)略的重要組成,。在機(jī)械領(lǐng)域GPS則有另外一種含義：產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（Geometrical Product Specifications）-簡(jiǎn)稱GPS.由于GPS技術(shù)所具有的全天候,、高精度和自動(dòng)測(cè)量的特點(diǎn)，作為先進(jìn)的測(cè)量手段和新的生產(chǎn)力,，已經(jīng)融入了國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè),、國(guó)防建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。如何設(shè)計(jì)一個(gè)帶有GPS功能的移動(dòng)設(shè)備,，實(shí)現(xiàn)對(duì)GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)的接收和解碼,，已經(jīng)是現(xiàn)在CPS應(yīng)用的熱點(diǎn)。

　　1 開發(fā)平臺(tái)

　　1．1 軟件平臺(tái)

　　為適應(yīng)大多數(shù)Windows用戶的使用習(xí)慣，我們?cè)O(shè)定移動(dòng)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境為嵌入式操作系統(tǒng)Windows CE 5．0,，開發(fā)過程在Windows XP操作系統(tǒng)下進(jìn)行,。開發(fā)軟件為Visual Studio 2005，編程語(yǔ)言為C++,。VS2005是Windows操作系統(tǒng)下的一套完整的開發(fā)工具,，用于生成ASP Web應(yīng)用程序、XML Web services,、桌面應(yīng)用程序和移動(dòng)應(yīng)用程序,。通過使用這些工具和．NETFramework精簡(jiǎn)版，可以在個(gè)人數(shù)字助理(PDA),、移動(dòng)電話和其他資源受約束的設(shè)備中,，創(chuàng)建、生成,、調(diào)試和部署在．NET Framework精簡(jiǎn)版上運(yùn)行的應(yīng)用程序,。

　　WindowsCE是微軟公司嵌入式、移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)的基礎(chǔ),，它是一個(gè)開放的,、可升級(jí)的32位嵌入式操作系統(tǒng)，是基于掌上型電腦類的電子設(shè)備操作系統(tǒng),，它是精簡(jiǎn)的Windows 95,Windows CE的圖形用戶界面相當(dāng)出色,。Windows CE 被設(shè)計(jì)成針對(duì)小型設(shè)備（它是典型的擁有有限內(nèi)存的無磁盤系統(tǒng)）的通用操作系統(tǒng)，Windows CE 可以通過設(shè)計(jì)一層位于內(nèi)核和硬件之間代碼來用設(shè)定硬件平臺(tái),，這即是眾所周知的硬件抽象層（HAL）（在以前解釋時(shí),，這被稱為 OEMC （原始設(shè)備制造）適應(yīng)層，即 OAL; 內(nèi)核壓縮層,，即 KAL. 以免與微軟的 Windows NT 操作系統(tǒng) HAL 混淆） .

　　1．2 硬件平臺(tái)

　　1．2．1 嵌入式開發(fā)板

　　由于設(shè)定移動(dòng)設(shè)備使用的運(yùn)行環(huán)境為WINCE 5．0,，過程中需要處理大量的數(shù)據(jù)，所以對(duì)開發(fā)板要求較高,。目前WinCE 5．0支持的處理器主要有ARM,、X86、PowerPC,、MIPS等,，其中ARM是近年來在嵌入式系統(tǒng)中很有影響力的微處理器架構(gòu)?？紤]到本系統(tǒng)移動(dòng)終端的體積、功耗,、成本等因素,，最后決定選用arm內(nèi)核的處理器，開發(fā)板為光嵌公司的GEC2440，主要參數(shù)如表l所示,。

　　1．2．2 GPS接收模塊

　　GPS接收模塊負(fù)責(zé)接收GPS射頻信號(hào),，將信號(hào)下變頻和解調(diào)，輸出標(biāo)準(zhǔn)的串口信號(hào)供處理器進(jìn)行下一步處理,。本設(shè)計(jì)中用到的GPS接收模塊為L(zhǎng)evave公司的GPS-R36-AT模塊,，性能參數(shù)如表2所示。該接收模塊主要包含基帶芯片和射頻芯片,，采用了SIRF III模塊,，整合片狀陶瓷芯片，無需外加天線,，接收C／A碼衛(wèi)星信號(hào),，輸出的信號(hào)為NMEA0183協(xié)議數(shù)據(jù)，通過串口與主設(shè)備進(jìn)行通信,。

　　2 整體設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)主要依照GPS數(shù)據(jù)信號(hào)的流向來進(jìn)行,。GPS數(shù)據(jù)信號(hào)通過串口讀入到開發(fā)板主程序，然后經(jīng)過對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行解碼獲得當(dāng)前位置的經(jīng)緯度信息,，再在經(jīng)緯度數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢獲得當(dāng)前位置的地名,，整個(gè)過程由觸摸屏進(jìn)行顯示，并通過觸摸屏完成人機(jī)交互,。

