【正文】 0183 協(xié)議的幾種數(shù)據(jù)格式如表34所示。表34 NMEA0183協(xié)議的數(shù)據(jù)格式名稱數(shù)據(jù)格式GGA$GPG GA,hhmmss ss,llll ll,a,yyyy yy,a,x,xx,x ,x x,M,xx,M,xx,xxxx*hhGLL$GPGLL,ddmm mmmm,N/S,ddmm mmmm,E/W,hhmmss,A/V,ChecksumGSA$GPGSA,mod,M/A,PRN,PRN,,PRN,PRN,PRN,PDOP,HDOP,VDOP,ChecksumGSV$GOGSV,n1,n2,n3,4,5,6,7,…4,5,6,7,8RMC$GPRMC,hhmmss sss, A/V,ddmm mmmm, N/S,ddmm mmmm, E/W,velo,head,ddmmyy,pole,dec,checksum The NMEA0183 protocol data format首先需要定義一個結(jié)構(gòu)體： int mode。 /* 1 = no fix, 2 = 2D, 3 = 3D */} gNMEAdata 。通過上面的操作，數(shù)據(jù)已經(jīng)被讀到接收緩沖區(qū)的 buf[BUFSIZE]中，下面需要對其分析。if(*buf == ‘$’)由于在NMEA0183協(xié)議的六種格式中都包含了校驗(yàn)元，因此，只有檢查校驗(yàn)元才能夠順利地進(jìn)行解析。其中實(shí)現(xiàn)此功能的一個重要函數(shù)為checksum，它不但可以對讀取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，而且可以將這些數(shù)據(jù)換算為十六進(jìn)制的形式，將得到的結(jié)果和校驗(yàn)元進(jìn)行比較，如果一直就說明數(shù)據(jù)正確，反之?dāng)?shù)據(jù)錯誤。這樣，GPS模塊就可以拿來記錄配送貨物的位置，通過定義好統(tǒng)一的ARM可以識別的格式，就可以包括發(fā)貨地點(diǎn)的記錄、途經(jīng)中轉(zhuǎn)站地點(diǎn)信息的記錄、目的地位置信息的記錄。可以方便地全程跟蹤物流貨物的地理位置，防止物品丟失，而且進(jìn)一步提高時(shí)間誤差的計(jì)算能力。 GPS模塊的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)GPS導(dǎo)航軟件的設(shè)計(jì)包括三個部分：軟件數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)，軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及軟件界面設(shè)計(jì)。地圖的空間數(shù)據(jù)是GPS模塊數(shù)據(jù)的主要組成，包括道路特征、道路網(wǎng)幾何形狀、道路等級、交規(guī)限制等。它們可以被分為道路網(wǎng)數(shù)據(jù)和非道路網(wǎng)數(shù)據(jù)兩大部分。這樣分類是因?yàn)榈缆肪W(wǎng)數(shù)據(jù)具有較強(qiáng)的拓?fù)潢P(guān)系，包括地理數(shù)據(jù)以及道路上與車輛行駛有關(guān)的數(shù)據(jù)?？梢苑从硡^(qū)域性地理風(fēng)貌信息的非道路網(wǎng)數(shù)據(jù)并不具備這一特點(diǎn)。通過轉(zhuǎn)換通用的環(huán)境系統(tǒng)研究所（ESRI ，即Environmental Systems Research Institute）的shapefile格式地理數(shù)據(jù)和MapInfo的MIF格式地理數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)GPS模塊數(shù)據(jù)的獲取和錄入。最后，GPS模塊將數(shù)據(jù)編譯成自定義數(shù)據(jù)格式。在軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，將整個系統(tǒng)分為導(dǎo)航功能部分和瀏覽功能部分。前者是在動態(tài)過程中進(jìn)行，包括地理定位、路線規(guī)劃指引等多個部分，借助導(dǎo)航界面與用戶實(shí)現(xiàn)交互。導(dǎo)航功能模塊首先將從通信端口讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，經(jīng)地圖匹配模塊的經(jīng)緯度匹配分析定位出當(dāng)前位置。在經(jīng)由路線規(guī)劃模塊，根據(jù)出發(fā)地點(diǎn)和目的地規(guī)劃出一條最佳線路。最后將信息傳送到瀏覽功能部分。該部分在靜態(tài)過程中完成，負(fù)責(zé)提供導(dǎo)航信息的瀏覽查詢功能，借助瀏覽界面實(shí)現(xiàn)與用戶之間的交互。一方面幫助用戶在界面中進(jìn)行地圖平移、縮放等基本瀏覽需求。另一方面是根據(jù)用戶需求在導(dǎo)航地圖的數(shù)據(jù)庫中查找信息并在瀏覽器上顯示出來。在軟件界面設(shè)計(jì)方面，為了匹配軟件系統(tǒng)的兩大功能組成，將界面設(shè)計(jì)為對應(yīng)的兩種功能：瀏覽界面和導(dǎo)航界面。瀏覽界面主要是在系統(tǒng)和用戶進(jìn)行交互時(shí)，負(fù)責(zé)為用戶提供所查找的相關(guān)地理信息，導(dǎo)航界面則是負(fù)責(zé)將當(dāng)前位置顯示在導(dǎo)航地圖上，同時(shí)在實(shí)時(shí)定位的過程中提供交互提示。此外，在設(shè)計(jì)兩大軟件界面時(shí)，也同時(shí)要求實(shí)現(xiàn)瀏覽界面和導(dǎo)航界面的交互切換，這樣可以更加方便地為用戶提供服務(wù)。 GPS模塊的調(diào)試中遇到的問題與解決方法在GPS驅(qū)動后期調(diào)試中，遇到了core dump問題、端口權(quán)限問題和MUX驅(qū)動程序中的空指針問題，提出以下解決方案： DUMP 問題：在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)GPS服務(wù)會打不開，同時(shí)出現(xiàn) LINUX死機(jī)的現(xiàn)象。從log看是TTY驅(qū)動出現(xiàn)了問題 。但是在此之前，GPS驅(qū)動可以正常工作，由此可見，這應(yīng)當(dāng)是驅(qū)動程序中的隱藏問題 。另外，因?yàn)檎{(diào)試GPS只是修改了它的上層應(yīng)用代碼，所以打不開GPS服務(wù)是由內(nèi)核問題導(dǎo)致的。按照這個思路查找，最終發(fā)現(xiàn)是沒有打開ttyD5端口。 ：我們不能打開在GPS服務(wù)中的ttyD5，是因?yàn)檫@個進(jìn)程的權(quán)限不夠，所以我們要在含有ROOT權(quán)限的進(jìn)程里修改ttyD5的根限。本文中使用的是在RILD中打開權(quán)限。在RILD中開權(quán)限之后，CORE DUMP 問題就不再存在了。 ：在調(diào)試TTY的驅(qū)動中，我們發(fā)現(xiàn)了一處可疑代碼。288行處： tty = up[j].info。//問題代碼。當(dāng)接收到數(shù)據(jù)時(shí)，導(dǎo)致觸發(fā)中斷，如果事先沒有在中斷響應(yīng)應(yīng)用中打開這個端口，就會設(shè)定up[j].info。在這種情況下。如果調(diào)用tty_insert_flip_char(tty, ch, TTY_NORMAL)，就會發(fā)引發(fā)死機(jī)。所以這里在發(fā)現(xiàn)空指針時(shí)，要返回，不對它進(jìn)行處理。通過以上代碼，可以很清晰地看出GPS完成了以下工作：（1）GPS數(shù)據(jù)通信模塊按照定位方式為相對定位（差分定位）的方式訪問 GPS衛(wèi)星信號。 （2）在本地機(jī)上也同步運(yùn)行上層應(yīng)用軟件服務(wù)程序。這里本文使用的是環(huán)天EB3531模塊自帶的GPS上層應(yīng)用軟件。