基于uClinux的GPSOne/GPS雙定位信息接收

該函數(shù)允許進(jìn)程指示內(nèi)核等待多個(gè)事件中的任一個(gè)發(fā)生，并僅在一個(gè)或多個(gè)事件發(fā)生或經(jīng)過某指定的時(shí)間后才喚醒進(jìn)程。該函數(shù)的第1個(gè)參數(shù)n表示文件描述符集合中最大值再加1；第2個(gè)參數(shù)readfds，表示可讀的文件描述符集合，用于查看是否有可讀取數(shù)據(jù)；第3個(gè)參數(shù)writefds表示可寫的文件描述符集合，用于查看是否能寫入數(shù)據(jù)；第4個(gè)參數(shù)exceptfds用于異常控制；最后一個(gè)參數(shù)timeout決定了select將會阻塞多久才把控制權(quán)移交給調(diào)用它的進(jìn)程。調(diào)用select之前，必須對此參數(shù)進(jìn)行初始化。若timeout值為0，則select直接返回0。此時(shí)I/O操作沒有等待就立即返回，相當(dāng)于一種非阻塞I/O的調(diào)用。

在應(yīng)用中，通常先調(diào)用select查看哪個(gè)I/O設(shè)備可讀/寫。如果沒有可讀/寫的設(shè)備，并且沒有設(shè)置超時(shí)返回功能，那么進(jìn)程將阻塞在select調(diào)用上；如果有，則select函數(shù)返回，緊接著可通過測試參數(shù)readfds和writefds來確定哪個(gè)I/O設(shè)備可讀或能寫，而后以非阻塞方式操作該I/O設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)期望功能。

在實(shí)現(xiàn)select應(yīng)用的過程中，還會使用到這些select相關(guān)接口：

void FD_ZERO(fd_set *fdset);
　　void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);
　　void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);
　　int FD_ISSET(int fd

, fd_set *fdset);

其中，fd_set表示設(shè)備文件描述符集合，fd表示設(shè)備文件描述符。FD_ZERO函數(shù)用于清除設(shè)備文件描述符集合所有元素；FD_SET函數(shù)用于把某個(gè)文件描述符添加至文件描述符集合；FD_CLR函數(shù)用于從文件描述符集合中刪除某個(gè)文件描述符；而FD_ISSET用于檢測設(shè)備文件描述符集合的某個(gè)文件描述符是否有效，有效則表示該位對應(yīng)的設(shè)備有數(shù)據(jù)可讀或可寫。

4 輪詢檢測方法與select方法的比較

4.1 輪詢檢測方法

輪詢檢測方法是指對串口進(jìn)行非阻塞的讀寫操作。當(dāng)操作未成功時(shí)，讓進(jìn)程或線程掛起一段時(shí)間，然后再使用非阻塞調(diào)用來重新查詢串口是否有可讀/寫數(shù)據(jù)。用此方法，相當(dāng)于系統(tǒng)不斷地對接收或者發(fā)送操作的執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行探測，直到把數(shù)據(jù)發(fā)出去或者接收完成定量的數(shù)據(jù)，才退出此輪詢循環(huán)。而對于接收與發(fā)送不確定哪個(gè)時(shí)刻會到達(dá)的情況，即隨機(jī)性比較高的讀/寫操作，采用輪詢方法會造成CPU資源浪費(fèi)。如果輪詢頻率過低，則會使系統(tǒng)少接收一部分?jǐn)?shù)據(jù)或接收過慢；反之，則接收方會因?yàn)榈却枚荒芙邮崭嘈碌臄?shù)據(jù)。輪詢頻率過高的情況，會讓CPU過度頻繁地查詢串口狀態(tài)，造成過多的耗用CPU執(zhí)行周期，降低其利用率。

4.2 select機(jī)制能充分利用系統(tǒng)時(shí)間的原因

與頻繁調(diào)用非阻塞讀寫函數(shù)來輪詢監(jiān)聽I/O的方法相比， select調(diào)用允許用戶把進(jìn)程本身掛起來，同時(shí)使系統(tǒng)內(nèi)核監(jiān)聽所要求的一組文件描述符的任何活動。只要確認(rèn)在任何被監(jiān)控的文件描述符上出現(xiàn)活動，select調(diào)用將返回指示該設(shè)備文件已經(jīng)準(zhǔn)備好的信息。這樣就使進(jìn)程能相對實(shí)時(shí)地監(jiān)測到I/O設(shè)備上隨機(jī)的變化，而不必由進(jìn)程本身去探測輸入數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好。

