android关于GPS hal层的分析

转载自http://blog.chinaunix.net/uid-26215986-id-3743534.html  这篇文章基本分析了一下普通gps 的HAL的编写方法，以及电源控制情况，根据这篇文章就可以很快改出自己的gps HAL了。

主控： Samsung   Cortex  ARM A8  smdkc110  1G

Gps:    Ublox-G6010

系统：  android 2.3

以下篇幅都是本人的一些建议以及做法

在android里关于普通GPS模块(俗称硬GPS)相对来说是比较简单的，因为android都帮你封装好了，我们要做的稍后做详解。

1、  首先拿到一个GPS模块我们先判断是硬GPS、还是半软半硬的GPS，只要不用于某个行业或者对于定位精度很高的话一般来说都会用硬GPS，关于半软半硬的GPS详解到时请参考博客高精度GPS

2、  分析硬件原理图，不过可能我个人在硬件原理图知识很欠缺，所以对于GPS我只关注三个方面电源控制、晶振和串口，这里我司产用的是外部26M晶振和主控的UART3

3、  以上准备工作都好了话、下面就切入主题了，在Android系统中，关于GPS的实现位于：

Hardware/gps/    这里只分析hal层

    Framework: 

framework\base\services\java\com\android\server\systemServer.java

framework\services\java\com\android\server\LocationManagerService.java

frameworks\base\services\java\com\android\server\location\GpsLocationProvider.java

JNI:   /framework/base/services/jni/com_android_server_location_GpsLocationProvider.cpp

4、 

5、  这样下来就可以吐出NMEA数据了，对于数据的NMEA格式这里只做稍微的讲解

$信息类型，xxx，xxx，xxx，xxx，xxx，xxx，xxx，

每行开头的字符都是$,接着是信息类型，后面是数据，用逗号隔开

信息类型为：

GPGSV：可见卫星信息

GPGLL：地理定位信息

GPRMC：推荐最小定位信息

GPVTG：地面速度信息

GPGGA：GPS定位信息

GPGSA：当前卫星信息

 

这里我们只解析GPRMC和GPGGA的信息

GPRMC数据详解：

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

<1> UTC时间，hhmmss(时分秒)格式

<2> 定位状态，A=有效定位，V=无效定位

<3> 纬度ddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)

<4> 纬度半球N(北半球)或S(南半球)

<5> 经度dddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)

<6> 经度半球E(东经)或W(西经)

<7> 地面速率(000.0~999.9节，前面的0也将被传输)

<8> 地面航向(000.0~359.9度，以真北为参考基准，前面的0也将被传输)

<9> UTC日期，ddmmyy(日月年)格式

<10> 磁偏角(000.0~180.0度，前面的0也将被传输)

<11> 磁偏角方向，E(东)或W(西)

<12> 模式指示(仅NMEA0183 3.00版本输出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效)

 

解析内容：

$GPRMC,030254.00,A,2232.79596,N,11355.90127,E,0.028,,120313,,

1. 时间，这个是格林威治时间，是世界时间（UTC），我们需要把它转换成北京时间（BTC），BTC和UTC差了8个小时，要在这个时间基础上加8个小时。

2. 定位状态，在接收到有效数据前，这个位是‘V’，后面的数据都为空，接到有效数据后，这个位是‘A’，后面才开始有数据。

3. 纬度，我们需要把它转换成度分秒的格式，计算方法：

如接收到的纬度是：2232.79596

2232.79596 / 100  =  22.3279596   可以直接读出22度

2232.79596–22 * 100 = 32.79596   可以直接读出32分

32.79596–32 = 0.79596 * 60 = 47.7576  读出47秒

所以纬度是：22度32分47秒。

4. 南北纬，这个位有两种值‘N’（北纬）和‘S’（南纬）

5. 经度的计算方法和纬度的计算方法一样

6. 东西经，这个位有两种值‘E’（东经）和‘W’（西经）

7. 速率，这个速率值是 海里/时，单位是节，要把它转换成千米/时，根据：1海里 = 1.85公里，把得到的速率乘以1.85。

8. 航向，指的是偏离正北的角度

9. 日期，这个日期是准确的，不需要转换

 

