STM32学习笔记:gps两种解码的方式

做为现在的物联网行业,手持设备中,缺少不了的就是GPS定位功能。GPS模块和STM32的串口进行通信,将GPS的数据发送给M3的串口,由M3进行GPS协议的解码。解析出来后保存在响应的结构体中。在进行显示。
这里分别介绍2中解析协议的方法,第一种就是自己写解析协议函数,第二种便是采用别人写好的GPS解析协议库:NMEALIB库,将这个库移植到M3中,直接调用API函数,就可以解析出GPS信息,同样的也保存在一个结构体中。
下面分析一下这两种解析协议的算法,第一种,采用的是正点原子写的GPS解析算法(感谢原子哥)

//从buf里面得到第cx个逗号所在的位置
//返回值:0~0XFE,代表逗号所在位置的偏移.
//       0XFF,代表不存在第cx个逗号                             
u8 NMEA_Comma_Pos(u8 *buf,u8 cx)
{               
    u8 *p=buf;
    while(cx)
    {        
        if(*buf=='*'||*buf<' '||*buf>'z')return 0XFF;//遇到'*'或者非法字符,则不存在第cx个逗号
        if(*buf==',')cx--;
        buf++;
    }
    return buf-p;   //返回差值,
}

从GPS中得到的一串数据是这样的: GPRMC,083559.00,A,4717.11437,N,00833.91522,E,0.004,77.52,091202,,,A57NMEACommaPos(buf,2) 的位置,也就是17

//m^n函数
//返回值:m^n次方.
u32 NMEA_Pow(u8 m,u8 n)
{
    u32 result=1;    
    while(n--)result*=m;    
    return result;
}

这个就不用多说了,都看的懂,

//str转换为数字,以','或者'*'结束
//buf:数字存储区
//dx:小数点位数,返回给调用函数
//返回值:转换后的数值
int NMEA_Str2num(u8 *buf,u8*dx)
{
    u8 *p=buf;
    u32 ires=0,fres=0;
    u8 ilen=0,flen=0,i;
    u8 mask=0;
    int res;
    while(1) //得到整数和小数的长度
    {
        if(*p=='-'){mask|=0X02;p++;}//是负数
        if(*p==','||(*p=='*'))break;//遇到结束了
        if(*p=='.'){mask|=0X01;p++;}//遇到小数点了
        else if(*p>'9'||(*p<'0'))   //有非法字符
        {   
            ilen=0;
            flen=0;
            break;
        }   
        if(mask&0X01)flen++;
        else ilen++;
        p++;
    }
    if(mask&0X02)buf++; //去掉负号
    for(i=0;i//得到整数部分数据
    {  
        ires+=NMEA_Pow(10,ilen-1-i)*(buf[i]-'0');
    }
    if(flen>5)flen=5;   //最多取5位小数
    *dx=flen;           //小数点位数
    for(i=0;i//得到小数部分数据
    {  
        fres+=NMEA_Pow(10,flen-1-i)*(buf[ilen+1+i]-'0');
    } 
    res=ires*NMEA_Pow(10,flen)+fres;
    if(mask&0X02)res=-res;         
    return res;
}   

