摘   要： 為解決盲用定位模塊在嵌入式平臺下實現(xiàn)的問題，根據(jù)串口通信同步方式實現(xiàn)Windows CE 5.0操作系統(tǒng)下GPS導航數(shù)據(jù)的提取，并對獲得的數(shù)據(jù)提出一種格式轉(zhuǎn)換的方法。以PXA270嵌入式系統(tǒng)平臺實現(xiàn)系統(tǒng)原型，在有限硬件條件下驗證了系統(tǒng)的功能及可行性。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，實驗數(shù)據(jù)可靠有效，可以有效結(jié)合電子地圖數(shù)據(jù)提取出周邊的位置信息。

　　Windows CE作業(yè)系統(tǒng)是Windows家族中的成員，專門設計給掌上型電腦（HPCs）所使用的電腦環(huán)境。這樣的作業(yè)系統(tǒng)可使完整的可攜式技術(shù)與現(xiàn)有的Windows桌面技術(shù)整合工作。 Windows CE 被設計成針對小型設備（它是典型的擁有有限內(nèi)存的無磁盤系統(tǒng)）的通用操作系統(tǒng)，

　　Windows CE 可以通過設計一層位于內(nèi)核和硬件之間代碼來用設定硬件平臺，這即是眾所周知的硬件抽象層（HAL）（在以前解釋時，這被稱為 OEMC （原始設備制造）適應層，即 OAL； 內(nèi)核壓縮層，即 KAL。 以免與微軟的 Windows NT 操作系統(tǒng) HAL 混淆） 。

　　Windows CE 是一個開放的、可裁剪的、32位實時嵌入式窗口操作系統(tǒng)，具有可靠性好、實時性高、內(nèi)核體積小的特點，廣泛應用于各種智能式設備的開發(fā)。系統(tǒng)通過微軟提供的Platform Builder定制需要的Windows CE5.0系統(tǒng)，運行在硬件平臺上。硬件平臺采用博創(chuàng)科技PXA270實驗箱，該實驗箱嵌入式處理器是基于ARMV5E的XscalePXA270，并支持串口通信。

　　GPS導航芯片采用天寶iQ 46240，將接收到的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給處理器。串口是計算機系統(tǒng)與外部串行設備之間的數(shù)據(jù)傳輸通道，是嵌入式通信可靠、通用的通信方式。程序員利用Windows API函數(shù)可以編寫出高效、可移植性的應用程序。Windows CE不支持Windows下常用的串行通信異步I/O方式（Overlapped,非阻塞），因此在嵌入式環(huán)境下采用了同步I/O方式的通信程序設計方法。

　　實驗設計根據(jù)GPS導航數(shù)據(jù)有效性確認的標準，對提取的數(shù)據(jù)進行處理，把緩存中接收到的GPS數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化為電子地圖上常用的浮點型格式。此設計已應用于智能閱讀器盲用定位模塊中。

　　1 串口通信同步I/O方式的程序設計

　　串口通信是串行通信的一種，串行通信的模式一般分為上位機和下位機通信。上位機可以讀取下位機的狀態(tài)數(shù)據(jù)，也可以設置下位機的狀態(tài)。一般串行通信協(xié)議可分為兩類，即讀和寫。讀寫協(xié)議的描述如圖1所示，常用的效驗碼有異或、累加和、CRC等[1]。

　　串口通信的概念非常簡單，串口按位（bit）發(fā)送和接收字節(jié)。盡管比按字節(jié)（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時用另一根線接收數(shù)據(jù)。它很簡單并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離通信。比如IEEE488定義并行通行狀態(tài)時，規(guī)定設備線總長不得超過20米，并且任意兩個設備間的長度不得超過2米；而對于串口而言，長度可達1200米。典型地，串口用于ASCII碼字符的傳輸。通信使用3根線完成：（1）地線，（2）發(fā)送，（3）接收。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時在另一根線上接收數(shù)據(jù)。其他線用于握手，但是不是必須的。串口通信重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗。

　　在實驗設計中，GPS接收裝置作為下位機只負責提供固定格式的數(shù)據(jù)，實驗箱作為上位機不必發(fā)送指令，只負責定時讀取GPS接收裝置發(fā)送的數(shù)據(jù)。即可以簡化通信協(xié)議，提高工作效率。

