基于uClinux的GPSOne／GPS 双定位信息接收

摘要 阐述uClinux串口编程的基本方法；简要介绍操作系统的几种I／O模型，特别对基于select的I／O复用模型在监听多个设备时的适用性进行较详细的分析；比较多个串口下使用轮询方法和使用sekct机制处理的差别；结合GPSOne与GPS双定位导航系统的实例，给出双串口定位信息接收的软件实现方法。
关键词 GPs GPSOne sekct I／O复用 串口

GPS是当前在导航系统中应用最广泛的定位技术之一，但GPS也有其自身的不足。例如，当GPS终端在建筑密集的地方或在高架桥底下等恶劣的地理位置时，定位信号比较容易丢失，往往难以获取有效的定位信息。由美国高通公司开发的GPSOne定位模块，提供的定位信号是基于网络与蜂窝的定位技术。即使在卫星信号不好的情况下，只要存在联通的网络信号，利用蜂窝定位技术，就可以较容易地获得定位信号。此信号可作为GPS信号丢失情况下的一种补偿信号。
GPSOne是传统GPS定位技术与CDMA网络技术巧妙结合的混合型定位技术，即GPSOne=A-GPS+AFLT+Cell-ID。它是第一种可以在室内稳定工作的基于GPS技术的解决方案，是唯一商用的GPS定位解决方案，同时也是目前世界上最经济有效的集成型无线GPS解决方案。利用GPSOne能够弥补GPS自身不足的这一特点，本导航系统的定位信息获取模块采用GPS和GPSOne双定位方案，以实现更精确、可靠的定位。该定位信息获取模块的硬件架构是ARM+GPS+GPSOne；CPU采用Philips公司LP系列的LPC2210的ARM7芯片，操作系统采用uClinux。本系统获取定位信息的关键，在于编写好串口通信程序，从而更好地实时接收和处理当前的位置信息。由于系统功能较为复杂，需要实现GUI界面交互、定位、报警、数据库查询、语音提示等多项功能，故对串口数据的接收，利用I／O复用机制进行处理更利于系统实现和管理。

1 uClinux串口编程操作方法
在Linux中，设备分为3类：字符设备、块设备和网络设备。uClinux用设备文件表示大部分I／O设备。文件系统提供了统一的接口来访问一般意义上的文件和设备文件。
系统串口COMl与COM2，分别对应uClinux系统的／dev／ttyS0√dev／ttySl两个串口设备文件。串口属于字符型设备，对串口的编程也就是对相应文件进行读／写、控制等操作。串口编程的基本步骤是：先打开串口，设置串口属性，然后进行收发数据，最后关闭串口。
(1)打开串口
通过使用标准的文件打开函数open，达到访问串口设备驱动的目的。例如，以读写的方式打开串口1，可用下面的方法实现：
fd=open(“／dev／ttyS0”，O_RDWR)；
(2)设置串口属性
主要是设定结构体termios各成员的值。基本设置包括：波特率、数据位、校验位、停止位、输入和输出模式等。一般在设置时，先获取系统已有的串口属性，并在它的基础上进行修改。另外，设置时要用到系统预定义的宏。
(结合实例的说明略。――编者注)
(3)收发数据
uClinux下串几发送和接收数据，通过使用文件操作中的reaci和write的方法来实现。例如：
write(fd，buffer，Length)；
read(fd，buffer，Lerxgth)；
(4)关闭串口
关闭串口只须关闭已打开的串口文件描述符，如close(fd)；

2 常用的几种I／O模型
通常在操作I／O时，会用到下而几种模型之一：阻塞型I／O、非阻塞型I/O和复用型I／O。下面以读取串口数据为例，简要说明它们的基本工作原理和特点。
2.1 阻塞型I／O
顾名思义，它以阻塞方式操作I／O，如图1所示。若一个进程以阻塞方式调用tead函数读取串口数据，则该进程会一直睡眠在read系统调用上。此时系统内核会一直等待数据，直到串口有数据到达为止。当串口数据准备好后，内核就把数据从内核拷贝至用户空间；而当数据拷贝完成后，才唤醒串口读取进程，通知它读取数据报。

2.2 非阻塞I／O
图2中，在非阻塞I/O模型下，I／O操作是即时完成的。当进程调用read函数时，设置了0_NONBLOCK标志，那么即使串口没有数据可读，read函数也会立即返回。此时其返同值为EAGAIN，表明串口数据未就绪。如果串口有数据可读，则read函数会读取该数据，并返回所读数据的长度。通常轮询I／O的方法就足采用这种模型来读取串口数据的，此时进程必须通过反复调用来检测是否有数据可读。如果轮询频率过低，则容易丢失数据；轮询频率过高，则占用太多处理器的处理周期。
2．3 I／O复用
上述两种I／O模型，是最常用的两种操作I／O的方式；但在面向较复杂、需要处理多个I／O的系统时，这两种模型存在着不足之处。例如：在应用进程中需要对多个I／O设备进行监听，当某个设备町读或可写时，进程能马上得知，并进行相关处理。这时若采用阻塞方式操作I／O，则进程会阻塞在某个设备的T／O读写操作上而不能适用于这种情况；若采用非阻塞方式，则往往需要定时或循环地探测所有设备，才作相应处理，这种作法相当耗费系统中央处理器的执行周期。可见，上述的两个I／O模型都不能满足这类应用，故此需要引入一种特别的I／O处理机制，即I／O复用。
所谓I／O复用，是指当一个或多个I／O条件(可读、能写或出现异常)满足时，进程能立即知道，从而正确并高效地对它们进行处理。
在uClinux下，系统提供select函数和poll函数，用来支持I／O复用的实现。如图3所示．若使用sclcct的系统调用来查询是否有数据可读时，进程是在等待多个I／O描述接口的任一个变为可读，但此期间并不阻塞进程。当有数据报已准备好时，返回可读条件，并通知进程再次进行系统调用准备读取相应的I／O数据。此时内核就开始拷贝准备好的数据至用户空间，并返回指示进程处理数据报。