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，}1234567891011121314

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,,,A∗57因此，我们可以调用这个函数，得到第几个逗号所距离第一个字符的位置，例如：NMEACommaPos(buf,2)，我们的到的是，第二个逗号距离的位置，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;
}12345678

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;i5)flen=5;   //最多取5位小数
    *dx=flen;           //小数点位数
    for(i=0;i
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$GPGSV中首先出现的地址，
    len=p1[7]-'0';                              //得到GPGSV的条数，p1[7]表示，后面的第一个字符。
    posx=NMEA_Comma_Pos(p1,3);                  //得到可见卫星总数，既将‘，’后面的字符里第一个字符的差值的到。
    if(posx!=0XFF)gpsx->svnum=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);//p1+posx 得到可见卫星总数的指针，
    for(i=0;islmsg[slx].num=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);   //得到卫星编号
            else break; 
            posx=NMEA_Comma_Pos(p1,5+j*4);            if(posx!=0XFF)gpsx->slmsg[slx].eledeg=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);//得到卫星仰角 
            else break;
            posx=NMEA_Comma_Pos(p1,6+j*4);            if(posx!=0XFF)gpsx->slmsg[slx].azideg=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);//得到卫星方位角
            else break; 
            posx=NMEA_Comma_Pos(p1,7+j*4);            if(posx!=0XFF)gpsx->slmsg[slx].sn=NMEA_Str2num(p1+posx,&dx);    //得到卫星信噪比
            else break;
            slx++;     
        }   
        p=p1+1;//切换到下一个GPGSV信息
    }   
}1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435
这个便是解析GPGSV信息，GPGSV协议如下： 
//分析GPGGA信息//gpsx:nmea信息结构体//buf:接收到的GPS数据缓冲区首地址void NMEA_GPGGA_Analysis(nmea_msg *gpsx,u8 *buf)
{    u8 *p1,dx;           
    u8 posx;    
    p1=(u8*)strstr((const char *)buf,"$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);  
}123456789101112131415
这个是解析GPGGA信息，GPGGA协议如下： 
//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);  
}123456789101112131415161718192021222324
这个是解析GPGSA信息，GPGSA协议定义如下： 
 
 
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;        
    } 
}1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647
GPRMC协议如下： 
 
//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
    }
}  123456789101112131415
这个是GPVTG信息解析，协议如下： 
 
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
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; 12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940
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 (xtimor@gmail.com)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;}123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384858687
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;1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435
结构体的具体含义， 
typedef struct _nmeaPARSER
{    void *top_node;    void *end_node;    unsigned char *buffer;    int buff_size;    int buff_use;

} nmeaPARSER;123456789
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

;  Heap Configuration
;     Heap Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>; Heap_Size       EQU     0x00001000

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

                PRESERVE8
                THUMB12345678910111213141516171819
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51212
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，