GPS" title="GPS">GPS即全球定位系統(tǒng),，由美國從上世紀70年代開始研制，歷時20年,，耗資200億美元,，于1994年全面建成,，具有在海,、陸,、空進行全方位實時三維導航與定位的能力。近年來隨著GPS的不斷改進,，硬,、軟件的不斷完善，應用領(lǐng)域正在不斷展開,，目前已遍及國民經(jīng)濟各種部門,，并開始逐步深入人們的日常生活。如何設(shè)計一個帶有GPS功能的移動設(shè)備,，實現(xiàn)對GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)的接收和解碼,，已經(jīng)是現(xiàn)在CPS應用的熱點。
1 開發(fā)平臺
1．1 軟件平臺
為適應大多數(shù)Windows用戶的使用習慣,，我們設(shè)定移動設(shè)備運行環(huán)境為嵌入式操作系統(tǒng)Windows CE" title="Windows CE">Windows CE 5．0(簡稱WinCE 5．0),，開發(fā)過程在Windows XP操作系統(tǒng)下進行。開發(fā)軟件為Visual Studio 2005(簡稱VS2005),，編程語言為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應用程序,、XML Web services,、桌面應用程序和移動應用程序。通過使用這些工具和．NETFramework精簡版(．NET Framework的子集),，可以在個人數(shù)字助理(PDA),、移動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精簡版上運行的應用程序。
1．2 硬件平臺
1．2．1 嵌入式開發(fā)板
由于設(shè)定移動設(shè)備使用的運行環(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),，在同等處理器主頻下，ARM內(nèi)核的芯片面積最小,，功耗最低,，價格也最低廉,，在性能、技術(shù)指標,、軟件支持工具,、內(nèi)置調(diào)試工具和開發(fā)資料等方面都有優(yōu)勢?？紤]到本系統(tǒng)移動終端的體積,、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接收模塊負責接收GPS射頻信號,，將信號下變頻和解調(diào)，輸出標準的串口信號供處理器進行下一步處理,。本設(shè)計中用到的GPS接收模塊為Levave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,，輸出的信號為NMEA0183協(xié)議數(shù)據(jù)，通過串口與主設(shè)備進行通信,。
2 整體設(shè)計
設(shè)計主要依照GPS數(shù)據(jù)信號的流向來進行,。GPS數(shù)據(jù)信號通過串口讀入到開發(fā)板主程序，然后經(jīng)過對數(shù)據(jù)信號進行解碼獲得當前位置的經(jīng)緯度信息,，再在經(jīng)緯度數(shù)據(jù)庫中查詢獲得當前位置的地名,，整個過程由觸摸屏進行顯示，并通過觸摸屏完成人機交互,。
2．1 串口驅(qū)動
Microsoft eMbedded Tools封裝了Windows API函數(shù),，便于Windows CE應用程序的開發(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)來實現(xiàn)，系統(tǒng)的虛擬驅(qū)動程序負責執(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不支持直接對串行端口的寄存器進行編程,。
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后面要有一個冒號,。第三個參數(shù)dwShareMode也必須為O,，通信端口不能像文件一樣被共享。最后一個參數(shù)dwFlagsAnd-Attributes必須為0,，因為Windows CE只支持非重疊I／O,。這個函數(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)位長度,、校驗位、流量控制和超時值等等,。首先打開串行端口,，用GetCommState函數(shù)獲得當前打開的串口配置，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
對串口來說，必須設(shè)置超時值,，否則程序可能陷入到一個循環(huán)來等待來自串口的字符,。這對采用WindowsCE的設(shè)備來說，將大大減少設(shè)備電池的使用時間,，所以超時值是必須配置的,。另外一種解決辦法就是采用多線程。通常,，配置超時值和配置串口類似,。首先用GetCommTi-meouts函數(shù)獲得當前串口的超時值，然后修改COM2MTIMEOUTS成員,，最后用SetCommTimeouts函數(shù)設(shè)定超時值,。
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行大量讀寫串口操作時,，有可能使整個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,，然后應用程序?qū)?shù)據(jù)進行處理。在VS2005中,，直接利用串口通信方法將定位數(shù)據(jù)讀入,，接著進行定位數(shù)據(jù)的分類，并提取出所需要的信息,，同時將這些有用的信息傳給主應用程序,，主應用程序再將GPS接收模塊的控制信息整理成NEMA0183 VER2．0語句。
2．3 信號接收與處理
GPS接收到位置信號后,，系統(tǒng)將對GPS的定位信息進行分解并提取出有用數(shù)據(jù),。GPS信號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)板主程序獲得目標當前的位置(經(jīng)緯度坐標),，將接收機獲得的GPS數(shù)據(jù)進行分解,，從中得到目標當前的位置和格林威治時間(該時間加上8小時即為我國標準時間)，再將當前位置在經(jīng)緯度數(shù)據(jù)庫查詢,，獲得當前的具體地點名,。
經(jīng)緯度隨著開發(fā)板的移動是不斷變化的，在控件顯示時要設(shè)定一個
2．4 人機界面設(shè)計
系統(tǒng)采用三星TFT顯示屏,，分辨率為420×272。人機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、地點顯示框,、“搜星”按鈕,、“地點查詢”按鈕、文本框等,，具體交互界面設(shè)計如圖2所示,。串口和波特率兩個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”按鈕為打開對應串口,，開始從GPS接收模塊接收數(shù)據(jù)。“地點查詢”按鈕用來顯示當?shù)氐膶嶋H地點名,，當搜到星后,，按這個按鈕，通過查詢經(jīng)緯度數(shù)據(jù)庫,，就可以查到對應地名,。最下面的文本框顯示原始的數(shù)據(jù)流。
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進行BSP開發(fā),。BSP是基于WinCE 5．0平臺系統(tǒng)的主要部分,，它主要由一些源文件和二進制文件組成,，又稱主板支持軟件包,，它是一個主要由包含啟動程序(bootloader)、OEM適配層程序(OAL)相關(guān)硬件設(shè)備的驅(qū)動程序的軟件包,，另外還可以把上層的應用也放到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)動設(shè)備和配置系統(tǒng)的功能,。在BSP外部，我們可以看到一個建立在硬件平臺上的主板支持包,。在開發(fā)過程中可以利用開發(fā)板運營商提供的BSP包進行操作系統(tǒng)的定制,，定制完成后固化到Nandflash中。
4 測試
因為開發(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,。波特率應與GPS接收模塊匹配，設(shè)置為4800,。GPS模塊為上電即啟動,，并且不能關(guān)閉，所以點擊“搜星”按鈕即可接收數(shù)據(jù),。啟動“搜星”按鈕后1min左右,，就能顯示正確的經(jīng)緯度。點擊“地點查詢”按鈕,，能正確顯示地點信息,。最下面的文本框可以顯示原始的數(shù)據(jù)流。測試時實拍的照片如圖2所示。
5 總結(jié)
文章以VS2005為軟件平臺,，利用基于arm處理器的WinCE 5．0嵌入式開發(fā)平臺和GPS接收模塊,，通過合理使用串口通信，實現(xiàn)了GPS數(shù)據(jù)信號的接收與解碼,，并利用觸摸屏進行顯示,，已基本具備GPS移動設(shè)備的雛形。