linux下GPS编程
GPS协议
GPS模块使用的是NMEA-0183 协议，NMEA-0183 是美国国家海洋电子协会(National MarineElectronics Association)所指定的标准规格，这一标准制订所有航海电子仪器间的通讯标准，其中包含传输资料的格式以及传输资料的通讯协议。所以通常情况下，只需要通过串口读取信息，通过字符串解析的方式把需要的数据分离出来就可以得到GPS数据。
具体的协议内容可以参见本文附录的参考资料，在具体的的字符串解析中，实际只需要解析$GPGGA、$GPRMC两个语句即可获得我们所需要的全部内容，包括经纬度，时间，搜星状态，卫星数量，高度，速度以及其他信号等，不同数据之间在获取的字符串中是使用逗号隔开的，而相对位置固定，因此整体的思路就是读取字符串，通过逗号位置判别对应数据，实现读取分析。
作为数据读取分析的基本，嵌入式linux的串口编程就是基础中的基础了，串口的设置主要是设置struct termios结构体的各成员值。termios是在POSIX规范中定义的标准接口，表示终端设备（包括虚拟终端、串口等）。口是一种终端设备，一般通过终端编程接口对其进行配置和控制。在具体讲解串口相关编程之前，先了解一下终端相关知识。
终端有3种工作模式，分别为规范模式（canonical mode）、非规范模式（non-canonical mode）和原始模式（raw mode）。通过在termios结构的c_lflag中设置ICANNON标志来定义终端是以规范模式（设置ICANNON标志）还是以非规范模式（清除ICANNON标志）工作，默认情况为规范模式。
在规范模式下，所有的输入是基于行进行处理。在用户输入一个行结束符（回车符、EOF等）之前，系统调用read()函数读不到用户输入的任何字符。除了EOF之外的行结束符（回车符等）与普通字符一样会被read()函数读取到缓冲区之中。在规范模式中，行编辑是可行的，而且一次调用read()函数最多只能读取一行数据。如果在read()函数中被请求读取的数据字节数小于当前行可读取的字节数，则read()函数只会读取被请求的字节数，剩下的字节下次再被读取。
在非规范模式下，所有的输入是即时有效的，不需要用户另外输入行结束符，而且不可进行行编辑。在非规范模式下，对参数MIN（c_cc[VMIN]）和TIME（c_cc[VTIME]）的设置决定read()函数的调用方式。设置可以有4种不同的情况。
- MIN = 0和TIME = 0：read()函数立即返回。若有可读数据，则读取数据并返回被读取的字节数，否则读取失败并返回0。
- MIN > 0和TIME = 0：read()函数会被阻塞直到MIN个字节数据可被读取。
- MIN = 0和TIME > 0：只要有数据可读或者经过TIME个十分之一秒的时间，read()函数则立即返回，返回值为被读取的字节数。如果超时并且未读到数据，则read()函数返回0。
- MIN > 0和TIME > 0：当有MIN个字节可读或者两个输入字符之间的时间间隔超过TIME个十分之一秒时，read()函数才返回。因为在输入第一个字符之后系统才会启动定时器，所以在这种情况下，read()函数至少读取一个字节之后才返回。
按照严格意义来讲，原始模式是一种特殊的非规范模式。在原始模式下，所有的输入数据以字节为单位被处理。在这个模式下，终端是不可回显的，而且所有特定的终端输入/输出控制处理不可用。通过调用cfmakeraw()函数可以将终端设置为原始模式，而且该函数通过以下代码可以得到实现。
1、 本程序主要通过GPS设备获得经度、纬度和高度，只需对该语句$GPGGA进行解析，该语句所具有的语法为：
$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*hh
<1> UTC时间，hhmmss（时分秒）格式
<2> 纬度ddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也将被传输）
<3> 纬度半球N（北半球）或S（南半球）
<4> 经度dddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也将被传输）
<5> 经度半球E（东经）或W（西经）
<6> GPS状态：0=未定位，1=非差分定位，2=差分定位，6=正在估算
<7> 正在使用解算位置的卫星数量（00~12）（前面的0也将被传输）
<8> HDOP水平精度因子（0.5~99.9）
<9> 海拔高度（-9999.9~99999.9）
<10> 地球椭球面相对大地水准面的高度
<11> 差分时间（从最近一次接收到差分信号开始的秒数，如果不是差分定位将为空
<12> 差分站ID号0000~1023（前面的0也将被传输，如果不是差分定位将为空）
只需对上面语句中的<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<9>六项即可满足要求。
$GPGGA 是GPS定位的主要数据，通过解析它得到经度、纬度、海拔高度、时间、卫星使用情况等基本信息，其中每项用逗号分隔，共十四个逗号，举例如下：
$GPGGA,064746.000,4925.4895,N,00103.9255,E,1,05,2.1,-68.0,M,47.1,M,,0000*4F
$GPGGA（语句标识头）,064746.000（UTC时间）,4925.4895（纬度）,N（纬度半球）,00103.9255（经度）,E（经度半球）,1（定位质量指示）,05（使用卫星数量）,2.1（水平精确度）,-68.0（海拔高度）,M（高度单位）,47.1（大地水准面高度）,M（高度单位）,（差分 GPS数据期限）,0000（差分参考基站标号）*4F（校验）（结束标记回车换行）
2、 实现