　　1.1 設計開發(fā)環(huán)境

　　在Windows NT/ME環(huán)境下安裝eVC4.0編程環(huán)境，設置順序如下：

　?。?）安裝同步軟件Microsoft ActiveSync 4.0；

　?。?）安裝eVC4.0；

　?。?）利用PB（Platform Builder5.0）定制Wince系統(tǒng)對應的SDK并安裝；

　?。?）利用PB將定制的wince系統(tǒng)到實驗箱上，并與PC機同步[2]。

　　1.2 同步I/O方式讀取的設計方法

　　為完成串口通信同步I/O方式程序設計，分為三個部分，每個部分有一個函數(shù)完成其對應的功能[3]。函數(shù)原型為：

　　OnOpenCom（）；                                          //打開并設置串口

　　ReadThreadFunc（LPVOID lparam）；          //串口接收線程

　　OnSeriesRead（CWnd *pWnd, BYTE *buf, int bufLen）；

　　//串口接收數(shù)據(jù)成功回調(diào)函數(shù)

　　串口接收的具體流程圖如圖2所示，圖中對應了串口設置的三個功能函數(shù)。

　　1.3 程序設計的代碼實現(xiàn)

　　1.3.1 打開并設置通信串口參數(shù)

　　以同步讀取方式打開串口COM1

　　m_hComm=CreateFile（_T（"COM1:"）， GENERIC_READ|GENERIC_READ, 0, NULL, OPEN_EXISTING, 0, NULL）；

　　//配置串口，得到打開串口的當前屬性參數(shù)，修改后再重新設置串口。

　　DCB portDCB;

　　portDCB.DCBlength=sizeof（DCB）；            //DCB結(jié)構(gòu)大小

　　portDCB.BaudRate=CBR_4800;                  //波特率

　　portDCB.ByteSize=8;                                     //字符位

　　portDCB.Parity=NOPARITY;                     //奇偶校驗位

　　portDCB.StopBits=ONESTOPBIT;                      //停止位

　　//設置串口讀寫時間，配置超時

　　COMMTIMEOUTS CommTimeouts;

　　GetCommTimeouts（m_hComm,&CommTimeouts）；

　　CommTimeouts.ReadIntervalTimeout= MAXDWORD;

　　CommTimeouts.ReadTotalTimeoutMultiplier=0;

　　CommTimeouts.ReadTotalTimeoutConstant=0;

　　//指定端口監(jiān)測的事件集

　　SetCommMask （m_hComm, EV_RXCHAR）；

　　//分配設備緩沖區(qū)

　　SetupComm（m_hComm,512,512）；

　　//初始化緩沖區(qū)中的信息

　　PurgeComm（m_hComm,PURGE_TXCLEAR|PURGE_

　　RXCLEAR）；

　　m_hReadCloseEvent=CreateEvent（NULL,TRUE,FALSE,

　　NULL）；

　　1.3.2 GPS定位信息的接收

　　在成功打開并設置通信口后，在主程序中創(chuàng)建線程函數(shù)ReadThreadFunc（LPVOID lparam）：

　　//創(chuàng)建串口接收線程

　　hRecvThread=CreateThread（0, 0, CommRecvTread, this, 0, &IDThread）；

　　然后在線程函數(shù)中采取事件觸發(fā)方式進行接收處理，通過等待EV_RXCHAR事件的發(fā)生來啟動ReadFile函數(shù)完成對GPS定位信息的接收：

　　while （TRUE）{

　　if （evtMask & EV_RXCHAR）{

　　ClearCommError（m_hComm,&dwReadErrors,&cmState）；

　　willReadLen = cmState.cbInQue ;

　　//接收緩沖區(qū)中存儲的待讀取的字符數(shù)

　　readBuf = new BYTE[willReadLen+1];

　　ReadFile（m_hComm,readBuf,willReadLen,&actualReadLen,0）；

　　readBuf[willReadLen]=0;        //如果讀取的數(shù)據(jù)大于0，

　　if （actualReadLen>0）{                   //觸發(fā)讀取回調(diào)函數(shù)        m_OnSeriesRead（ceSeries->m_pPortOwner,readBuf,actualReadLen）； }}

　　如果收到讀線程退出信號，則退出線程

　　if（WaitForSingleObject（ceSeries->m_hReadCloseEvent,500） == WAIT_OBJECT_0） break;

　　2 對導航數(shù)據(jù)的格式進行處理

　　對于實驗中所使用的iQ46240接收芯片，其發(fā)送到計算機的數(shù)據(jù)（采用NEMA0183語句）主要由幀頭、幀尾和幀內(nèi)數(shù)據(jù)組成。本文中，定位數(shù)據(jù)經(jīng)緯度、速度、時間等均可以從“$GPGGA”幀中獲取得到。該幀的結(jié)構(gòu)及各字段釋義如下[4]：