这个函数便是将两个逗号之间的字符串数字,变成整数,既将字符串“235”变成int(整型)数字,235

//分析GPGSV信息
//gpsx:nmea信息结构体
//buf:接收到的GPS数据缓冲区首地址
void NMEA_GPGSV_Analysis(nmea_msg *gpsx,u8 *buf)
{
    u8 *p,*p1,dx;
    u8 len,i,j,slx=0;
    u8 posx;     
    p=buf;
    p1=(u8*)strstr((const char *)p,"$GPGSV");//strstr判断$GPGSV是否是p数组的子串,是则返回$GPGSV中首先出现的地址,
    len=p1[7]-'0';                              //得到GPGSV的条数,p1[7]表示,后面的第一个字符。
    posx=NMEA_Comma_Pos(p1,3);                  //得到可见卫星总数,既将‘,’后面的字符里第一个字符的差值的到。
    if(posx!=0XFF)gpsx->svnum=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);//p1+posx 得到可见卫星总数的指针,
    for(i=0;iu8*)strstr((const char *)p,"$GPGSV");  
        for(j=0;j<4;j++)
        {     
            posx=NMEA_Comma_Pos(p1,4+j*4);
            if(posx!=0XFF)gpsx->slmsg[slx].num=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);   //得到卫星编号
            else break; 
            posx=NMEA_Comma_Pos(p1,5+j*4);
            if(posx!=0XFF)gpsx->slmsg[slx].eledeg=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);//得到卫星仰角 
            else break;
            posx=NMEA_Comma_Pos(p1,6+j*4);
            if(posx!=0XFF)gpsx->slmsg[slx].azideg=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);//得到卫星方位角
            else break; 
            posx=NMEA_Comma_Pos(p1,7+j*4);
            if(posx!=0XFF)gpsx->slmsg[slx].sn=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);    //得到卫星信噪比
            else break;
            slx++;     
        }   
        p=p1+1;//切换到下一个GPGSV信息
    }   
}

这个便是解析GPGSV信息,GPGSV协议如下:
这里写图片描述

//分析GPGGA信息
//gpsx:nmea信息结构体
//buf:接收到的GPS数据缓冲区首地址
void NMEA_GPGGA_Analysis(nmea_msg *gpsx,u8 *buf)
{
    u8 *p1,dx;           
    u8 posx;    
    p1=(u8*)strstr((const char *)buf,"$GPGGA");
    posx=NMEA_Comma_Pos(p1,6);                              //得到GPS状态
    if(posx!=0XFF)gpsx->gpssta=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);   
    posx=NMEA_Comma_Pos(p1,7);                              //得到用于定位的卫星数
    if(posx!=0XFF)gpsx->posslnum=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx); 
    posx=NMEA_Comma_Pos(p1,9);                              //得到海拔高度
    if(posx!=0XFF)gpsx->altitude=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);  
}

这个是解析GPGGA信息,GPGGA协议如下:
这里写图片描述

//分析GPGSA信息
//gpsx:nmea信息结构体
//buf:接收到的GPS数据缓冲区首地址
void NMEA_GPGSA_Analysis(nmea_msg *gpsx,u8 *buf)
{
    u8 *p1,dx;           
    u8 posx; 
    u8 i;   
    p1=(u8*)strstr((const char *)buf,"$GPGSA");
    posx=NMEA_Comma_Pos(p1,2);                              //得到定位类型
    if(posx!=0XFF)gpsx->fixmode=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);  
    for(i=0;i<12;i++)                                       //得到定位卫星编号
    {
        posx=NMEA_Comma_Pos(p1,3+i);                     
        if(posx!=0XFF)gpsx->possl[i]=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);
        else break; 
    }                 
    posx=NMEA_Comma_Pos(p1,15);                             //得到PDOP位置精度因子
    if(posx!=0XFF)gpsx->pdop=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);  
    posx=NMEA_Comma_Pos(p1,16);                             //得到HDOP位置精度因子
    if(posx!=0XFF)gpsx->hdop=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);  
    posx=NMEA_Comma_Pos(p1,17);                             //得到VDOP位置精度因子
    if(posx!=0XFF)gpsx->vdop=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);  
}