　　2．1 串口驅(qū)動(dòng)

　　Microsoft eMbedded Tools封裝了Windows API函數(shù),，便于Windows CE應(yīng)用程序的開發(fā)。在Windows CE中,，所有的設(shè)備都被看成是文件,。串口通信可以像訪問普通文件那樣通過API通信函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)的虛擬驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)執(zhí)行特定的工作,。在Windows CE下串行端口被視為用于打開,、關(guān)閉、讀寫串行端口的常規(guī)可安裝的流設(shè)備,，是串行設(shè)備接口的常規(guī)I／O驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用和與通信相關(guān)的具體函數(shù)的結(jié)合,。Windows CE的通信函數(shù)和其它大多數(shù)Windows的通信函數(shù)相似，值得注意的是,，Windows CE不支持直接對(duì)串行端口的寄存器進(jìn)行編程,。

　　2．1．1 打開和關(guān)閉串口

　　CreateFile函數(shù)用于打開串行口。m_hDSComm=CreateFile(_T("COM2：")),，GENER2IC_READ|GENER IC_WR ITE,，0，NULL,，OPEN_EXISTIN-G,，0,NULL),。注意COM2后面要有一個(gè)冒號(hào)。第三個(gè)參數(shù)dwShareMode也必須為O,，通信端口不能像文件一樣被共享,。最后一個(gè)參數(shù)dwFlagsAnd-Attributes必須為0，因?yàn)閃indows CE只支持非重疊I／O,。這個(gè)函數(shù)的返回值是已打開的串行端口的句柄或者是INVALLD_HANDLE_VALUE,。關(guān)閉串口可以調(diào)用CloseHandle(m_hDSComm)。

　　2．1．2 串口參數(shù)設(shè)置

　　串口設(shè)置主要是用DCB構(gòu)配置端口設(shè)置,，包括波特率,、停止位、數(shù)據(jù)位長(zhǎng)度,、校驗(yàn)位,、流量控制和超時(shí)值等等。首先打開串行端口,，用GetCommState函數(shù)獲得當(dāng)前打開的串口配置,，然后根據(jù)需要修改DCB成員，最后用SetCommState函數(shù)設(shè)置新的串口配置,。

　　2．1．3 設(shè)置緩沖區(qū)大小和超時(shí)

　　對(duì)串口來說,，必須設(shè)置超時(shí)值，否則程序可能陷入到一個(gè)循環(huán)來等待來自串口的字符,。這對(duì)采用WindowsCE的設(shè)備來說,，將大大減少設(shè)備電池的使用時(shí)間，所以超時(shí)值是必須配置的,。另外一種解決辦法就是采用多線程,。通常，配置超時(shí)值和配置串口類似,。首先用GetCommTi-meouts函數(shù)獲得當(dāng)前串口的超時(shí)值,，然后修改COM2MTIMEOUTS成員，最后用SetCommTimeouts函數(shù)設(shè)定超時(shí)值,。

　　2．1．4 讀寫串口

　　利用ReadFile和WriteFile函數(shù)讀寫串口,。需要注意的是Windows CE不支持重疊I／O，所以如果在主線程進(jìn)行大量讀寫串口操作時(shí),，有可能使整個(gè)程序陷入緩慢的串口等待中去,，因此一般都采用多線程來進(jìn)行讀寫串口操作。

　　2．2 GPS數(shù)據(jù)處理

　　GPS數(shù)據(jù)處理模塊的設(shè)計(jì)方案如圖1所示,。GPS接收模塊通過串口2將定位數(shù)據(jù)(NMEA0183 Ver2．0)傳給開發(fā)板,，然后應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理。在VS2005中,，直接利用串口通信方法將定位數(shù)據(jù)讀入,，接著進(jìn)行定位數(shù)據(jù)的分類,，并提取出所需要的信息，同時(shí)將這些有用的信息傳給主應(yīng)用程序,，主應(yīng)用程序再將GPS接收模塊的控制信息整理成NEMA0183 VER2．0語(yǔ)句。

　　2．3 信號(hào)接收與處理

　　GPS接收到位置信號(hào)后,，系統(tǒng)將對(duì)GPS的定位信息進(jìn)行分解并提取出有用數(shù)據(jù),。GPS信號(hào)接收和處理的過程是：通過串口2將GPS輸出的數(shù)據(jù)傳遞給開發(fā)板，開發(fā)板主程序獲得目標(biāo)當(dāng)前的位置(經(jīng)緯度坐標(biāo)),，將接收機(jī)獲得的GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行分解,，從中得到目標(biāo)當(dāng)前的位置和格林威治時(shí)間(該時(shí)間加上8小時(shí)即為我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間)，再將當(dāng)前位置在經(jīng)緯度數(shù)據(jù)庫(kù)查詢,，獲得當(dāng)前的具體地點(diǎn)名,。