具體來講就是在ARM11上運(yùn)行上邊所述的應(yīng)用服務(wù)軟件。 （3）然后GPS模塊通過串口方式返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)，然后通過自帶軟件的對比就會計(jì)算出具體的地理位置，然后在ARM11已經(jīng)準(zhǔn)備好的地圖上就能顯示出具體在經(jīng)度多少，維度多少，從而很形象地確定物流現(xiàn)在的地理位置。 通過以上篇章，可以看出GPS融合到ARM上是切實(shí)可行的，而且可以實(shí)現(xiàn)幾乎達(dá)到10米以內(nèi)的位置誤差。第4章 ARM11嵌入式終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 基于ARM11的嵌入式模塊總體結(jié)構(gòu)框圖隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微處理器技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展，嵌入式技術(shù)正向著體積更小、效率更低、能耗更少的方向發(fā)展、隨著當(dāng)前的嵌入式技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合，更加催生了以嵌入式為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。作為一種新興的科學(xué)應(yīng)用技術(shù)，嵌入式的應(yīng)用前景十分廣闊，也因此受到了人們越來越多的重視。因?yàn)槟壳霸诤芏囝I(lǐng)域的拓展上，一種具備高效的數(shù)據(jù)處理和傳輸?shù)闹黧w系統(tǒng)正被日益廣泛的需要，也對系統(tǒng)的功耗、體積和穩(wěn)定性有了更加嚴(yán)格的要求。在本文中，我們將介紹一種以S3C6410高性能處理器為核心的嵌入式手持設(shè)備。就目前已有的Web物流網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)來說，有兩種主要的設(shè)計(jì)思路。一種是以ARM處理器為核心，將高性能的視頻數(shù)據(jù)處理模塊嵌入其中，在Linux操作系統(tǒng)的驅(qū)動下，可以保證視頻數(shù)據(jù)處理的完整性以及高效性。另外運(yùn)用DMA和FIFO等高性能模塊，配合系統(tǒng)的視頻采集和傳輸功能。這種設(shè)計(jì)思路的優(yōu)勢在于，因?yàn)樵贏RM處理器上集成了各個模塊，所以設(shè)計(jì)成本較低。另一種設(shè)計(jì)思路是，利用DSP處理器配合ARM處理器搭建互補(bǔ)平臺。因?yàn)镈SP具有強(qiáng)大的數(shù)字信號處理能力，加上ARM處理器性能良好的控制能力，就可以在保證視頻信號處理速度的前提下提高系統(tǒng)控制傳輸?shù)哪芰?。但是和第一種方案相比成本較高?；谝陨媳容^和分析，本文設(shè)計(jì)采用單一的ARM處理器為核心結(jié)構(gòu)，利用其它條件為系統(tǒng)提供更強(qiáng)大的視頻信號處理和傳輸能力，以滿足基本需求。本系統(tǒng)使用的硬件平臺功能框圖如圖41所示。該平臺采用的處理器S3C6410是由三星公司生產(chǎn)，基于ARM1176JZFS內(nèi)核。該處理器的內(nèi)部總線架構(gòu)為64/32位，塔擁有非常豐富的內(nèi)部資源，許多強(qiáng)大的硬件加速器集成在其中，例如多格式編解碼器（MFC），可以支持VC1解碼和MPEG4/，實(shí)現(xiàn)支持實(shí)時(shí)視頻會議和NTSC輸出的功能。在S3C6410具有非常豐富的資源的基礎(chǔ)上，在硬件平臺設(shè)計(jì)上對硬件系統(tǒng)的配置進(jìn)行了其它方面的擴(kuò)展，包括額外增加了一個連接在PC機(jī)上用于調(diào)試的串口，兩個USB接口一塊256 MB的NAND Flash和兩塊64 MB的DDR SDRAM，一個以太網(wǎng)控制芯片DM9000AE（用于擴(kuò)展一個網(wǎng)絡(luò)口）。