这个是解析GPGSA信息,GPGSA协议定义如下:
这里写图片描述
这里写图片描述
接下来就是我们通常要用到的一个协议了:GPRMC信息

//分析GPRMC信息
//gpsx:nmea信息结构体
//buf:接收到的GPS数据缓冲区首地址
void NMEA_GPRMC_Analysis(nmea_msg *gpsx,u8 *buf)
{
    u8 *p1,dx;           
    u8 posx;     
    u32 temp;      
    float rs;  
    p1=(u8*)strstr((const char *)buf,"GPRMC");//"$GPRMC",经常有&和GPRMC分开的情况,故只判断GPRMC.
    posx=NMEA_Comma_Pos(p1,1);                              //得到UTC时间
    if(posx!=0XFF)
    {
        temp=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx)/NMEA_Pow(10,dx);     //得到UTC时间,去掉ms
        gpsx->utc.hour=temp/10000;
        gpsx->utc.min=(temp/100)%100;
        gpsx->utc.sec=temp%100;      
    }   
    posx=NMEA_Comma_Pos(p1,3);                              //得到纬度
    if(posx!=0XFF)
    {
        temp=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);          
        gpsx->latitude=temp/NMEA_Pow(10,dx+2);  //得到°
        rs=temp%NMEA_Pow(10,dx+2);              //得到'        
        gpsx->latitude=gpsx->latitude*NMEA_Pow(10,5)+(rs*NMEA_Pow(10,5-dx))/60;//转换为° 
    }
    posx=NMEA_Comma_Pos(p1,4);                              //南纬还是北纬 
    if(posx!=0XFF)gpsx->nshemi=*(p1+posx);                   
    posx=NMEA_Comma_Pos(p1,5);                              //得到经度
    if(posx!=0XFF)
    {                                                 
        temp=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);          
        gpsx->longitude=temp/NMEA_Pow(10,dx+2); //得到°
        rs=temp%NMEA_Pow(10,dx+2);              //得到'        
        gpsx->longitude=gpsx->longitude*NMEA_Pow(10,5)+(rs*NMEA_Pow(10,5-dx))/60;//转换为° 
    }
    posx=NMEA_Comma_Pos(p1,6);                              //东经还是西经
    if(posx!=0XFF)gpsx->ewhemi=*(p1+posx);       
    posx=NMEA_Comma_Pos(p1,9);                              //得到UTC日期
    if(posx!=0XFF)
    {
        temp=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);                     //得到UTC日期
        gpsx->utc.date=temp/10000;
        gpsx->utc.month=(temp/100)%100;
        gpsx->utc.year=2000+temp%100;        
    } 
}

GPRMC协议如下:
这里写图片描述
这里写图片描述

//分析GPVTG信息
//gpsx:nmea信息结构体
//buf:接收到的GPS数据缓冲区首地址
void NMEA_GPVTG_Analysis(nmea_msg *gpsx,u8 *buf)
{
    u8 *p1,dx;           
    u8 posx;    
    p1=(u8*)strstr((const char *)buf,"$GPVTG");                             
    posx=NMEA_Comma_Pos(p1,7);                              //得到地面速率
    if(posx!=0XFF)
    {
        gpsx->speed=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);
        if(dx<3)gpsx->speed*=NMEA_Pow(10,3-dx);             //确保扩大1000倍
    }
}  

这个是GPVTG信息解析,协议如下:
这里写图片描述
到这里,一些常用的,和我们需要的都解析出来了,
注意:这里并不是每条协议都解析,解析的是我们需要什么解析什么,,当然在实际项目中要根据自己的需求解析。
GPS信息我们是通过串口3中断接收,将接收到的数据放在一个BUF中,

//通过判断接收连续2个字符之间的时间差不大于10ms来决定是不是一次连续的数据.
//如果2个字符接收间隔超过10ms,则认为不是1次连续数据.也就是超过10ms没有接收到
//任何数据,则表示此次接收完毕.
//接收到的数据状态
//[15]:0,没有接收到数据;1,接收到了一批数据.
//[14:0]:接收到的数据长度
vu16 USART3_RX_STA=0;       