　　$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10,<11>,<12>,<13>,<14>*hh

　　<1>當前位置的格林尼治時間

　　<2>緯度值

　　<3>緯度標識，N或者S（南北）

　　<4>經(jīng)度值

　　<5>經(jīng)度標識，E或者W（東西）

　　<6>衛(wèi)星接收信號質(zhì)量

　　<7>正在使用衛(wèi)星的數(shù)量

　　2.1 GPS導航數(shù)據(jù)有效性確認標準

　　GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運動衛(wèi)星的瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會的方法確定待測點的位置。假設t時刻在地面待測點安置GPS接收機，可以測定GPS信號到達接收機的時間，加上接收機所接收到的衛(wèi)星星歷等其他數(shù)據(jù)可以確定以下4個方程式。衛(wèi)星定位示意圖如圖3所示。

　　其主要功能是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測衛(wèi)星，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行。當接收機捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號后，就可測量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率，解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，接收機中的微處理計算機就可按定位解算方法進行定位計算，計算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時間等信息。接收機硬件和機內(nèi)軟件以及GPS 數(shù)據(jù)的后處理軟件包構(gòu)成完整的GPS 用戶設備。

　　xi,yi，zi（i=1，2，3，4）分別代表衛(wèi)星1、2、3、4在t時刻的空間直角坐標，可由衛(wèi)星導航電文求得，Vti代表衛(wèi)星鐘差，Vt0為接收機的鐘差。

　　由以上4個方程式可計算出待測點的坐標x、y、z和接收機的鐘差Vt0。因此導航數(shù)據(jù)能夠有效計算必須保證接收到4個衛(wèi)星的星歷。對固定格式的導航電碼中提取衛(wèi)星符號進行確認，通常，3顆衛(wèi)星可以在二維平面上得到經(jīng)度緯度坐標，為起見，4顆衛(wèi)星可以保證獲得三維空間坐標。

　　2.2 有效數(shù)據(jù)提取和數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化

　　有效數(shù)據(jù)的提取和數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化都是在回調(diào)函數(shù)中進行的[5]。eVC支持CString類型格式，由于定位信息格式固定，本文先利用mbstowcs函數(shù)將緩存中的字符型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為寬字符型，然后強制轉(zhuǎn)化為字符串類型。

　　WCHAR wszbuf[512];

　　mbstowcs（wszbuf,（char*）buf,strlen（（char*）buf））；字符串類型進行處理，然后利用Find函數(shù)，搜索"$GPGGA",

　　strRecv.Find（_T（"$GPGGA"），1）；

　　state=strRecv.Mid（pos+37,1）；

　　得到GPS 質(zhì)量指示指標

　　strSatelliteNum=strRecv.Mid（pos+39,1） ;

　　int iSatelliteNum=atoi（（LPSTR）（LPCTSTR）strSatelliteNum）；

　　當iSatelliteNum>3&& state = =‘1’時說明接收到的是有效數(shù)據(jù)，可對strRecv中的數(shù)據(jù)進行提取，并賦給經(jīng)緯度和時間變量。

　　strLatitude =strRecv.Mid（pos+16,8）；

　　strLongitude=strRecv. Mid（pos+27,9）；

　　double Longitude_new = （atof（strLongitude））/100;

　　這樣將經(jīng)度緯度信息提取到GPS結(jié)構(gòu)數(shù)組中，后續(xù)的處理和高層決策可根據(jù)該結(jié)構(gòu)中存儲的數(shù)據(jù)作出相應的處理。

　　3 程序運行結(jié)果分析

　　程序運行后，在實驗平臺上收集的部分數(shù)據(jù)如表1所示。

　　對以上結(jié)果分析，可知通過串口在不同時段接收的數(shù)據(jù)是比較穩(wěn)定的，能夠以此為基礎(chǔ)提取到有效的數(shù)據(jù)和定位信息，本系統(tǒng)結(jié)合超圖格式（pwr，pmw）的北京市公交站點地圖數(shù)據(jù)，在編寫程序時調(diào)用超圖接口函數(shù)打開電子地圖數(shù)據(jù)，將串口接收到的數(shù)據(jù)讀入，得到附近的公交站點并以文本方式輸出到界面。

　　本文結(jié)合相關(guān)程序代碼陳述了基于eVC環(huán)境下串口通信程序的設計，對GPS定位系統(tǒng)定位信息的接收和數(shù)據(jù)提取進行了詳細的分析和討論。主要解決了EVC編程環(huán)境下實現(xiàn)串口通信功能、對GPS定位信息的提取和處理的問題。實驗對wince5.0自定義平臺下開發(fā)GPS接收裝置給出了代碼樣例供參考，并已應用于智能閱讀器項目中盲用定位模塊。