嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等有嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。使用嵌入式系統(tǒng)不僅對(duì)穩(wěn)定性有很大的改善，而且使應(yīng)用模塊化，極大提高程序的可讀性、可擴(kuò)展性和可移植性［1］。

　　全球定位系統(tǒng)（Global Position System，GPS）是可在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有全天候、高精度和高效益等特點(diǎn)，現(xiàn)GPS已在各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用［2］。

　　本文采用嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS-II，控制OEM板接收導(dǎo)航信息，并對(duì)GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件和軟件提出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案，給出了提取GPS特征數(shù)據(jù)的算法，這些對(duì)研究嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用、GPS定位及其在組合導(dǎo)航中的應(yīng)用以及對(duì)OEM板的二次開(kāi)發(fā)等都是實(shí)用的。

　　2　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　嵌入式GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由接收部分（OEM板）、電平轉(zhuǎn)換部分（MAX232）、控制部分、顯示部分組成，硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　OEM板通過(guò)天線(xiàn)接收來(lái)自GPS的導(dǎo)航數(shù)據(jù)并經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換后發(fā)送給EP7312， EP7312接收OEM板發(fā)來(lái)

　　的數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)、顯示。EP7312與OEM板之間采用異步串行方式通信，幀格式1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無(wú)校驗(yàn)位，波特率為9600 bit.s-1。通過(guò)軟件控制EP7312對(duì)GPS信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，以獲得當(dāng)前的經(jīng)度、緯度坐標(biāo)等所需信息，并通過(guò)液晶顯示。

　　3　系統(tǒng)硬件配置

　　3.1　接收模塊

　　GPS-OEM板主要是由變頻器、標(biāo)頻器、信號(hào)通道、微處理器和存儲(chǔ)單元等構(gòu)成。在上電完成初始自檢后，它將自動(dòng)地接收來(lái)自天線(xiàn)的GPS射頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)變頻、放大、相關(guān)、混頻等一系列處理后，完成并行通道對(duì)其視界內(nèi)幾何位置最佳的數(shù)顆衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤，并且測(cè)出信號(hào)從衛(wèi)星到接收天線(xiàn)的傳播時(shí)間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，最后經(jīng)由I/0口輸出串行數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)主要是向用戶(hù)提供定位信息，包括緯度、經(jīng)度、速度、時(shí)間等。

　　系統(tǒng)接收部分選用的Jupiter TU30-D410 -031，是美國(guó)Rockwell公司生產(chǎn)的并行12通道OEM板。該OEM板具有體積小、定時(shí)時(shí)間短、無(wú)靜態(tài)漂移等特點(diǎn)，能夠提供位置、速度、時(shí)間、定位與導(dǎo)航信息，以載波相位輸出、1PPS時(shí)標(biāo)和10kHz方波輸出，適合各種導(dǎo)航定位的應(yīng)用。

　　3.2　控制模塊

　　系統(tǒng)采用Cirrus Logic公司的32位嵌入式處理器EP7312。該ARM處理器內(nèi)帶8K緩存，支持Thumb指令。EP7312資源豐富，功能強(qiáng)大，有27個(gè)通用I/O，2個(gè)UART，2個(gè)定時(shí)器，并內(nèi)帶LCD控制器，可直接連接單色、彩色LCD。EP7312功耗很低，最大不超過(guò)90mW。

　　采用EP7312構(gòu)成的GPS應(yīng)用系統(tǒng)，具有功耗低、體積小、使用靈活的特點(diǎn)，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能可以根據(jù)需求的不同進(jìn)行個(gè)性化配置，而且可以很方便地進(jìn)行系統(tǒng)外設(shè)的擴(kuò)展。

　　3.3　顯示模塊

　　本系統(tǒng)采用液晶顯示器是SHARP公司的彩色LCD，有效顯示點(diǎn)陣為320×240，其功耗較低，抗干擾能力強(qiáng)，體積小。由于EP7312內(nèi)部帶有LCD控制器，當(dāng)系統(tǒng)接收OEM板輸出的導(dǎo)航數(shù)據(jù)信息時(shí)，只要設(shè)置其內(nèi)部控制器的寄存器就可以對(duì)LCD實(shí)現(xiàn)控制，然后再通過(guò)向Frame Buffer輸出接收到的并經(jīng)過(guò)處理的導(dǎo)航信息，這時(shí)顯示屏上就可以顯示定位點(diǎn)精確的經(jīng)度、緯度及本地時(shí)間了。

　　4　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

　　4.1　μC/OS-II簡(jiǎn)介

　　μC/OS-II是開(kāi)源實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)，絕大部分代碼是用C編寫(xiě)的，其可移植性較強(qiáng)，可廣泛地應(yīng)用于各種不同的硬件平臺(tái)上［3］。μC/OS-II是一個(gè)占先式實(shí)時(shí)系統(tǒng)，當(dāng)有優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)就緒時(shí)，原任務(wù)將被打斷而轉(zhuǎn)為優(yōu)先級(jí)較高的任務(wù)，這也是實(shí)時(shí)性的重要保證。μC/OS-II具體移植可參照其它資料。