GPGGA数据详解：

$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*xx

例如：$GPGGA,030254.00,2232.79596,N,11355.90127,E,1,09,0.86,89.4,M,-2.7,M,,*7D$GPGGA：起始引导符及语句格式说明(本句为GPS定位数据)；

<1>  UTC时间，格式为hhmmss.sss；

<2>  纬度，格式为ddmm.mmmm(第一位是零也将传送)；

<3>  纬度半球，N或S(北纬或南纬)

<4>  经度，格式为dddmm.mmmm(第一位零也将传送)；

<5>  经度半球，E或W(东经或西经)

<6>  定位质量指示，0=定位无效，1=定位有效；

<7>  使用卫星数量，从00到12(第一个零也将传送)

<8>  水平精确度，0.5到99.9

<9>  天线离海平面的高度，-9999.9到9999.9米  M  指单位米

<10> 大地水准面高度，-9999.9到9999.9米  M    指单位米

<11> 差分GPS数据期限(RTCM SC-104)，最后设立RTCM传送的秒数量

<12>  差分参考基站标号，从0000到1023(首位0也将传送)。
首先看几个重要的结构体

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 a)    结构体信息
 typedef struct {
     size_t size;
     uint16_t flags;//标志位
     double latitude;//纬度
     double longitude; //经度
     double altitude; //高度信息
     float speed; //速度
     float bearing; //方向
     float accuracy; //精确度
     GpsUtcTime timestamp; //时间戳
 } GpsLocation;//表示GPS定位信息

 typedef struct {
     size_t size;
     GpsStatusValue status;
 } GpsStatus;//状态信息，有以下几种状态

 typedef uint16_t GpsStatusValue;
 #define GPS_STATUS_NONE 0//未知状态
 #define GPS_STATUS_SESSION_BEGIN 1 //已经开始导航
 #define GPS_STATUS_SESSION_END 2//停止导航
 #define GPS_STATUS_ENGINE_ON 3//已经通电但没有导航
 #define GPS_STATUS_ENGINE_OFF 4//没有通电状态

 typedef struct {
     size_t size;
     int (*init)( GpsCallbacks* callbacks );//初始化GPS，设置回调函数GpsCallbacks
     int (*start)( void ); //开始导航
     int (*stop)( void ); //停止导航
     void (*cleanup)( void ); //关闭接口
     int (*inject_time)(GpsUtcTime time, int64_t timeReference, //置入当前时间
                          int uncertainty);
     int (*inject_location)(double latitude, double longitude, float accuracy); //置入未知信息
     void (*delete_aiding_data)(GpsAidingData flags); //删除帮助数据
     int (*set_position_mode)(GpsPositionMode mode, int fix_frequency); //位置模式
     const void* (*get_extension)(const char* name);
 } GpsInterface; //很重要

 typedef struct {
     size_t size;
     gps_location_callback location_cb;//位置信息回调
     gps_status_callback status_cb; //状态信息回调
     gps_sv_status_callback sv_status_cb; //SV信息状态回调
     gps_nmea_callback nmea_cb; //NMEA数据回调
     gps_set_capabilities set_capabilities_cb;
     gps_acquire_wakelock acquire_wakelock_cb;//申请锁回调
     gps_release_wakelock release_wakelock_cb;//释放锁回调
     gps_create_thread create_thread_cb;//创建线程回调
 } GpsCallbacks;

 typedef struct {
     int init;
     int fd;
     GpsCallbacks callbacks;
     pthread_t thread;
     int control[2];
 } GpsState;

 typedef struct {
     int pos;
     int overflow;
     int utc_year;
     int utc_mon;
     int utc_day;
     int utc_diff;
     GpsLocation fix;
     GpsSvStatus     sat_status;
     GpsCallbacks callback;
     char in[ NMEA_MAX_SIZE+1 ];
 } NmeaReader;

