基于ARM处理器实现GPS数据信号的接收与解码详细解析

GPS即全球定位系统，由美国从上世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位的能力。近年来随着GPS的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断展开，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。如何设计一个带有GPS功能的移动设备，实现对GPS卫星数据的接收和解码，已经是现在CPS应用的热点。

1 开发平台

1．1 软件平台

为适应大多数Windows用户的使用习惯，我们设定移动设备运行环境为嵌入式操作系统Windows CE 5．0（简称WinCE 5．0），开发过程在Windows XP操作系统下进行。开发软件为Visual Studio 2005（简称VS2005），编程语言为C++。VS2005是Windows操作系统下的一套完整的开发工具，用于生成ASP Web应用程序、XML Web services、桌面应用程序和移动应用程序。通过使用这些工具和．NETFramework精简版（．NET Framework的子集），可以在个人数字助理（PDA）、移动电话和其他资源受约束的设备中，创建、生成、调试和部署在．NET Framework精简版上运行的应用程序。

1．2 硬件平台

1．2．1 嵌入式开发板

由于设定移动设备使用的运行环境为WINCE 5．0，过程中需要处理大量的数据，所以对开发板要求较高。目前WinCE 5．0支持的处理器主要有ARM、 X86、PowerPC、MIPS等，其中ARM是近年来在嵌入式系统中很有影响力的微处理器架构，在同等处理器主频下，ARM内核的芯片面积最小，功耗最低，价格也最低廉，在性能、技术指标、软件支持工具、内置调试工具和开发资料等方面都有优势。考虑到本系统移动终端的体积、功耗、成本等因素，最后决定选用ARM内核的处理器，开发板为光嵌公司的GEC2440，主要参数如表l所示。

1．2．2 GPS接收模块

GPS接收模块负责接收GPS射频信号，将信号下变频和解调，输出标准的串口信号供处理器进行下一步处理。本设计中用到的GPS接收模块为Levave公司的GPS-R36-AT模块，性能参数如表2所示。该接收模块主要包含基带芯片和射频芯片，采用了SIRF III模块，整合片状陶瓷芯片，无需外加天线，接收C／A码卫星信号，输出的信号为NMEA0183协议数据，通过串口与主设备进行通信。

2 整体设计

设计主要依照GPS数据信号的流向来进行。GPS数据信号通过串口读入到开发板主程序，然后经过对数据信号进行解码获得当前位置的经纬度信息，再在经纬度数据库中查询获得当前位置的地名，整个过程由触摸屏进行显示，并通过触摸屏完成人机交互。

2．1 串口驱动

Microsoft eMbedded Tools封装了Windows API函数，便于Windows CE应用程序的开发。在Windows CE中，所有的设备都被看成是文件。串口通信可以像访问普通文件那样通过API通信函数来实现，系统的虚拟驱动程序负责执行特定的工作。在Windows CE下串行端口被视为用于打开、关闭、读写串行端口的常规可安装的流设备，是串行设备接口的常规I／O驱动程序调用和与通信相关的具体函数的结合。 Windows CE的通信函数和其它大多数Windows的通信函数相似，值得注意的是，Windows CE不支持直接对串行端口的寄存器进行编程。

2．1．1 打开和关闭串口

CreateFile函数用于打开串行口。 m_hDSComm=CreateFile（_T（“COM2：”）），GENER2IC_READ|GENER IC_WR ITE，0，NULL，OPEN_EXISTIN-G，0，NULL）。注意COM2后面要有一个冒号。第三个参数dwShareMode也必须为O，通信端口不能像文件一样被共享。最后一个参数dwFlagsAnd-Attributes必须为0，因为Windows CE只支持非重叠I／O。这个函数的返回值是已打开的串行端口的句柄或者是INVALLD_HANDLE_VALUE。关闭串口可以调用 CloseHandle（m_hDSComm）。

2．1．2 串口参数设置

串口设置主要是用DCB构配置端口设置，包括波特率、停止位、数据位长度、校验位、流量控制和超时值等等。首先打开串行端口，用GetCommState函数获得当前打开的串口配置，然后根据需要修改DCB成员，最后用SetCommState函数设置新的串口配置。

2．1．3 设置缓冲区大小和超时

对串口来说，必须设置超时值，否则程序可能陷入到一个循环来等待来自串口的字符。这对采用WindowsCE的设备来说，将大大减少设备电池的使用时间，所以超时值是必须配置的。另外一种解决办法就是采用多线程。通常，配置超时值和配置串口类似。首先用GetCommTi-meouts函数获得当前串口的超时值，然后修改COM2MTIMEOUTS成员，最后用SetCommTimeouts函数设定超时值。

2．1．4 读写串口