基于WinCE的GPS移动设备设计
近年来随着gps的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断展开，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。如何设计一个带有gps功能的移动设备，实现对gps卫星数据的接收和解码，已经是现在cps应用的热点。
1 开发平台
1.1 软件平台
为适应大多数windows用户的使用习惯，我们设定移动设备运行环境为嵌入式操作系统windows ce 5.0(简称wince 5.0)，开发过程在windows xp操作系统下进行。开发软件为visual studio 2005(简称vs2005)，编程语言为c++。vs2005是windows操作系统下的一套完整的开发工具，用于生成asp web应用程序、xml web services、桌面应用程序和移动应用程序。通过使用这些工具和.netframework精简版(.net framework的子集)，可以在个人数字助理(pda)、移动电话和其他资源受约束的设备中，创建、生成、调试和部署在.net framework精简版上运行的应用程序。
1.2 硬件平台
1.2.1 嵌入式开发板
由于设定移动设备使用的运行环境为wince 5.0，过程中需要处理大量的数据，所以对开发板要求较高。目前wince 5.0支持的处理器主要有arm、x86、powerpc、mips等，其中arm是近年来在嵌入式系统中很有影响力的微处理器架构，在同等处理器主频下，arm内核的芯片面积最小，功耗最低，价格也最低廉，在性能、技术指标、软件支持工具、内置调试工具和开发资料等方面都有优势。考虑到本系统移动终端的体积、功耗、成本等因素，最后决定选用arm内核的处理器，开发板为光嵌公司的gec2440，主要参数如表l所示。
1.2.2 gps接收模块
gps接收模块负责接收gps射频信号，将信号下变频和解调，输出标准的串口信号供处理器进行下一步处理。本设计中用到的gps接收模块为levave公司的gps-r36-at模块，性能参数如表2所示。该接收模块主要包含基带芯片和射频芯片，采用了sirf iii模块，整合片状陶瓷芯片，无需外加天线，接收c/a码卫星信号，输出的信号为nmea0183协议数据，通过串口与主设备进行通信。
2 整体设计
设计主要依照gps数据信号的流向来进行。gps数据信号通过串口读入到开发板主程序，然后经过对数据信号进行解码获得当前位置的经纬度信息，再在经纬度数据库中查询获得当前位置的地名，整个过程由触摸屏进行显示，并通过触摸屏完成人机交互。
2.1 串口驱动
microsoft embedded tools封装了windows api函数，便于windows ce应用程序的开发。在windows ce中，所有的设备都被看成是文件。串口通信可以像访问普通文件那样通过api通信函数来实现，系统的虚拟驱动程序负责执行特定的工作。在windows ce下串行端口被视为用于打开、关闭、读写串行端口的常规可安装的流设备，是串行设备接口的常规i/o驱动程序调用和与通信相关的具体函数的结合。windows ce的通信函数和其它大多数windows的通信函数相似，值得注意的是，windows ce不支持直接对串行端口的寄存器进行编程。
2.1.1 打开和关闭串口
createfile函数用于打开串行口。m_hdscomm=createfile(_t(com2：))，gener2ic_read|gener ic_wr ite，0，null，open_existin-g，0,null)。注意com2后面要有一个冒号。第三个参数dwsharemode也必须为o，通信端口不能像文件一样被共享。最后一个参数dwflagsand-attributes必须为0，因为windows ce只支持非重叠i/o。这个函数的返回值是已打开的串行端口的句柄或者是invalld_handle_value。关闭串口可以调用closehandle(m_hdscomm)。
2.1.2 串口参数设置
串口设置主要是用dcb构配置端口设置，包括波特率、停止位、数据位长度、校验位、流量控制和超时值等等。首先打开串行端口，用getcommstate函数获得当前打开的串口配置，然后根据需要修改dcb成员，最后用setcommstate函数设置新的串口配置。
2.1.3 设置缓冲区大小和超时
对串口来说，必须设置超时值，否则程序可能陷入到一个循环来等待来自串口的字符。这对采用windowsce的设备来说，将大大减少设备电池的使用时间，所以超时值是必须配置的。另外一种解决办法就是采用多线程。通常，配置超时值和配置串口类似。首先用getcommti-meouts函数获得当前串口的超时值，然后修改com2mtimeouts成员，最后用setcommtimeouts函数设定超时值。
