GPS子產品HAL層分析和調試

主要： Samsung   Cortex  ARM A8  smdkc110  1G

Gps:    Ublox-G6010

系統：  android 2.3

在android裡關于普通GPS子產品(俗稱硬GPS)相對來說是比較簡單的，因為android都幫你封裝好了，我們要做的稍後做詳解。

1、  首先拿到一個GPS子產品我們先判斷是硬GPS、還是半軟半硬的GPS，隻要不用于某個行業或者對于定位精度很高的話一般來說都會用硬GPS，關于半軟半硬的GPS詳解到時請參考部落格高精度GPS

2、  分析硬體原理圖，不過可能我個人在硬體原理圖知識很欠缺，是以對于GPS我隻關注三個方面電源控制、晶振和序列槽，這裡我司産用的是外部26M晶振和主要的UART3

3、  以上準備工作都好了話、下面就切入主題了，在Android系統中，關于GPS的實作位于：

HAL:
Hardware/gps/    或
Harware/供應商名稱/gps/
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
           

  這樣下來就可以吐出NMEA資料了，對于資料的NMEA格式這裡隻做稍微的講解

$資訊類型，xxx，xxx，xxx，xxx，xxx，xxx，xxx，

每行開頭的字元都是$,接着是資訊類型，後面是資料，用逗号隔開

資訊類型為：

GPGSV：可見衛星資訊

GPGLL：地理定位資訊

GPRMC：推薦最小定位資訊

GPVTG：地面速度資訊

GPGGA：GPS定位資訊

GPGSA：目前衛星資訊

這裡我們隻解析GPRMC和GPGGA的資訊

GPRMC資料詳解：

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

<1> UTC時間，hhmmss(時分秒)格式

<2> 定位狀态，A=有效定位，V=無效定位

<3> 緯度ddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被傳輸)

<4> 緯度半球N(北半球)或S(南半球)

<5> 經度dddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被傳輸)

<6> 經度半球E(東經)或W(西經)

<7> 地面速率(000.0~999.9節，前面的0也将被傳輸)

<8> 地面航向(000.0~359.9度，以真北為參考基準，前面的0也将被傳輸)

<9> UTC日期，ddmmyy(日月年)格式

<10> 磁偏角(000.0~180.0度，前面的0也将被傳輸)

<11> 磁偏角方向，E(東)或W(西)

<12> 模式訓示(僅NMEA0183 3.00版本輸出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=資料無效)

解析内容：

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

1. 時間，這個是格林威治時間，是世界時間（UTC），我們需要把它轉換成中原標準時間（BTC），BTC和UTC差了8個小時，要在這個時間基礎上加8個小時。

2. 定位狀态，在接收到有效資料前，這個位是‘V’，後面的資料都為空，接到有效資料後，這個位是‘A’，後面才開始有資料。

3. 緯度，我們需要把它轉換成度分秒的格式，計算方法：

如接收到的緯度是：2232.79596

2232.79596 / 100  =  22.3279596   可以直接讀出22度

2232.79596–22 * 100 = 32.79596   可以直接讀出32分

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

是以緯度是：22度32分47秒。

4. 南北緯，這個位有兩種值‘N’（北緯）和‘S’（南緯）

5. 經度的計算方法和緯度的計算方法一樣

6. 東西經，這個位有兩種值‘E’（東經）和‘W’（西經）

7. 速率，這個速率值是 海裡/時，機關是節，要把它轉換成千米/時，根據：1海裡 = 1.85公裡，把得到的速率乘以1.85。

8. 航向，指的是偏離正北的角度

9. 日期，這個日期是準确的，不需要轉換

GPGGA資料詳解：

$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：起始引導符及語句格式說明(本句為GPS定位資料)；

<1>  UTC時間，格式為hhmmss.sss；

<2>  緯度，格式為ddmm.mmmm(第一位是零也将傳送)；

<3>  緯度半球，N或S(北緯或南緯)

<4>  經度，格式為dddmm.mmmm(第一位零也将傳送)；

<5>  經度半球，E或W(東經或西經)

<6>  定位品質訓示，0=定位無效，1=定位有效；

<7>  使用衛星數量，從00到12(第一個零也将傳送)

