嵌入式系統是以應用為中心，計算機技術為基礎，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。使用嵌入式系統不僅對穩定性有很大的改善，而且使應用模塊化，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（Global Position System，GPS）是可在海、陸、空進行全方位實時三維導航與定位的新一代衛星導航定位系統，具有全天候、高精度和高效益等特點，現GPS已在各領域得到廣泛應用［2］。

　　本文采用嵌入式操作系統μC/OS-II，控制OEM板接收導航信息，并對GPS數據采集系統的硬件和軟件提出了詳細的設計方案，給出了提取GPS特征數據的算法，這些對研究嵌入式系統應用、GPS定位及其在組合導航中的應用以及對OEM板的二次開發等都是實用的。

　　2　系統總體設計

　　嵌入式GPS數據采集系統由接收部分（OEM板）、電平轉換部分（MAX232）、控制部分、顯示部分組成，硬件結構如圖1所示。

　　OEM板通過天線接收來自GPS的導航數據并經過電平轉換后發送給EP7312， EP7312接收OEM板發來

　　的數據并存儲、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位數據位，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，以獲得當前的經度、緯度坐標等所需信息，并通過液晶顯示。

　　3　系統硬件配置

　　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，經過變頻、放大、相關、混頻等一系列處理后，完成并行通道對其視界內幾何位置最佳的數顆衛星的連續跟蹤，并且測出信號從衛星到接收天線的傳播時間，解譯出GPS衛星所發送的導航電文，最后經由I/0口輸出串行數據，這些數據主要是向用戶提供定位信息，包括緯度、經度、速度、時間等。

　　系統接收部分選用的Jupiter TU30-D410 -031，是美國Rockwell公司生產的并行12通道OEM板。該OEM板具有體積小、定時時間短、無靜態漂移等特點，能夠提供位置、速度、時間、定位與導航信息，以載波相位輸出、1PPS時標和10kHz方波輸出，適合各種導航定位的應用。

　　3.2　控制模塊

　　系統采用Cirrus Logic公司的32位嵌入式處理器EP7312。該ARM處理器內帶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構成的GPS應用系統，具有功耗低、體積小、使用靈活的特點，系統的結構和功能可以根據需求的不同進行個性化配置，而且可以很方便地進行系統外設的擴展。

　　3.3　顯示模塊

　　本系統采用液晶顯示器是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內部帶有LCD控制器，當系統接收OEM板輸出的導航數據信息時，只要設置其內部控制器的寄存器就可以對LCD實現控制，然后再通過向Frame Buffer輸出接收到的并經過處理的導航信息，這時顯示屏上就可以顯示定位點精確的經度、緯度及本地時間了。

　　4　系統軟件設計及實現

　　4.1　μC/OS-II簡介

　　μC/OS-II是開源實時嵌入式操作系統，絕大部分代碼是用C編寫的，其可移植性較強，可廣泛地應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，當有優先級高的任務就緒時，原任務將被打斷而轉為優先級較高的任務，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　應用程序設計

　　根據設計要求，系統將應用程序劃分為采集存儲和顯示兩個任務，其優先級分別為10和11。采集存儲任務的主要功能是對導航數據采集，并且每30秒作為歷史記錄存儲一次，以便與當前的導航信息比較。首先必須掌握系統的通信協議。GPS-OEM板采用NMEA-0183通信標準格式，可以輸出多種句型，均以“$”開頭。輸出的語句按串口通信協議，波特率9600bit.s-1，1位開始位，8位數據位，1位停止位，無奇偶校驗。輸出數據采用的是ASCⅡ碼字符，內容包含了緯度、經度、速度、日期、航向及衛星狀況等信息。語句達十余種，本系統所使用的語句僅限于$GPRMC定位數據語句。其結構為：

　　$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語句數據區的內容為：

　　《1》定位點的協調世界時間（UTC），hhmmss（時分秒）格式;

　　《2》定位狀態，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》定位點經度，dddmm.mmmmm（度分）格式;

　　《6》經度半球，E（東經）或W（西經）;

　　《7》地面速率，000.0節~999.9節;

　　《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的波特率設置為9600bit.s-1，因此任務運行時，首先應將串行口的波特率設為此值，EP7312就會接收到OEM板的定位數據。在串口收到信息后，先判別是否為語句引導頭“$GPRMC”，否，則放棄此次接收;是，則接收數據內容。由于接收到$GPRMC幀頭后，再接收11個數據包即完成整幀數據的接收，存儲后系統將調用等待延時函數。

　　顯示任務的功能是負責所采集的數據在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。接收來的數據存放在內存中，提取時先從數據中讀取定位狀態判斷是否有效，若有效再提取相應的時間及經緯度等信息。應注意的是在處理北京時間時應在UTC時間上加上8h才是準確的北京時，在超出24h時應作減24h處理。系統運行時GPS定位信息在LCD上顯示界面如圖2。

　　5　結束語

　　本文論述了嵌入式系統對GPS數據的讀取、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，成功地實現了GPS定位信息的接收與顯示。該系統程序簡單，可靠，可運用于車輛的導航系統中，另外，其方法思路對嵌入式系統、OEM板開發也具有很好的參考價值。