2.1.4 读写串口
利用readfile和writefile函数读写串口。需要注意的是windows ce不支持重叠i/o，所以如果在主线程进行大量读写串口操作时，有可能使整个程序陷入缓慢的串口等待中去，因此一般都采用多线程来进行读写串口操作。
2.2 gps数据处理
gps数据处理模块的设计方案如图1所示。gps接收模块通过串口2将定位数据(nmea0183 ver2.0)传给开发板，然后应用程序对数据进行处理。在vs2005中，直接利用串口通信方法将定位数据读入，接着进行定位数据的分类，并提取出所需要的信息，同时将这些有用的信息传给主应用程序，主应用程序再将gps接收模块的控制信息整理成nema0183 ver2.0语句。
2.3 信号接收与处理
gps接收到位置信号后，系统将对gps的定位信息进行分解并提取出有用数据。gps信号接收和处理的过程是：通过串口2将gps输出的数据传递给开发板，开发板主程序获得目标当前的位置(经纬度坐标)，将接收机获得的gps数据进行分解，从中得到目标当前的位置和格林威治时间(该时间加上8小时即为我国标准时间)，再将当前位置在经纬度数据库查询，获得当前的具体地点名。
经纬度随着开发板的移动是不断变化的，在控件显示时要设定一个timer来更新值，本程序设置的是1s，如果在实际应用中移动速度非常快的话可以把timer更新值设得更小。
2.4 人机界面设计
系统采用三星tft显示屏，分辨率为420×272。人机界面基本功能包括串口选择控件、波特率选择控件、经纬度显示框、地点显示框、“搜星”按钮、“地点查询”按钮、文本框等，具体交互界面设计如图2所示。串口和波特率两个控件为串口选择和波特率的选择，其中串口选择控件提供串口l和串口2进行选择;波特率控件提供有三种设置，分别为4800、9600、19200。“搜星”按钮为打开对应串口，开始从gps接收模块接收数据。“地点查询”按钮用来显示当地的实际地点名，当搜到星后，按这个按钮，通过查询经纬度数据库，就可以查到对应地名。最下面的文本框显示原始的数据流。
3 操作系统移植
wince 5.0操作系统的移植主要是基于硬件平台进行bsp开发。bsp是基于wince 5.0平台系统的主要部分，它主要由一些源文件和二进制文件组成，又称主板支持软件包，它是一个主要由包含启动程序(bootloader)、oem适配层程序(oal)相关硬件设备的驱动程序的软件包，另外还可以把上层的应用也放到bsp中。在bsp内部，通过oal链接到系统核心，而驱动程序和系统配置文件是与oal层相互关联来完成驱动设备和配置系统的功能。在bsp外部，我们可以看到一个建立在硬件平台上的主板支持包。在开发过程中可以利用开发板运营商提供的bsp包进行操作系统的定制，定制完成后固化到nandflash中。
4 测试
因为开发板的串口2直接与gps接收模块的串口相连，所以串口设置选择串口2。波特率应与gps接收模块匹配，设置为4800。gps模块为上电即启动，并且不能关闭，所以点击“搜星”按钮即可接收数据。启动“搜星”按钮后1min左右，就能显示正确的经纬度。点击“地点查询”按钮，能正确显示地点信息。最下面的文本框可以显示原始的数据流。测试时实拍的照片如图2所示。
5 总结
文章以vs2005为软件平台，利用基于arm处理器的wince 5.0嵌入式开发平台和gps接收模块，通过合理使用串口通信，实现了gps数据信号的接收与解码，并利用触摸屏进行显示，已基本具备gps移动设备的雏形。
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为适应大多数windows用户的使用习惯，我们设定移动设备运行环境为嵌入式操作系统windows ce 5.0(简称wince 5.0)，开发过程在windows xp操作系统下进行。开发软件为visual studio 2005(简称vs2005)，编程语言为c++。vs2005是windows操作系统下的一套完整的开发工具，用于生成asp web应用程序、xml web services、桌面应用程序和移动应用程序。通过使用这些工具和.netframework精简版(.net framework的子集)，可以在个人数字助理(pda)、移动电话和其他资源受约束的设备中，创建、生成、调试和部署在.net framework精简版上运行的应用程序。
1.2 硬件平台
1.2.1 嵌入式开发板
由于设定移动设备使用的运行环境为wince 5.0，过程中需要处理大量的数据，所以对开发板要求较高。目前wince 5.0支持的处理器主要有arm、x86、powerpc、mips等，其中arm是近年来在嵌入式系统中很有影响力的微处理器架构，在同等处理器主频下，arm内核的芯片面积最小，功耗最低，价格也最低廉，在性能、技术指标、软件支持工具、内置调试工具和开发资料等方面都有优势。考虑到本系统移动终端的体积、功耗、成本等因素，最后决定选用arm内核的处理器，开发板为光嵌公司的gec2440，主要参数如表l所示。
