nmealib的使用可以縮短GPS的開發(fā)周期

程序員Tim 提供了一個非常完善的NMEA解碼庫，直接使用該解碼庫，可以避免重復(fù)發(fā)明輪子的工作。在野火提供的GPS模塊資料的“NMEA0183解碼庫源碼”文件夾中也包含了該解碼庫的源碼，野火提供的STM32程序就是使用該庫來解碼NMEA語句的。

該解碼庫目前最新為0.5.3版本，它使用純C語言編寫，支持windows、winCE 、UNIX平臺，支持解析GPGGA，GPGSA,GPGSV,GPRMC,GPVTG這五種語句(這五種語句已經(jīng)提供足夠多的GPS信息)，解析得的GPS數(shù)據(jù)信息以結(jié)構(gòu)體存儲，附加了地理學(xué)相關(guān)功能，可支持導(dǎo)航等數(shù)據(jù)工作，除了解析NMEA語句，它還可以根據(jù)隨機數(shù)產(chǎn)生NMEA語句，方便模擬。

0.nmealib簡介

nmealib是一個基于C語言的用于nmea協(xié)議的開源庫。雖然nmea體積小巧，但是卻具備了不少功能。

分析NMEA語句并把結(jié)果保存在合適的C語言結(jié)構(gòu)體中。

除了解析NMEA語句之外，還可以產(chǎn)生NMEA語句。

支持多種NMEA語句，包括GPGGA, GPGSA, GPGSV, GPRMC, GPVTG。

解析算法層次嚴謹。

附加地理學(xué)相關(guān)功能，可支持導(dǎo)航等數(shù)據(jù)工作。

1.目錄介紹

nmealib的目錄還是非常清晰的，下面簡單介紹一下。

include\nmealib文件夾中存在nmealib相關(guān)的頭文件

src文件夾存放nmealib相關(guān)源文件，該文件夾中的內(nèi)容和include\nmealib文件夾相對應(yīng)

samples文件夾存放若干例子，一些簡單易懂的例子。

2.示例代碼

[cpp]view plaincopy

#include

#include

#include

intmain()

{

//被測試的GPS模塊輸出數(shù)據(jù)，僅有GPRMC格式

chargps_str[]="$GPRMC,013257.00,A,3129.51829,N,12022.10562,E,0.093,,270813,,,A*7A\r\n";

nmeaINFOinfo;//nmea協(xié)議解析結(jié)果結(jié)構(gòu)體

nmeaPARSERparser;//nmea協(xié)議解析載體

nmea_zero_INFO(&info);//填入默認的解析結(jié)果

nmea_parser_init(&parser);//為解析載體分配內(nèi)存空間

//調(diào)用函數(shù)完成GPS信息解析，最終結(jié)果保留于info數(shù)組中

if((nmea_parse(&parser,gps_str,(int)strlen(gps_str),&info))>0)

{

printf("longitude%.5f\r\n",info.lon);

printf("latitude%.5f\r\n",info.lat);

printf("speed%.2f\r\n",info.speed);

}

nmea_parser_destroy(&parser);//釋放解析載體的內(nèi)存空間

return0;

}

圖1 程序輸出結(jié)果

利用nmealib解析GPS模塊的輸出結(jié)果大致可以分為三步，第一步定義和初始化GPS信息結(jié)構(gòu)體和解析載體結(jié)構(gòu)體，第二步調(diào)用nmea_parse函數(shù)完成解析工作，第三步釋放解析載體所占用的內(nèi)存空間。如果仔細查看nmea_parser_init部分的代碼，便會發(fā)現(xiàn)函數(shù)中使用了C標準庫的malloc函數(shù)，該函數(shù)會在RAM中的heap空間開辟一個空間，這就需要使用完該載體之后立刻釋放，所以nmea_parser_init和nmea_parser_destroy需要成對出現(xiàn)。

[cpp]view plaincopy

typedefstruct_nmeaINFO

{

intsmask;/**

nmeaTIMEutc;/**

intsig;/**

intfix;/**

doublePDOP;/**

doubleHDOP;/**

doubleVDOP;/**

doublelat;/**

doublelon;/**

doubleelv;/**

doublespeed;/**

doubledirection;/**

doubledeclination;/**

nmeaSATINFOsatinfo;/**

}nmeaINFO;

nmeaINFO是一個很關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)體，該結(jié)構(gòu)體中保存了nmea語句解析的結(jié)果。例如lat代表緯度，lon代表精度，speed代表速度。需要注意的是lat和lon的數(shù)值格式和百度地圖的格式是有區(qū)別，而速度的單位為KM/H，相對于“節(jié)”這個單位，公里每小時要好理解的多。

GPS模塊可以輸出的內(nèi)容很多，但是最基本的信息可通過GPRMC獲得。GPRMC的具體格式如下內(nèi)容所示：

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

<1> UTC時間，hhmmss.sss(時分秒.毫秒)格式

<2> 定位狀態(tài)，A=有效定位，V=無效定位

<3> 緯度ddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也將被傳輸)