void USART3_IRQHandler(void)
{
    u8 res;       
    if(USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_RXNE) != RESET)//接收到数据
    {    
        res =USART_ReceiveData(USART3);      
        if((USART3_RX_STA&(1<<15))==0)//接收完的一批数据,还没有被处理,则不再接收其他数据
        { 
            if(USART3_RX_STA//还可以接收数据  USART3_MAX_RECV_LEN = 600    最大接收缓存字节数
            {
                TIM_SetCounter(TIM7,0);//计数器清空                          //计数器清空
                if(USART3_RX_STA==0)                //使能定时器7的中断 
                {
                    TIM_Cmd(TIM7,ENABLE);//使能定时器7
                }
                USART3_RX_BUF[USART3_RX_STA++]=res; //记录接收到的值    
            }else 
            {
                USART3_RX_STA|=1<<15;               //强制标记接收完成
            } 
        }
    }                                                            
}   

USART3_RX_STA是原子自己定义的一个最高位标志位,当数据接收完成时,USART3_RX_STA|=1<<15
将最高位标志位置1,
这里便是定义了解析后数据保存的结构体:

//GPS NMEA-0183协议重要参数结构体定义 
//卫星信息
__packed typedef struct  
{                                           
    u8 num;     //卫星编号
    u8 eledeg;  //卫星仰角
    u16 azideg; //卫星方位角
    u8 sn;      //信噪比          
}nmea_slmsg;  
//UTC时间信息
__packed typedef struct  
{                                           
    u16 year;   //年份
    u8 month;   //月份
    u8 date;    //日期
    u8 hour;    //小时
    u8 min;     //分钟
    u8 sec;     //秒钟
}nmea_utc_time;        
//NMEA 0183 协议解析后数据存放结构体
__packed typedef struct  
{                                           
    u8 svnum;                   //可见卫星数
    nmea_slmsg slmsg[12];       //最多12颗卫星
    nmea_utc_time utc;          //UTC时间
    u32 latitude;               //纬度 分扩大100000倍,实际要除以100000
    u8 nshemi;                  //北纬/南纬,N:北纬;S:南纬                 
    u32 longitude;              //经度 分扩大100000倍,实际要除以100000
    u8 ewhemi;                  //东经/西经,E:东经;W:西经
    u8 gpssta;                  //GPS状态:0,未定位;1,非差分定位;2,差分定位;6,正在估算.                  
    u8 posslnum;                //用于定位的卫星数,0~12.
    u8 possl[12];               //用于定位的卫星编号
    u8 fixmode;                 //定位类型:1,没有定位;2,2D定位;3,3D定位
    u16 pdop;                   //位置精度因子 0~500,对应实际值0~50.0
    u16 hdop;                   //水平精度因子 0~500,对应实际值0~50.0
    u16 vdop;                   //垂直精度因子 0~500,对应实际值0~50.0 

    int altitude;               //海拔高度,放大了10倍,实际除以10.单位:0.1m     
    u16 speed;                  //地面速率,放大了1000倍,实际除以10.单位:0.001公里/小时     
}nmea_msg; 

到这里,采用第一种方式解析协议已经分析完了,接下来就是采用NMEALIB库解析协议,
了解了NMEA格式有之后,我们就可以编写相应的解码程序了,而程序员Tim ([email protected])提供了一个非常完善的NMEA解码库,在以下网址可以下载到:http://nmea.sourceforge.net/ ,直接使用该解码库,可以避免重复发明轮子的工作。在野火提供的GPS模块资料的“NMEA0183解码库源码”文件夹中也包含了该解码库的源码,野火提供的STM32程序就是使用该库来解码NMEA语句的。
该解码库目前最新为0.5.3版本,它使用纯C语言编写,支持windows、winCE 、UNIX平台,支持解析GPGGA,GPGSA,GPGSV,GPRMC,GPVTG这五种语句(这五种语句已经提供足够多的GPS信息),解析得的GPS数据信息以结构体存储,附加了地理学相关功能,可支持导航等数据工作,除了解析NMEA语句,它还可以根据随机数产生NMEA语句,方便模拟。