以一个定位的应用来说明函数执行流程：一般情况下GPS默认是关闭的，所以要先

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 以下看具体函数的实现：
 static int qemu_gps_init(GpsCallbacks* callbacks)
 {
     GpsState* s = _gps_state;
     s->callbacks = *callbacks; //注册回调函数,JNI传下来的回调函数
     g_status.status=GPS_STATUS_ENGINE_ON;//设置状态 通电但还没开始导航
     s->callbacks.status_cb(&g_status);
     if (!s->init)
         gps_state_init(s);
     if (s->fd < 0)
         return -1;
      return 0;
 }

 static void gps_state_init( GpsState* state )
 {
     state->init = 1;
     state->control[0] = -1;
     state->control[1] = -1;
     state->fd = -1;
     int ret=-1;
        GPS_PowerON(); //通过文件操作到驱动层控制电源开关
      state->fd= open("/dev/s3c2410_serial3",O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY);//这里用的是UART3
      if( state->fd < 0){
             LOGE("open port /dev/s3c2410_serial3 ERROR..state->fd=%d\n",state->fd);
             exit(0);
         }else
             LOGE("open port:/dev/s3c2410_serial3 succceed..state->fd=%d\n",state->fd);
         if(fcntl( state->fd,F_SETFL,0)<0)
             LOGE("fcntl F_SETFL\n");
         {
     LOGI(">>>> Port setup..\n");
     int err;
       tcflush(state->fd, TCIOFLUSH);//以下是配置串口的参数
     if ((err = tcgetattr(state->fd,&termios)) != 0)
     {
         LOGI("tcgetattr(%d) = %d,errno %d\r\n",state->fd,err,errno);
         close(state->fd);
     }
       termios.c_iflag &= ~(IGNBRK|BRKINT|PARMRK|ISTRIP|INLCR|IGNCR|ICRNL|IXON);
       termios.c_oflag &= ~OPOST;
       termios.c_lflag &= ~(ECHO|ECHONL|ICANON|ISIG|IEXTEN);
       termios.c_cflag &= ~(CSIZE|PARENB);
       termios.c_cflag |= CS8;
       termios.c_cflag &= ~CRTSCTS;//no flow control

     tcsetattr(state->fd, TCSANOW, &termios);
     tcflush(state->fd, TCIOFLUSH);
     tcsetattr(state->fd, TCSANOW, &termios);
     tcflush(state->fd, TCIOFLUSH);
     tcflush(state->fd, TCIOFLUSH);

     if (cfsetispeed(&termios,B9600))//具体的参考GPS文档
        {
         LOGE("cfsetispeed.. errno..\r\n");
               close(state->fd);
               //return(-1);
        }
        // Set the output baud rates in the termios.
       if (cfsetospeed(&termios,B9600))
        {
         LOGE("cfsetispeed.. errno..\r\n");
               close(state->fd);
               //return(-1);
        }
     tcsetattr(state->fd,TCSANOW,&termios);
     LOGE("Port setup finished..\n");
 }
 if (state->fd < 0) {