<4> 緯度半球N(北半球)或S(南半球)

<5> 經(jīng)度dddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也將被傳輸)

<6> 經(jīng)度半球E(東經(jīng))或W(西經(jīng))

<7> 地面速率(000.0~999.9節(jié)，前面的0也將被傳輸)

<8> 地面航向(000.0~359.9度，以正北為參考基準，前面的0也將被傳輸)

<9> UTC日期，ddmmyy(日月年)格式

<10> 磁偏角(000.0~180.0度，前面的0也將被傳輸)

<11> 磁偏角方向，E(東)或W(西)

<12> 模式指示(僅NMEA0183 3.00版本輸出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=數(shù)據(jù)無效)

在不同的情況下測試GPS模塊，可以獲得以下三種不同形式的輸出內(nèi)容：

1）$GPRMC,013257.00,A,3129.51829,N,12022.10562,E,0.093,,270813,,,A*7A\r\n

2）$GPRMC,022649.00,V,,,,,,,020913,,,N*7F\r\n

3）$GPRMC,,V,,,,,,,,,,N*53\r\n

【第一種】GPS定位成功，輸出正確的GPS位置信息和對地速度信息。

【第二種】GPS定位異常，只有UTC時間信息，其中V代表定位錯誤。

【第三種】GPS定位異常，甚至沒有UTC時間信息，其中V代表定位錯誤。

通過測試，nmealib處理第一種情況沒有任何問題，但是連續(xù)處理第二種和第三種情況會產(chǎn)生問題，產(chǎn)生問題的主要原因是動態(tài)開辟的空間沒有被釋放。解決該問題需要修改nmealib的源代碼。如果不想修改nmealib源代碼，可以在串口接收GPS輸出內(nèi)容時直接過濾帶有V的字符串，這種方法簡單有效，同樣可以獲得準確的GPS坐標信息。

3.若干注意點

3.1 重置解析載體緩沖區(qū)

由于nmealib雖然使用C語言，但是相關(guān)測試環(huán)境均基于PC環(huán)境，所以在嵌入式環(huán)境下需要對相關(guān)參數(shù)(宏定義)進行修改。例如context.h文件中，定義了待處理的nmea緩沖區(qū)的大小，相關(guān)宏定義如下

#define NMEA_DEF_PARSEBUFF (1024)

#define NMEA_MIN_PARSEBUFF (256)

示例代碼的分析中提到，解析載體parser通過動態(tài)內(nèi)存分配的方法開辟空間，該空間位于RAM空間中的heap部分，如果heap部分設(shè)置的太小，將會導(dǎo)致MCU進入不可預(yù)知的狀態(tài)或者直接掉入斷言中。

在編譯器設(shè)置中，option->linker，cstack和heap的大小設(shè)置如下圖所示，此時heap的大小僅有512個字節(jié)，而解析載體卻需要1024個字節(jié)，那么分配內(nèi)存時勢必會產(chǎn)生問題，而工程的編譯卻不會有任何問題。

圖2 不合適的HEAP大小設(shè)置

[cpp]view plaincopy

if(0==(parser->buffer=malloc(buff_size)))

nmea_error("Insufficientmemory!");//此時會發(fā)生內(nèi)存分配錯誤

else

{

parser->buff_size=buff_size;

resv=1;

}

在這種情況下可以適當減少緩沖區(qū)的大小，例如修改如下：

#define NMEA_DEF_PARSEBUFF (256)

#define NMEA_MIN_PARSEBUFF (128)

同時可以把HEAP空間大小的調(diào)整一下。

圖3 合適的HEAP大小設(shè)置

當然緩沖區(qū)的大小也是視情況而定，若GPS模塊僅輸出GPRMC語句，那么256字節(jié)的緩沖區(qū)已經(jīng)足夠了。但是如果GPS模塊輸出GPGGA, GPGSA, GPGSV, GPRMC, GPVTG等多種數(shù)據(jù)，那么256字節(jié)的緩沖區(qū)也有可能不夠使用。

3.2 注意nmeaINFO結(jié)構(gòu)體大小

nmeaINFO結(jié)構(gòu)體左右360字節(jié)，若該結(jié)構(gòu)體類型的變量勢必會占用較多的CSTACK（全局變量的情況除外），在嵌入式編程中像nmeaINFO類型的變量也可算的上是中型“人物”了。所以在調(diào)試的過程中可以打開IDE的stack查看功能（進入debug模式，view->stack），觀察當前函數(shù)的CSTACK使用情況，尤其要注意CSTACK越界的情況。

圖4 查看CSTACK空間占用情況

從上圖可以看出，CSTACK的大小為2048字節(jié)（2K），此時被占用752字節(jié)，占用率為36%，完全在可以接受的范圍內(nèi)。

4.總結(jié)

nmealib的使用可以縮短GPS的開發(fā)周期，這里只是簡單的舉例了nmealib的基本功能，更多的功能可以查看samples文件夾中的例子，并在實踐中不斷熟悉提高。