　　4.2　應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)將應(yīng)用程序劃分為采集存儲(chǔ)和顯示兩個(gè)任務(wù)，其優(yōu)先級(jí)分別為10和11。采集存儲(chǔ)任務(wù)的主要功能是對(duì)導(dǎo)航數(shù)據(jù)采集，并且每30秒作為歷史記錄存儲(chǔ)一次，以便與當(dāng)前的導(dǎo)航信息比較。首先必須掌握系統(tǒng)的通信協(xié)議。GPS-OEM板采用NMEA-0183通信標(biāo)準(zhǔn)格式，可以輸出多種句型，均以“$”開(kāi)頭。輸出的語(yǔ)句按串口通信協(xié)議，波特率9600bit.s-1，1位開(kāi)始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)。輸出數(shù)據(jù)采用的是ASCⅡ碼字符，內(nèi)容包含了緯度、經(jīng)度、速度、日期、航向及衛(wèi)星狀況等信息。語(yǔ)句達(dá)十余種，本系統(tǒng)所使用的語(yǔ)句僅限于$GPRMC定位數(shù)據(jù)語(yǔ)句。其結(jié)構(gòu)為：

　　$GPRMC，《1》，《2》，《3》，《4》，《5》，

　　《6》，《7》，《8》，《9》，《10》，《11》*hh

　　其中“GP”為交談識(shí)別符;“RMC”為語(yǔ)句識(shí)別符;“*”為校驗(yàn)和識(shí)別符;“hh”為校驗(yàn)和，其代表了“$”與“*”之間所有字符的按位異或值（不包括這兩個(gè)字符）。

　　$GPRMC語(yǔ)句數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容為：

　　《1》定位點(diǎn)的協(xié)調(diào)世界時(shí)間（UTC），hhmmss（時(shí)分秒）格式;

　　《2》定位狀態(tài)，A=有效定位，V=無(wú)效定位;

　　《3》定位點(diǎn)緯度，ddmm.mmmm（度分）格式;

　　《4》緯度半球，N（北半球）或S（南半球）;

　　《5》定位點(diǎn)經(jīng)度，dddmm.mmmmm（度分）格式;

　　《6》經(jīng)度半球，E（東經(jīng)）或W（西經(jīng)）;

　　《7》地面速率，000.0節(jié)~999.9節(jié);

　　《8》地面航向，000.0度~359.9度;

　　《9》UTC日期，ddmmyy（日月年）格式;

　　《

　　10》磁偏角，000.0度~180度;

　　《11》磁偏角方向，E（東）或W（西）。

　　由于TU30-D410-031的波特率設(shè)置為9600bit.s-1，因此任務(wù)運(yùn)行時(shí)，首先應(yīng)將串行口的波特率設(shè)為此值，EP7312就會(huì)接收到OEM板的定位數(shù)據(jù)。在串口收到信息后，先判別是否為語(yǔ)句引導(dǎo)頭“$GPRMC”，否，則放棄此次接收;是，則接收數(shù)據(jù)內(nèi)容。由于接收到$GPRMC幀頭后，再接收11個(gè)數(shù)據(jù)包即完成整幀數(shù)據(jù)的接收，存儲(chǔ)后系統(tǒng)將調(diào)用等待延時(shí)函數(shù)。

　　顯示任務(wù)的功能是負(fù)責(zé)所采集的數(shù)據(jù)在LCD上顯示出來(lái)，每隔一秒刷新一次。$GPRMC語(yǔ)句輸出了基本的定位信息，可以滿(mǎn)足一般用戶(hù)的使用要求。接收來(lái)的數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存中，提取時(shí)先從數(shù)據(jù)中讀取定位狀態(tài)判斷是否有效，若有效再提取相應(yīng)的時(shí)間及經(jīng)緯度等信息。應(yīng)注意的是在處理北京時(shí)間時(shí)應(yīng)在UTC時(shí)間上加上8h才是準(zhǔn)確的北京時(shí)，在超出24h時(shí)應(yīng)作減24h處理。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)GPS定位信息在LCD上顯示界面如圖2。

　　5　結(jié)束語(yǔ)

　　本文論述了嵌入式系統(tǒng)對(duì)GPS數(shù)據(jù)的讀取、處理及顯示的方法，分析了GPS模塊的信息格式并編制通信軟件，成功地實(shí)現(xiàn)了GPS定位信息的接收與顯示。該系統(tǒng)程序簡(jiǎn)單，可靠，可運(yùn)用于車(chē)輛的導(dǎo)航系統(tǒng)中，另外，其方法思路對(duì)嵌入式系統(tǒng)、OEM板開(kāi)發(fā)也具有很好的參考價(jià)值。