基于ARM9與WinCE的GPS定位信息采集系統(tǒng)

GPS可提供連續(xù)、高精度、實(shí)時(shí)的時(shí)間基準(zhǔn)、三維位置、三維速度、整周模糊度等數(shù)據(jù)，具有性能好、精度高的特點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于GPS載波相位測姿、精確制導(dǎo)、SINS／GPS組合導(dǎo)航、嵌入式車輛導(dǎo)航監(jiān)控等軍事與民用領(lǐng)域。而嵌入式系統(tǒng)以其低功耗、小體積、高穩(wěn)定性和便攜等優(yōu)勢，在GPS的應(yīng)用中占據(jù)重要的位置。本文研究基于ARM920T內(nèi)核的嵌入式微處理器S3C2440和WindowsCE 5．0(簡稱WindowsCE)的某型軍車GPS定位信息的采集與處理。

　　1 系統(tǒng)硬／軟件平臺(tái)概述

　　車輛GPS定位信息采集系統(tǒng)的硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖l所示。

　　該平臺(tái)可以分為3大模塊：

　　1)微系統(tǒng)核心模塊 由基于ARM920T的32位嵌入式微處理器S3C2440、SDRAM和Nand Flash構(gòu)成和總線接口構(gòu)成。2片32 MB的HY57V561620構(gòu)成64 MB的SDRAM存儲(chǔ)器，用于運(yùn)行系統(tǒng)主程序。存儲(chǔ)容量為64 M×8 bit的Nand FlashK9F1208UOM，因其具有掉點(diǎn)保護(hù)功能，用于存儲(chǔ)操作系統(tǒng)內(nèi)核、Bootloader的啟動(dòng)代碼和用戶程序。

　　2)GPS原始數(shù)據(jù)接收模塊 由一臺(tái)遵循NMEA-0183協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的GPS接收機(jī)和PS天線組成。通過外接GPS接收機(jī)，將接收到的GPS原始信息，送入到嵌入式微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，最終得出戰(zhàn)車所在位置的位置、速度和海拔等信息。

　　3)外設(shè)控制模塊 包括LCD+觸摸屏、USB主／從口、電源、JTAG調(diào)試接口、復(fù)位電路。選用東華的自帶4線模擬電阻式觸摸屏和硬件驅(qū)動(dòng)的3．5#TFT型LCD，用于人機(jī)交互以及現(xiàn)實(shí)解析后的GPS信息。USB主口用于擴(kuò)展U盤，用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，從口用于下載WinCE內(nèi)核文件以及與軟件開發(fā)主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，JTAG調(diào)試接口用于硬件調(diào)試以及燒載Bootloader。

　　軟件平臺(tái)為微軟公司的嵌入式操作系統(tǒng)WindowsCE，它界面友好，支持嵌套中斷、更好的線程響應(yīng)、更多的優(yōu)先級(jí)別；支持串口和網(wǎng)絡(luò)通信；具有豐富的API函數(shù)，具有強(qiáng)大的開發(fā)工具；多硬件平臺(tái)支持，支持ARM、MIPS等處理器。經(jīng)過Platform. Builder定制移植的WindowsCE操作系統(tǒng)如圖2所示。

　　2 定位信息數(shù)據(jù)格式

　　GPS的輸出數(shù)據(jù)遵循NMEA-0183協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，即美海軍的電子設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)NMEA-0183協(xié)議，獲取GPS定位信息，必須將串行口的波特率設(shè)置為4800b／s，數(shù)據(jù)位設(shè)置為8 bit，停止位設(shè)置為1 bit，校驗(yàn)為設(shè)置為無。該協(xié)議定義了GPS接收機(jī)輸出的標(biāo)準(zhǔn)信息，最常用、兼容性最廣的語句格式包括：$GPRMC、$GPGGA、$GPGSV、$GPGSA、$GPGLL等。應(yīng)用到的GPS數(shù)據(jù)格式包括$GPRMC、$GPGGA、$GPGSV三種。其中，用$GPRMC語句獲取時(shí)間、經(jīng)緯度、速度、年月日信息，用$GPGSV語句獲取海拔高度信息，用$GPGSV語句獲取可見衛(wèi)星數(shù)信息及衛(wèi)星的方位角和仰角信息，用以獲取衛(wèi)星的視圖。各語句的數(shù)據(jù)段的含義，參考NMEA-0183協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。

　　3 GPS定位信息采集和處理的軟件實(shí)現(xiàn)

　　本系統(tǒng)的軟件開發(fā)在可視化開發(fā)工具Embedded VisualC++(簡稱EVC)中，采用MFC編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

　　3．1 GPS數(shù)據(jù)處理狀態(tài)轉(zhuǎn)換

　　GPS與ARM之間用RS232串口方式進(jìn)行通信，串口對(duì)象負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)，并把接收到的數(shù)據(jù)放置到串口緩沖區(qū)。GPS對(duì)象按照協(xié)議結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)處理串口對(duì)象接收到的數(shù)據(jù)。圖3為GPS數(shù)據(jù)處理之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換示意圖。GPS數(shù)據(jù)處理狀態(tài)共包括4個(gè)狀態(tài)：開始狀態(tài)、數(shù)據(jù)幀頭狀態(tài)、GPS數(shù)據(jù)正文狀態(tài)和校驗(yàn)狀態(tài)。

　　開始狀態(tài)是一個(gè)數(shù)據(jù)幀的起始狀態(tài)，它處理和判斷數(shù)據(jù)幀的起始字符$。若起始符號(hào)不是其中的$，則一直停留在開始狀態(tài)，直到$到來位置，數(shù)據(jù)幀頭狀態(tài)用于判斷數(shù)據(jù)幀的格式是否與我們目前需要的目標(biāo)數(shù)據(jù)幀相匹配。如果相匹配，那么將退轉(zhuǎn)到下一個(gè)狀態(tài)：GPS數(shù)據(jù)正文狀態(tài)，開始進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。如果不匹配，則轉(zhuǎn)移到開始狀態(tài)。

　　數(shù)據(jù)處理中用到了緩沖區(qū)的概念，它一邊累積計(jì)算接收的數(shù)據(jù)的異或和，一邊把相應(yīng)的數(shù)據(jù)域送入緩沖區(qū)。這樣既降低了數(shù)據(jù)提取校驗(yàn)的復(fù)雜度，也提高了數(shù)據(jù)處理的延續(xù)性和正確性。當(dāng)GPS數(shù)據(jù)正文狀態(tài)完成，進(jìn)入“*”字符的時(shí)候，將進(jìn)入數(shù)據(jù)校驗(yàn)狀態(tài)，它用于判斷數(shù)據(jù)接收和處理的有效與否。若校驗(yàn)成功，則接收有效，收到CR，LF字符后又重新跳轉(zhuǎn)到開始狀態(tài)。若校驗(yàn)失敗，則放棄處理的數(shù)據(jù)，直接跳轉(zhuǎn)至開始狀態(tài)。