由于程序从串口中读取数据，故需要首先对串口进行设置。
NMEA通讯协议所定义的标准通讯接口参数：
波特率：4800bit/s
数据位：8位
停止位：1位
奇偶校验：无
程序中的main函数如下：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<termios.h>
#include<string.h>
int set_opt(int fd,int nSpeed, int nBits, char nEvent, int nStop)
{
struct termios newtio,oldtio;
if ( tcgetattr( fd,&oldtio) != 0) {
perror("SetupSerial 1");
return -1;
}
bzero( &newtio, sizeof( newtio ) );
newtio.c_cflag |= CLOCAL | CREAD;
newtio.c_cflag &= ~CSIZE;
switch( nBits )
{
case 7:
newtio.c_cflag |= CS7;
break;
case 8:
newtio.c_cflag |= CS8;
break;
}
switch( nEvent )
{
case 'O':
newtio.c_cflag |= PARENB;
newtio.c_cflag |= PARODD;
newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP);
break;
case 'E':
newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP);
newtio.c_cflag |= PARENB;
newtio.c_cflag &= ~PARODD;
break;
case 'N':
newtio.c_cflag &= ~PARENB;
break;
}
switch( nSpeed )
{
case 2400:
cfsetispeed(&newtio, B2400);
cfsetospeed(&newtio, B2400);
break;
case 4800:
cfsetispeed(&newtio, B4800);
cfsetospeed(&newtio, B4800);
break;
case 9600:
cfsetispeed(&newtio, B9600);
cfsetospeed(&newtio, B9600);
break;
case 115200:
cfsetispeed(&newtio, B115200);
cfsetospeed(&newtio, B115200);
break;
case 460800:
cfsetispeed(&newtio, B460800);
cfsetospeed(&newtio, B460800);
break;
default:
cfsetispeed(&newtio, B9600);
cfsetospeed(&newtio, B9600);
break;
}
if( nStop == 1 )
newtio.c_cflag &= ~CSTOPB;
else if ( nStop == 2 )
newtio.c_cflag |= CSTOPB;
newtio.c_cc[VTIME] = 0;//重要
newtio.c_cc[VMIN] = 100;//返回的最小值 重要
tcflush(fd,TCIFLUSH);
if((tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio))!=0)
{
perror("com set error");
return -1;
}
// printf("set done!\n\r");
return 0;
}
int main(void)
{
int fd1,nset1,nread;
char buf[1024];
fd1 = open("/dev/ttyS0", O_RDWR);//打开串口
if (fd1 == -1)
exit(1);
nset1 = set_opt(fd1,4800, 8, 'N', 1);//设置串口属性
if (nset1 == -1)
exit(1);
while (1)
{
memset(buf,0,1024);
nread = read(fd1, buf, 1024);//读串口
if (nread > 0){
printf("\n GPS DATALen=%d\n",nread);
buf[nread] = '\0';
printf( "GPS %s\n", buf); //输出所读数据
}
sleep(2);//睡眠，等待数据多一点
}
close(fd1);
return 0;
}
一次读的结果如下
GPS DATALen=395
GPS $GPGGA,000531.979,0000.0000,N,00000.0000,E,0,00,50.0,0.0,M,0.0,M,0.0,0000*76
$GPGSA,A,1,,,,,,,,,,,,,50.0,50.0,50.0*05
$GPGSV,1,1,01,02,00,000,00*4A
$GPRMC,000531.979,V,0000.0000,N,00000.0000,E,,,270621,,*14
$GPVTG,,T,,M,,N,,K*4E
$GPGGA,000532.979,0000.0000,N,00000.0000,E,0,00,50.0,0.0,M,0.0,M,0.0,0000*75
$GPRMC,000532.979,V,0000.0000,N,00000.0000,E,,,270621,,*17
$GPVTG,,T,,M,,N,,K*4E