1.2.2 gps接收模块
gps接收模块负责接收gps射频信号，将信号下变频和解调，输出标准的串口信号供处理器进行下一步处理。本设计中用到的gps接收模块为levave公司的gps-r36-at模块，性能参数如表2所示。该接收模块主要包含基带芯片和射频芯片，采用了sirf iii模块，整合片状陶瓷芯片，无需外加天线，接收c/a码卫星信号，输出的信号为nmea0183协议数据，通过串口与主设备进行通信。
2 整体设计
设计主要依照gps数据信号的流向来进行。gps数据信号通过串口读入到开发板主程序，然后经过对数据信号进行解码获得当前位置的经纬度信息，再在经纬度数据库中查询获得当前位置的地名，整个过程由触摸屏进行显示，并通过触摸屏完成人机交互。
2.1 串口驱动
microsoft embedded tools封装了windows api函数，便于windows ce应用程序的开发。在windows ce中，所有的设备都被看成是文件。串口通信可以像访问普通文件那样通过api通信函数来实现，系统的虚拟驱动程序负责执行特定的工作。在windows ce下串行端口被视为用于打开、关闭、读写串行端口的常规可安装的流设备，是串行设备接口的常规i/o驱动程序调用和与通信相关的具体函数的结合。windows ce的通信函数和其它大多数windows的通信函数相似，值得注意的是，windows ce不支持直接对串行端口的寄存器进行编程。
2.1.1 打开和关闭串口
createfile函数用于打开串行口。m_hdscomm=createfile(_t(com2：))，gener2ic_read|gener ic_wr ite，0，null，open_existin-g，0,null)。注意com2后面要有一个冒号。第三个参数dwsharemode也必须为o，通信端口不能像文件一样被共享。最后一个参数dwflagsand-attributes必须为0，因为windows ce只支持非重叠i/o。这个函数的返回值是已打开的串行端口的句柄或者是invalld_handle_value。关闭串口可以调用closehandle(m_hdscomm)。
2.1.2 串口参数设置
串口设置主要是用dcb构配置端口设置，包括波特率、停止位、数据位长度、校验位、流量控制和超时值等等。首先打开串行端口，用getcommstate函数获得当前打开的串口配置，然后根据需要修改dcb成员，最后用setcommstate函数设置新的串口配置。
2.1.3 设置缓冲区大小和超时
对串口来说，必须设置超时值，否则程序可能陷入到一个循环来等待来自串口的字符。这对采用windowsce的设备来说，将大大减少设备电池的使用时间，所以超时值是必须配置的。另外一种解决办法就是采用多线程。通常，配置超时值和配置串口类似。首先用getcommti-meouts函数获得当前串口的超时值，然后修改com2mtimeouts成员，最后用setcommtimeouts函数设定超时值。
2.1.4 读写串口
利用readfile和writefile函数读写串口。需要注意的是windows ce不支持重叠i/o，所以如果在主线程进行大量读写串口操作时，有可能使整个程序陷入缓慢的串口等待中去，因此一般都采用多线程来进行读写串口操作。
2.2 gps数据处理
gps数据处理模块的设计方案如图1所示。gps接收模块通过串口2将定位数据(nmea0183 ver2.0)传给开发板，然后应用程序对数据进行处理。在vs2005中，直接利用串口通信方法将定位数据读入，接着进行定位数据的分类，并提取出所需要的信息，同时将这些有用的信息传给主应用程序，主应用程序再将gps接收模块的控制信息整理成nema0183 ver2.0语句。
2.3 信号接收与处理
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经纬度随着开发板的移动是不断变化的，在控件显示时要设定一个timer来更新值，本程序设置的是1s，如果在实际应用中移动速度非常快的话可以把timer更新值设得更小。
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4 测试
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5 总结
文章以vs2005为软件平台，利用基于arm处理器的wince 5.0嵌入式开发平台和gps接收模块，通过合理使用串口通信，实现了gps数据信号的接收与解码，并利用触摸屏进行显示，已基本具备gps移动设备的雏形。
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