         LOGD("no gps emulation detected");
         return;
     }
     if ( socketpair( AF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0, state->control ) < 0 ) {
         LOGE("could not create thread control socket pair: %s", strerror(errno));
         goto Fail;
     }
  //创建 gps服务线程
 state->thread=state->callbacks.create_thread_cb("gps_state_thread",gps_state_thread,state);
 }
    static void* gps_state_thread( void*  arg )  {      GpsState*   state = (GpsState*) arg;      NmeaReader  reader[1];      int         epoll_fd   = epoll_create(2);      int         started    = 0;      int         gps_fd     = state->fd;      int         control_fd = state->control[1];        nmea_reader_init( reader );        //注册监控control_fd gps_fd      epoll_register( epoll_fd, control_fd );      epoll_register( epoll_fd, gps_fd );        LOGD("gps thread running");        // now loop      for (;;) {          struct epoll_event   events[2];          int                  ne, nevents;          //当control_fd或gps_fd 有数据写入时程序往下走，否则阻塞。                 //init 到此结束          nevents = epoll_wait( epoll_fd, events, 2, -1 );          if (nevents < 0) {              if (errno != EINTR)                  LOGE("epoll_wait() unexpected error: %s", strerror(errno));              continue;          }        //  LOGD("gps thread received %d events", nevents);          for (ne = 0; ne < nevents; ne++) {              if ((events[ne].events & (EPOLLERR|EPOLLHUP)) != 0) {                  LOGE("EPOLLERR or EPOLLHUP after epoll_wait() !?");                  goto Exit;              }              if ((events[ne].events & EPOLLIN) != 0) {                  int  fd = events[ne].data.fd;                    if (fd == control_fd)                  {                      char  cmd = 255;                      int   ret;                     // LOGD("gps control fd event");                      do {                          ret = read( fd, &cmd, 1 );                      } while (ret < 0 && errno == EINTR);                        if (cmd == CMD_QUIT) {                          LOGD("gps thread quitting on demand");                          goto Exit;                      }                      else if (cmd == CMD_START) {                          if (!started)  {                            started = 1;                                                            g_status.status=GPS_STATUS_SESSION_BEGIN;//开始导航                         state->callbacks.status_cb(&g_status); //上传gps状态                             //传递回调函数，解码时reader作为参数传下去                             nmea_reader_set_callback( reader, state->callbacks );                          }                      }                      else if (cmd == CMD_STOP) {                          if (started) {                              started = 0;                                                                   g_status.status=GPS_STATUS_SESSION_END; //停止导航                           state->callbacks.status_cb(&g_status); //上传gps状态                          }                      }                  }                  else if (fd == gps_fd)                  {                      char  buff[32];                      //LOGD("gps fd event");                      for (;;) {                          int  nn, ret;                          ret = read( fd, buff, sizeof(buff) );                          if (ret < 0) {                              if (errno == EINTR)                                  continue;                              if (errno != EWOULDBLOCK)                                  LOGE("error while reading from gps daemon socket: %s:", strerror(errno));                              break;                          }                          //LOGD("received %d bytes: %.*s", ret, ret, buff);                          for (nn = 0; nn < ret; nn++)                              nmea_reader_addc( reader, buff[nn] );//解析重要的操作就是在这里实现了                      }                      //LOGD("gps fd event end");                  }                  else                  {                      LOGE("epoll_wait() returned unkown fd %d ?", fd);                  }              }          }      }  Exit:           close(gps_fd);           GPS_PowerDOWN();      return NULL;  }  static void nmea_reader_addc( NmeaReader*  r, int  c )  {      if (r->overflow) {          r->overflow = (c != '\n');          return;      }      if (r->pos >= (int) sizeof(r->in)-1 ) {          r->overflow = 1;          r->pos      = 0;          return;      }      r->in[r->pos] = (char)c;      r->pos       += 1;      if (c == '\n') {          nmea_reader_parse( r );          r->pos = 0;      }  }  static void  nmea_reader_parse( NmeaReader*  r )  {      NmeaTokenizer  tzer[1];      Token          tok;        D("Received: '%.*s'", r->pos, r->in);           /*********add by jhuang for call back NMEA***************/           if(r->callback.nmea_cb)           {           r->callback.nmea_cb(r->fix.timestamp,r->in,r->pos);           }           /************************/      if (r->pos < 9) {          //D("Too short. discarded.");          return;      }        nmea_tokenizer_init(tzer, r->in, r->in + r->pos);//这里不做详细的描述了，这个函数根据逗号的标记来取出每个数据保存      tok = nmea_tokenizer_get(tzer, 0);      if (tok.p + 5 > tok.end) {             return;      }    //'$GPGGA,081945.00,2232.79556,N,11355.90154,E,1,09,0.88,94.8,M,-2.7,M,,*7A  为例      // ignore first two characters.      tok.p += 2;      if ( !memcmp(tok.p, "GGA", 3) ) {                     #if 1          // GPS fix          Token  tok_time          = nmea_tokenizer_get(tzer,1); //对应081945.00          Token  tok_latitude      = nmea_tokenizer_get(tzer,2);          Token  tok_latitudeHemi  = nmea_tokenizer_get(tzer,3);          Token  tok_longitude     = nmea_tokenizer_get(tzer,4);          Token  tok_longitudeHemi = nmea_tokenizer_get(tzer,5);          Token  tok_altitude      = nmea_tokenizer_get(tzer,9);          Token  tok_altitudeUnits = nmea_tokenizer_get(tzer,10);            nmea_reader_update_time(r, tok_time);//更新时间          nmea_reader_update_latlong(r, tok_latitude,                                        tok_latitudeHemi.p[0],                                        tok_longitude,                                        tok_longitudeHemi.p[0]);          nmea_reader_update_altitude(r, tok_altitude, tok_altitudeUnits);                     if (r->fix.flags != 0) {                   if (r->callback.location_cb ) {                       r->callback.location_cb( &r->fix );//回调上传数据                       r->fix.flags = 0;                     }                     }                     #endif       如有什么不对的地方还请指点，我好及时纠正