　　經(jīng)緯度隨著開發(fā)板的移動(dòng)是不斷變化的，在控件顯示時(shí)要設(shè)定一個(gè)TIMER來更新值,，本程序設(shè)置的是1s,，如果在實(shí)際應(yīng)用中移動(dòng)速度非常快的話可以把TIMER更新值設(shè)得更小,。

　　2．4 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)采用三星TFT顯示屏,，分辨率為420×272。人機(jī)界面基本功能包括串口選擇控件,、波特率選擇控件,、經(jīng)緯度顯示框、地點(diǎn)顯示框,、“搜星”按鈕,、“地點(diǎn)查詢”按鈕、文本框等,，具體交互界面設(shè)計(jì)如圖2所示,。串口和波特率兩個(gè)控件為串口選擇和波特率的選擇，其中串口選擇控件提供串口l和串口2進(jìn)行選擇,；波特率控件提供有三種設(shè)置,，分別為4800、9600,、19200,。“搜星”按鈕為打開對(duì)應(yīng)串口，開始從GPS接收模塊接收數(shù)據(jù),。“地點(diǎn)查詢”按鈕用來顯示當(dāng)?shù)氐膶?shí)際地點(diǎn)名,，當(dāng)搜到星后，按這個(gè)按鈕,，通過查詢經(jīng)緯度數(shù)據(jù)庫(kù),，就可以查到對(duì)應(yīng)地名,。最下面的文本框顯示原始的數(shù)據(jù)流。

　　人機(jī)界面（Human–Machine Interaction,簡(jiǎn)稱HMI）,，是人與計(jì)算機(jī)之間傳遞,、交換信息的媒介和對(duì)話接口，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分,。是指人和機(jī)器在信息交換和功能上接觸或互相影響的領(lǐng)域或稱界面所說人機(jī)結(jié)合面,，信息交換，功能接觸或互相影響,，指人和機(jī)器的硬接觸和軟觸,，此結(jié)合面不僅包括點(diǎn)線面的直接接觸，還包括遠(yuǎn)距離的信息傳遞與控制的作用空間,。人機(jī)結(jié)合面是人機(jī)系統(tǒng)中的中心一環(huán)節(jié),，主要由安全工程學(xué)的分支學(xué)科安全人機(jī)工程學(xué)去研究和提出解決的依據(jù)，并過安全工程設(shè)備工程學(xué),，安全管理工程學(xué)以及安全系統(tǒng)工程學(xué)去研究具體的解決方法手段措施安全人機(jī)學(xué),。

　　3 操作系統(tǒng)移植

　　WinCE 5．0操作系統(tǒng)的移植主要是基于硬件平臺(tái)進(jìn)行BSP開發(fā)。BSP是基于WinCE 5．0平臺(tái)系統(tǒng)的主要部分,，它主要由一些源文件和二進(jìn)制文件組成,，又稱主板支持軟件包，它是一個(gè)主要由包含啟動(dòng)程序(bootloader),、OEM適配層程序(OAL)相關(guān)硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序的軟件包,，另外還可以把上層的應(yīng)用也放到BSP中。在BSP內(nèi)部,，通過OAL鏈接到系統(tǒng)核心,，而驅(qū)動(dòng)程序和系統(tǒng)配置文件是與OAL層相互關(guān)聯(lián)來完成驅(qū)動(dòng)設(shè)備和配置系統(tǒng)的功能。在BSP外部,，我們可以看到一個(gè)建立在硬件平臺(tái)上的主板支持包,。在開發(fā)過程中可以利用開發(fā)板運(yùn)營(yíng)商提供的BSP包進(jìn)行操作系統(tǒng)的定制，定制完成后固化到Nandflash中,。

　　4 測(cè)試

　　因?yàn)殚_發(fā)板的串口2直接與GPS接收模塊的串口相連,，所以串口設(shè)置選擇串口2。波特率應(yīng)與GPS接收模塊匹配,，設(shè)置為4800,。GPS模塊為上電即啟動(dòng)，并且不能關(guān)閉,，所以點(diǎn)擊“搜星”按鈕即可接收數(shù)據(jù),。啟動(dòng)“搜星”按鈕后1min左右，就能顯示正確的經(jīng)緯度,。點(diǎn)擊“地點(diǎn)查詢”按鈕,，能正確顯示地點(diǎn)信息,。最下面的文本框可以顯示原始的數(shù)據(jù)流。測(cè)試時(shí)實(shí)拍的照片如圖2所示,。

　　5 總結(jié)

　　文章以VS2005為軟件平臺(tái),，利用基于arm處理器的WinCE 5．0嵌入式開發(fā)平臺(tái)和GPS接收模塊，通過合理使用串口通信,，實(shí)現(xiàn)了GPS數(shù)據(jù)信號(hào)的接收與解碼,，并利用觸摸屏進(jìn)行顯示，已基本具備GPS移動(dòng)設(shè)備的雛形,。