将nmealib库中的src和include这两个文件夹复制到工程,在添加进工程中,包含编译的头文件,结果如下:
这里写图片描述
(这里采用的是野火所提供的例程,感谢fire)
利用nmealib解析GPS模块的输出结果大致可以分为三步,
第一步定义和初始化GPS信息结构体和解析载体结构体,
第二步调用nmea_parse函数完成解析工作,
第三步释放解析载体所占用的内存空间。
具体的代码如下注释中包含了代码的分析:

/**
  * @brief  nmea_decode_test 解码GPS模块信息
  * @param  无
  * @retval 无
                            利用nmealib解析GPS模块的输出结果大致可以分为三步,
                                第一步定义和初始化GPS信息结构体和解析载体结构体,
                                第二步调用nmea_parse函数完成解析工作,
                                第三步释放解析载体所占用的内存空间。
*/
int nmea_decode_test(void)
{

    nmeaINFO info;          //GPS解码后得到的信息
    nmeaPARSER parser;      //解码时使用的数据结构 
                                                        //nmeaPARSER是解析nmea所需要的一个结构。
    uint8_t new_parse=0;    //是否有新的解码数据标志

    nmeaTIME beiJingTime;    //北京时间 

    /* 设置用于输出调试信息的函数 */
    nmea_property()->trace_func = &trace;
    nmea_property()->error_func = &error;

    /* 初始化GPS数据结构 */
    nmea_zero_INFO(&info);/*对nmeaINFO这个结构中数据进行清零操作,
                                                            使用nmea_time_now函数对其中utc时间赋一个初值,初值就是当前的系统时间,
                                                            如果没有从nmea中解析出时间信息,那么最后的结果就是你当前的系统时间。
                                                                而nmeaINFO中的sig、fix分别是定位状态和定位类型
                                                        */
        nmea_parser_init(&parser);//nmeaPARSER结构做初始化,以nmea_parser_init和nmea_parser_destroy需要成对出现。

    while(1)
    {
      if(GPS_HalfTransferEnd)     /* 设置半传输完成标志位
                                                                        接收到GPS_RBUFF_SIZE一半的数据 */
      {
        /* 进行nmea格式解码 */
                /*
                调用nmea_parse函数对nmea语句进行解析
                原型:
                    int nmea_parse(      
                                nmeaPARSER *parser,  
                                const char *buff, 
                                int buff_sz,  
                                nmeaINFO *info  
                            )  
                这个函数有四个参数,分别是nmeaPARSER指针,buff对应需要解析的nmea语句,buff_sz为nmea语句的长度,nmeaINFO指针
                */
        nmea_parse(&parser, (const char*)&gps_rbuff[0], HALF_GPS_RBUFF_SIZE, &info);
                                    //nmeaPARSER指针,需要解析的BUFF,      串口接收缓冲区一半512/2,nmeaINFO指针

        GPS_HalfTransferEnd = 0;   //清空标志位
        new_parse = 1;             //设置解码消息标志 
      }
      else if(GPS_TransferEnd)    /* 接收到另一半数据 */
      {

        nmea_parse(&parser, (const char*)&gps_rbuff[HALF_GPS_RBUFF_SIZE], HALF_GPS_RBUFF_SIZE, &info);

        GPS_TransferEnd = 0;
        new_parse =1;
      }

      if(new_parse )                //有新的解码消息   
      {    
        /* 对解码后的时间进行转换,转换成北京时间 */
        GMTconvert(&info.utc,&beiJingTime,8,1);

        /* 输出解码得到的信息 */
        printf("\r\n时间%d,%d,%d,%d,%d,%d\r\n", beiJingTime.year+1900, beiJingTime.mon+1,beiJingTime.day,beiJingTime.hour,beiJingTime.min,beiJingTime.sec);
        printf("\r\n纬度:%f,经度%f\r\n",info.lat,info.lon);
        printf("\r\n正在使用的卫星:%d,可见卫星:%d",info.satinfo.inuse,info.satinfo.inview);
        printf("\r\n海拔高度:%f 米 ", info.elv);
        printf("\r\n速度:%f km/h ", info.speed);
        printf("\r\n航向:%f 度", info.direction);

        new_parse = 0;
      }

    }

    /* 释放GPS数据结构 */
    // nmea_parser_destroy(&parser);