<8>  水準精确度，0.5到99.9

<9>  天線離海平面的高度，-9999.9到9999.9米  M  指機關米

<10> 大地水準面高度，-9999.9到9999.9米  M    指機關米

<11> 差分GPS資料期限(RTCM SC-104)，最後設立RTCM傳送的秒數量

<12>  差分參考基站标号，從0000到1023(首位0也将傳送)。

首先看幾個重要的結構體

a)    結構體資訊
typedef struct {
    size_t size;
    uint16_t flags;//标志位
    double latitude;//緯度
    double longitude; //經度
    double altitude; //高度資訊
    float speed; //速度
    float bearing; //方向
    float accuracy; //精确度
    GpsUtcTime timestamp; //時間戳
} GpsLocation;//表示GPS定位資訊

typedef struct {
    size_t size;
    GpsStatusValue status;
} GpsStatus;//狀态資訊，有以下幾種狀态

typedef uint16_t GpsStatusValue;
#define GPS_STATUS_NONE 0//未知狀态
#define GPS_STATUS_SESSION_BEGIN 1 //已經開始導航
#define GPS_STATUS_SESSION_END 2//停止導航
#define GPS_STATUS_ENGINE_ON 3//已經通電但沒有導航
#define GPS_STATUS_ENGINE_OFF 4//沒有通電狀态

typedef struct {
    size_t size;
    int (*init)( GpsCallbacks* callbacks );//初始化GPS，設定回調函數GpsCallbacks
    int (*start)( void ); //開始導航
    int (*stop)( void ); //停止導航
    void (*cleanup)( void ); //關閉接口
    int (*inject_time)(GpsUtcTime time, int64_t timeReference, //置入目前時間
                         int uncertainty);
    int (*inject_location)(double latitude, double longitude, float accuracy); //置入未知資訊
    void (*delete_aiding_data)(GpsAidingData flags); //删除幫助資料
    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;//位置資訊回調
    gps_status_callback status_cb; //狀态資訊回調
    gps_sv_status_callback sv_status_cb; //SV資訊狀态回調
    gps_nmea_callback nmea_cb; //NMEA資料回調
    gps_set_capabilities set_capabilities_cb;
    gps_acquire_wakelock acquire_wakelock_cb;//申請鎖回調
    gps_release_wakelock release_wakelock_cb;//釋放鎖回調
    gps_create_thread create_thread_cb;//建立線程回調
} 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; 
           

以下看具體函數的實作：
static int qemu_gps_init(GpsCallbacks* callbacks)
{
    GpsState* s = _gps_state;
    s->callbacks = *callbacks; //注冊回調函數,JNI傳下來的回調函數
    g_status.status=GPS_STATUS_ENGINE_ON;//設定狀态 通電但還沒開始導航
    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(); //通過檔案操作到驅動層控制電源開關
    state->fd= open("/dev/s3c2410_serial3",O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY);//這裡用的是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);//以下是配置序列槽的參數
        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))//具體的參考GPS文檔
       {
        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;
    }
   //建立 gps服務線程
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 );
    //注冊監控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;
        //當control_fd或gps_fd 有資料寫入時程式往下走，否則阻塞。
        //init 到此結束
        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;//開始導航
                          state->callbacks.status_cb(&g_status); //上傳gps狀态
                           //傳遞回調函數，解碼時reader作為參數傳下去
                           nmea_reader_set_callback( reader, state->callbacks );
                        }
                    }
                    else if (cmd == CMD_STOP) {
                        if (started) {
                            started = 0;                                                                 
                            g_status.status=GPS_STATUS_SESSION_END; //停止導航
                            state->callbacks.status_cb(&g_status); //上傳gps狀态
                        }
                    }
                  }
                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這裡實作了
                    }
                    //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);//這裡不做詳細的描述了，這個函數根據逗号的标記來取出每個資料儲存
    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  為例
    // 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); //對應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);//更新時間
        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 );//回調上傳資料
                     r->fix.flags = 0;
                 }
         }
       #endif
           

本文作為平時網上參考時的記錄，友善後續GPS子產品開發時參考使用。