另外在主控USB接口上，外接一個ZC303芯片的數(shù)字?jǐn)z像頭。圖41 S3C6410硬件平臺框架圖 The framework of the hardware platform of S3C6410圖42 S3C6410硬件平臺實(shí)物圖 The hardware platform of S3C6410OK6410 開發(fā)板的核心處理器 S3C6410 是一個 16/32 位 RISC 微處理器，圖43 S3C6410核心架構(gòu)圖 The S3C6410 core architecture diagram ARM11與GPS模塊連接的軟件設(shè)計(jì)GPS系統(tǒng)在硬件上由GPS模塊和ARM11開發(fā)板系統(tǒng)組成,按功能分為六大部分：GPS 模塊、ARM處理器模塊、觸摸屏模塊、存儲模塊、電源模塊以及SD 卡模塊。ARM11開發(fā)板采用S3C6410處理器，也包括其他結(jié)構(gòu)，例如觸摸屏接口電路、SD 卡接口電路、SDRAM、FLASH以及串口等。操作系統(tǒng)采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)。GPS模塊經(jīng)由串口向ARM11開發(fā)板發(fā)送GPS空間部分衛(wèi)星數(shù)據(jù)。7寸LCD帶觸摸功能選用為觸摸屏模塊。SD 卡負(fù)責(zé)保存用戶數(shù)據(jù)以及地圖等信息?？紤]減小體積方便攜帶的特點(diǎn)，電源模塊采用鋰離子電池。在嵌入式linux中，系統(tǒng)主題ARM11開發(fā)板通過串口連接GPS模塊，得到時(shí)間、經(jīng)緯度、海拔、實(shí)時(shí)速度等信息，并將這些數(shù)據(jù)保存在系統(tǒng)的內(nèi)存中。定位應(yīng)用程序包括初始化串口、提取定位信息、處理定位信息三大部分。GPS模塊使用的串口為S3C6410處理器，他的初始波特率為9600bite，所以需要在用該串口接收數(shù)據(jù)前，按照NMEA通訊協(xié)議，根據(jù)所定義的標(biāo)準(zhǔn)通訊接口參數(shù)對S3C6410處理器進(jìn)行初始化設(shè)置。根據(jù)需要可以設(shè)定地面的GPS數(shù)據(jù)傳輸模塊每隔一段時(shí)間就從GPS的空間部分讀取定位數(shù)據(jù)，然后從這些獲得的數(shù)據(jù)中選取所需要的部分即可，忽略掉其余的信息。GPS數(shù)據(jù)通信模塊遵循NMEA0183協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)這一協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)送的數(shù)據(jù)包括三大部分，幀頭、幀尾和幀內(nèi)。幀頭主要有“$GPGSA”、“$GPGSV”、“$GPGGA”和“$GPRMC”等，每一幀都是以回車符或者換行符來表示幀尾，以表明一幀的結(jié)束。一般情況下我們關(guān)心定位數(shù)據(jù)中包含的經(jīng)緯度、海拔、速度等信息，這些都可以從“$GPGGA”幀獲取得到。 ARM11與RFID模塊連接的軟件設(shè)計(jì)雙頻RFID讀寫系統(tǒng)有兩個模塊組成。CR001模塊是其中的低頻模塊，它與S3C44B0X的串口(UART0)相連。在開始數(shù)據(jù)接收之前，首先要初始化串口UART0，同時(shí)要根據(jù)根據(jù)CR001的使用規(guī)范設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)中設(shè)置8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，9600 Baud波特率。軟件設(shè)計(jì)中，采用的接收數(shù)據(jù)方式為中斷方式，這是為了使ARM能夠及時(shí)的對低頻 RFID 卡作出響應(yīng)。