5 利用select I/O的機(jī)制實(shí)現(xiàn)GPS與GPSOne數(shù)據(jù)的接收

本文提出的基于GPS與GPSOne信號的雙定位的解決方案，即對系統(tǒng)兩個(gè)串口定位信號的監(jiān)聽與處理，充分利用uClinux下基于Select的I/O復(fù)用機(jī)制，更利于較復(fù)雜系統(tǒng)的控制和管理。

方案實(shí)現(xiàn)的程序流程如圖4所示。

　　
以下代碼為使用Select I/O機(jī)制接收GPS信息和GPSOne信息的軟件實(shí)現(xiàn)：

int Maxfd = fd_gps>fd_gpsOne? fd_gps: fd_gpsOne;//得到串口描述符中較大的一個(gè)
　　struct timeval tv;//定義超時(shí)控制結(jié)構(gòu)
　　fd_set fds; //文件描述符集合變量
　　tv.tv_sec = 5;//設(shè)定超時(shí)值 5 s
　　tv.tv_usec = 0;
　　while(1){//通過GPSOne串口，發(fā)送GPSOne定位請求
　　　　Rt = send_port (fd_gpsone, "AT+GPSSTRTr", strlen("AT+GPSSTRTr");
　　　　if (Rt) == -1)
　　　　　　printf("Error happened!");
　　　　FD_ZERO (&fds);//初始化文件描述符集合
　　　　FD_SET(*fd_gps, &fds);//設(shè)置文件描述符集合的相應(yīng)位
　　　　FD_SET(fd_gpsOne, &fds);//使用select，讓內(nèi)核開
始監(jiān)聽GPSOne和GPS串口設(shè)備
　　　　fd_sel = select((Maxfd)+1, &fds_gps, NULL, NULL, &tv);
　　　　if (fd_sel < 0){
　　　　　　printf("Error happened while receiving gps data.n");}
　　　　else if (FD_ISSET(*fd_gps, &fds)){//若GPS串口設(shè)備有數(shù)據(jù)可讀
　　　　　　recv_len = recv_port(fd_gps, buf, 254);
　　　　　　if (recv_len > 0){
　　　　　　　　memcpy (gps_info, buf, recv_len)

;//信息保存到
　　　　　　　　gps_info數(shù)組中g(shù)ps_info_process(gps_info);//解析定位信息處理
　　　　　　}
　　　　}
　　　　else if (FD_ISSET(*fd_gpsOne, &fds)){//若GPSOne串口設(shè)備有數(shù)據(jù)可讀
　　　　　　recv_len = recv_port(*fd_gpsOne, buf, 254);
　　　　　　if (recv_len > 0){memcpy (gpsOne_info, buf, recv_len);
//信息保存到gpsOne_info數(shù)組中
　　　　　　gpsOne_info_process(gpsOne_info);//解析定位信息處理
　　　　　　}
　　　　}
　　　　sleep(1);
　　}

6 設(shè)計(jì)總結(jié)

本文詳細(xì)說明了串口編程的基本方法和步驟，并提出一種基于select的I/O復(fù)用機(jī)制處理多個(gè)串口信息的方案，同時(shí)給出這種方案的具體實(shí)現(xiàn)。此方案具有較高的可靠性，保證了多個(gè)串口的信息可以很好地被接收和處理，而且不相互干擾，利于系統(tǒng)更好地管理多個(gè)文件設(shè)備。特別是在數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域中，select利用內(nèi)核同時(shí)監(jiān)聽多個(gè)設(shè)備描述符機(jī)制，可以被廣泛地應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)多路I/O采集的設(shè)計(jì)中。

參考文獻(xiàn)

[1] Kurt Wall. GNU/Linux編程指南[M].張輝，譯. 北京：清華大學(xué)出版社,2005.
[2] Richard Stevens W. UNIX網(wǎng)絡(luò)編程[M]. 第2版. 第1卷