    //  return 0;
}

保存解析后的结构体:
NMEA解码库良好的封装特性使我们无需关注更深入的内部实现,只需要再了解一下nmeaINFO数据结构即可,所有GPS解码得到的结果都存储在这个结构中

typedef struct _nmeaTIME
{
    int     year;       /**< Years since 1900 */
    int     mon;        /**< Months since January - [0,11] */
    int     day;        /**< Day of the month - [1,31] */
    int     hour;       /**< Hours since midnight - [0,23] */
    int     min;        /**< Minutes after the hour - [0,59] */
    int     sec;        /**< Seconds after the minute - [0,59] */
    int     hsec;       /**< Hundredth part of second - [0,99] */

} nmeaTIME;

typedef struct _nmeaINFO
{
    int     smask;      /**< Mask specifying types of packages from which data have been obtained */

    nmeaTIME utc;       /**< UTC of position */

    int     sig;        /**< GPS quality indicator (0 = Invalid; 1 = Fix; 2 = Differential, 3 = Sensitive) */
    int     fix;        /**< Operating mode, used for navigation (1 = Fix not available; 2 = 2D; 3 = 3D) */

    double  PDOP;       /**< Position Dilution Of Precision */
    double  HDOP;       /**< Horizontal Dilution Of Precision */
    double  VDOP;       /**< Vertical Dilution Of Precision */

    double  lat;        /**< Latitude in NDEG - +/-[degree][min].[sec/60] */
    double  lon;        /**< Longitude in NDEG - +/-[degree][min].[sec/60] */
    double  elv;        /**< Antenna altitude above/below mean sea level (geoid) in meters */
    double  speed;      /**< Speed over the ground in kilometers/hour */
    double  direction;  /**< Track angle in degrees True */
    double  declination; /**< Magnetic variation degrees (Easterly var. subtracts from true course) */

    nmeaSATINFO satinfo; /**< Satellites information */

} nmeaINFO;

结构体的具体含义,
这里写图片描述

typedef struct _nmeaPARSER
{
    void *top_node;
    void *end_node;
    unsigned char *buffer;
    int buff_size;
    int buff_use;

} nmeaPARSER;

可以看到,nmeaPARSER是一个链表,在解码时,NMEA库会把输入的GPS原始数据压入到nmeaPARSER结构的链表中,便于对数据管理及解码。在使用该结构前,我们调用了nmea_parser_init函数分配动态空间,而解码结束时,调用了nmea_parser_destroy函数释放分配的空间

当然最重要的还是要:分配堆栈空间
由于NMEA解码库在进行解码时需要动态分配较大的堆空间,所以我们需要在STM32的启动文件startup_stm32f10x_hd.s文件中对堆空间进行修改,本工程中设置的堆空间大小设置为0x0000 1000,

Stack_Size      EQU     0x00000400

                AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
Stack_Mem       SPACE   Stack_Size
__initial_sp

; <h> Heap Configuration
;   <o>  Heap Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>
; h>

Heap_Size       EQU     0x00001000

                AREA    HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
__heap_base
Heap_Mem        SPACE   Heap_Size
__heap_limit

                PRESERVE8
                THUMB

当然,这里也是通过串口接收数据保存在这个数组中,

/* DMA接收缓冲  */
uint8_t gps_rbuff[GPS_RBUFF_SIZE];//接收缓存区512

详情了解nmealib库的可以参考这个博客:
http://blog.csdn.net/xukai871105/article/details/12834421
到这里,GPS协议的解析相信你应该懂了不少,

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