換句話說，當(dāng)S3C44B0X的串口UART0接收到外部數(shù)據(jù)時(shí)，它會產(chǎn)生中斷，接收來自CR001 模塊的數(shù)據(jù)。另外，根據(jù)CR001 射頻讀寫模塊的使用規(guī)范，每次有五個字段包含在輸出的數(shù)據(jù)中，它們分別是起始符(STX,02H)、校驗(yàn)和(2個ASCII字符)、數(shù)據(jù)(10個ASCII字符)、LD(0DH)和LF(0AH)以及結(jié)束符(ETX,03H)。所以在軟件設(shè)計(jì)中，首先要判斷接收到的UART0數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)起始符和結(jié)束符，借以確定數(shù)據(jù)的起始和終止位置，之后再檢查數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和正確與否。只有在保證數(shù)據(jù)的接收無誤的前提下，才可以進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)存儲、讀取和顯示。中斷服務(wù)軟件的流程如圖44所示[29]。圖44 CR001模塊的中斷服務(wù)程序流程圖 The program flow chart of the CR001 module interrupt serviceCR013 射頻讀寫模塊采用的是由Philips 公司的Mifare技術(shù)設(shè)計(jì)而成的非接觸式、微型嵌入式IC卡讀寫模塊，里面嵌有ISO14443 TypeA協(xié)議解釋器，使得該讀寫模塊可以直接驅(qū)動射頻天線。這種卡以被動方式工作，進(jìn)入空閑狀態(tài)（IDLE）的卡并不能首先發(fā)出信號，因?yàn)橹荒軌蛭崭袘?yīng)區(qū)內(nèi)的磁場所提供的能量。當(dāng)讀卡設(shè)備向該讀寫模塊發(fā)出請求時(shí)，滿足請求信號條件的卡才會對請求作出相應(yīng)。這是由于讀寫模塊和處理器之間的通信方式為一問一答的雙半工方式。如果需要CR013 模塊的讀寫過程，包括詢問、請求、選卡、防沖突、驗(yàn)證密碼、讀寫等若干步驟，要執(zhí)行一系列的操作指令，且操作必須按照固定順序進(jìn)行，所以相對復(fù)雜。在尋卡時(shí)，處理器首先要完成請求、選卡以及防沖突的操作，再建立和CR013 模塊之間的通信關(guān)系，完成驗(yàn)證密碼的操作后才可以進(jìn)行最終的讀卡寫卡操作。：又稱作“防碰撞”、“放重疊”。如果事先知道需要尋找的卡的序列號，那么就可以跳過防沖突步驟，直接進(jìn)入下一步命令的執(zhí)行。否則，就必須在選卡之前調(diào)用防沖突函數(shù)，得到卡的序列號，從多張卡當(dāng)中選擇一張卡進(jìn)行操作。如果在感應(yīng)區(qū)內(nèi)出現(xiàn)多張卡作為選擇，就可以借助防碰撞函數(shù)檢測到所有卡，并且選擇出需要的卡的序列號來。：根據(jù)實(shí)現(xiàn)提供的卡的序列號或者由防沖突函數(shù)提供的卡的序列號，向感應(yīng)區(qū)內(nèi)的卡發(fā)出選卡指令。通過選擇卡，得到真正要操作的卡，接下來所有的操作都要針對這張卡進(jìn)行。所以真正的選卡操作包括了三個步驟：請求、防沖突、選卡。當(dāng)微處理器發(fā)出尋卡命令時(shí)，實(shí)際上以上三個步驟已經(jīng)被執(zhí)行。此外，為了防止程序死鎖，本文設(shè)計(jì)的操作步驟最大執(zhí)行次數(shù)為三，三次不成功則尋卡失敗。：驗(yàn)證密碼又稱為“認(rèn)證”、“證實(shí)”。讀寫模塊內(nèi)的微處理器在對卡發(fā)出讀寫命令之后，會在操作開始之前完成密鑰裝載和驗(yàn)證密碼的操作。讀寫模塊通過驗(yàn)證裝載于讀卡芯片F(xiàn)M1702SL 中的密碼和卡內(nèi)指定扇區(qū)中的密碼是否相符，來判斷是否可以進(jìn)行下一步的讀寫操作。如果認(rèn)證成功，則操作正常進(jìn)行。另外需要