嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，對功能、可靠性、成本、體積、功耗等有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。使用嵌入式系統(tǒng)不僅對穩(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、空進行全方位實時三維導(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，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GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件和軟件提出了詳細的設(shè)計方案，給出了提取GPS特征數(shù)據(jù)的算法，這些對研究嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用、GPS定位及其在組合導(dǎo)航中的應(yīng)用以及對OEM板的二次開發(fā)等都是實用的。

　　2　系統(tǒng)總體設(shè)計

　　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板通過天線接收來自GPS的導(dǎo)航數(shù)據(jù)并經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后發(fā)送給EP7312， EP7312接收OEM板發(fā)來

　　的數(shù)據(jù)并存儲、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，無校驗位，波特率為9600 bit.s-1。通過軟件控制EP7312對GPS信號進行實時處理，以獲得當前的經(jīng)度、緯度坐標等所需信息，并通過液晶顯示。

　　3　系統(tǒng)硬件配置

　　3.1　接收模塊

　　GPS-OEM板主要是由變頻器、標頻器、信號通道、微處理器和存儲單元等構(gòu)成。在上電完成初始自檢后，它將自動地接收來自天線的GPS射頻信號，經(jīng)過變頻、放大、相關(guān)、混頻等一系列處理后，完成并行通道對其視界內(nèi)幾何位置最佳的數(shù)顆衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤，并且測出信號從衛(wèi)星到接收天線的傳播時間，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)主要是向用戶提供定位信息，包括緯度、經(jīng)度、速度、時間等。

　　系統(tǒng)接收部分選用的Jupiter TU30-D410 -031，是美國Rockwell公司生產(chǎn)的并行12通道OEM板。該OEM板具有體積小、定時時間短、無靜態(tài)漂移等特點，能夠提供位置、速度、時間、定位與導(dǎo)航信息，以載波相位輸出、1PPS時標和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，功能強大，有27個通用I/O，2個UART，2個定時器，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，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能可以根據(jù)需求的不同進行個性化配置，而且可以很方便地進行系統(tǒng)外設(shè)的擴展。

　　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，有效顯示點陣為320×240，其功耗較低，抗干擾能力強，體積小。由于EP7312內(nèi)部帶有LCD控制器，當系統(tǒng)接收OEM板輸出的導(dǎo)航數(shù)據(jù)信息時，只要設(shè)置其內(nèi)部控制器的寄存器就可以對LCD實現(xiàn)控制，然后再通過向Frame Buffer輸出接收到的并經(jīng)過處理的導(dǎo)航信息，這時顯示屏上就可以顯示定位點精確的經(jīng)度、緯度及本地時間了。

　　4　系統(tǒng)軟件設(shè)計及實現(xiàn)

　　4.1　μC/OS-II簡介

　　μC/OS-II是開源實時嵌入式操作系統(tǒng)，絕大部分代碼是用C編寫的，其可移植性較強，可廣泛地應(yīng)用于各種不同的硬件平臺上［3］。μC/OS-II是一個占先式實時系統(tǒng)，當有優(yōu)先級高的任務(wù)就緒時，原任務(wù)將被打斷而轉(zhuǎn)為優(yōu)先級較高的任務(wù)，這也是實時性的重要保證。μC/OS-II具體移植可參照其它資料。

　　4.2　應(yīng)用程序設(shè)計

　　根據(jù)設(shè)計要求，系統(tǒng)將應(yīng)用程序劃分為采集存儲和顯示兩個任務(wù)，其優(yōu)先級分別為10和11。采集存儲任務(wù)的主要功能是對導(dǎo)航數(shù)據(jù)采集，并且每30秒作為歷史記錄存儲一次，以便與當前的導(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通信標準格式，可以輸出多種句型，均以“$”開頭。輸出的語句按串口通信協(xié)議，波特率9600bit.s-1，1位開始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗。輸出數(shù)據(jù)采用的是ASCⅡ碼字符，內(nèi)容包含了緯度、經(jīng)度、速度、日期、航向及衛(wèi)星狀況等信息。語句達十余種，本系統(tǒng)所使用的語句僅限于$GPRMC定位數(shù)據(jù)語句。其結(jié)構(gòu)為：

　　$GPRMC，《1》，《2》，《3》，《4》，《5》，

　　《6》，《7》，《8》，《9》，《10》，《11》*hh

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

　　$GPRMC語句數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容為：

　　《1》定位點的協(xié)調(diào)世界時間（UTC），hhmmss（時分秒）格式;

　　《2》定位狀態(tài)，A=有效定位，V=無效定位;

　　《3》定位點緯度，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)運行時，首先應(yīng)將串行口的波特率設(shè)為此值，EP7312就會接收到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個數(shù)據(jù)包即完成整幀數(shù)據(jù)的接收，存儲后系統(tǒng)將調(diào)用等待延時函數(shù)。

　　顯示任務(wù)的功能是負責所采集的數(shù)據(jù)在LCD上顯示出來，每隔一秒刷新一次。$GPRMC語句輸出了基本的定位信息，可以滿足一般用戶的使用要求。接收來的數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存中，提取時先從數(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)的時間及經(jīng)緯度等信息。應(yīng)注意的是在處理北京時間時應(yīng)在UTC時間上加上8h才是準確的北京時，在超出24h時應(yīng)作減24h處理。系統(tǒng)運行時GPS定位信息在LCD上顯示界面如圖2。

　　5　結(jié)束語

　　本文論述了嵌入式系統(tǒng)對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，成功地實現(xiàn)了GPS定位信息的接收與顯示。該系統(tǒng)程序簡單，可靠，可運用于車輛的導(dǎo)航系統(tǒng)中，另外，其方法思路對嵌入式系統(tǒng)、OEM板開發(fā)也具有很好的參考價值。