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Linux 使用 gpsd 获取 GPS 数据

在 Linux 系统中,如果你需要连接 GPS 传感器进行测试,那么使用 GPSD 可以满足你的需求,帮助你快速实现 GPS 数据的获取。本文将使用导远 INS570D 传感器(车载高精度组合导航系统),演示如何在 Ubuntu 系统中获取其 RS-232 接口输出的 GPS NMEA 格式数据,并将时间、经度、纬度、海拔等信息展示出来。

你可以使用其他 GPS 传感器来完成本次实验,只要兼容 NMEA-0183 协议即可。关于 NMEA 协议的详细介绍,请参考《GPS NMEA 协议》。

GPSD 简介

GPSD 是一系列管理 GPS 设备和其他用于导航与精确计时的传感器的工具,包括航海自动识别系统(Automatic Identification System)的无线电广播设备和电子罗盘。其中最主要的程序是一个叫做 gpsd 的服务守护进程,它管理着这些传感器,并且在 TCP/IP 端口生成 JSON 流报告。其他的程序包括用来展示代码模型和各种诊断工具的客户端。

简单来说,GPSD 具有如下功能特性:

  • 自动探测并识别 GPS 协议,同时支持多个 GPS 设备,并且可以动态进行设备控制;
  • 支持 PPS 并且与 NTPD 结合,实现时间服务;
  • 统一生成 JSON 流报告给上层客户端;
  • 支持 DBUS,共享内存以及本地 SOCKET 等方式与客户端通讯,最大支持 64 个;
  • 提供丰富的组件及工具用来调试及测试;

安装 GPSD

在开始之前,请先执行下面命令安装 gpsd 及各客户端程序。

sudo apt install gpsd gpsd-clients

安装完成后,你的 Linux 系统会增加几个命令:

命令 说明
gpsd 最重要的 GPSD 服务守护进程。
gpsprof 一个为错误统计和设备超时产生报告的分析器。
gpsctl 一个调整设备设置的公共程序。
gpsdecode 一个把传感器日志批量转换成可读的 JSON 的程序。
gpsfake 一个能够连接任意数目的活动传感器日志的测试套件,可以重复运行有错误报告的传感器日志来重新产生特定的问题。
cgps 将 GPS 结果以图形化显示。
gpsmon 将 GPS 结果以图形化显示。

启动 GPSD

虽然 gpsd 作为一个服务程序通常使用 systemd 启动和停止(并且通常在启动时启动),例如:

以 systemd 方式启动 gpsd 服务

sudo systemctl start gpsd

以 systemd 方式停止 gpsd 服务

sudo systemctl stop gpsd
sudo systemctl stop gpsd.socket

查看 gpsd 服务状态

sudo systemctl status gpsd

但是为了简单起见,我们还是手动运行它。这样会更加灵活一点,尤其是当我们需要处理来自 GPS 设备的数据时,比如我们通过串行或 USB 端口连接 GPS 传感器,这样可以在启动 gpsd 服务时指定设备节点。

手动方式启动 gpsd 守护进程

gpsd /dev/ttyUSB0

当然,你的设备节点有可能不是 /dev/ttyUSB0。在 Linux 系统中,你可以通过 minicomsocat 命令简单测试一下,看看能够读取 GPS 设备的数据。

例如,在我们这里,打开 /dev/ttyUSB0 串口,可以看到 INS570D 输出如下数据,即可确定该设备名称是正确的。

$GPGGA,125657.00,2309.61109941,N,11329.63396336,E,1,28,0.6,51.3817,M,-6.1780,M,,*42
$GPRMC,125657.00,A,2309.61109941,N,11329.63396336,E,0.006,9.7,081222,3.2,W,A*2B

注意:如果没有收到 GPS 数据,可能是权限问题导致的。执行下面命令将当前用户(非 root 用户)添加到 dialout 用户组,然后重启系统后再次尝试。

sudo usermod -a -G dialout $USER

配置 GPSD

根据所使用 GPS 设备的不同,你可能需要修改 GPSD 的配置文件,指定设备节点、串口波特率等参数。例如我们这里使用的 INS570D 设备默认波特率为 115200,设备节点默认为 /dev/ttyUSB0,因此我们修改以下两个文件。

/etc/default/gpsd

# Devices gpsd should collect to at boot time.
# They need to be read/writeable, either by user gpsd or the group dialout.
DEVICES="/dev/ttyUSB0"

# Other options you want to pass to gpsd
GPSD_OPTIONS="-F /var/run/gpsd.sock"

# Automatically hot add/remove USB GPS devices via gpsdctl
USBAUTO="true"

/lib/systemd/system/gpsd.service

[Unit]
Description=GPS (Global Positioning System) Daemon
Requires=gpsd.socket
# Needed with chrony SOCK refclock
After=chronyd.service

[Service]
Type=forking
EnvironmentFile=-/etc/default/gpsd
ExecStartPre=/bin/stty speed 115200 -F $DEVICES
ExecStart=/usr/sbin/gpsd $GPSD_OPTIONS $DEVICES

[Install]
WantedBy=multi-user.target
Also=gpsd.socket

重启 gpsd 服务使用新的配置。

观测 GPS 信息

当我们启动 gpsd 守护进程之后,就可以使用 GPSD 自带的客户端程序观察 GPS 数据了。

启动 cgps 客户端观测数据:

cgps

可以看到如下界面:

启动 gpsmon 客户端观测数据:

gpsmon

可以看到如下界面:

这样就可以很直观地看到来自 GPS 传感器的位置、速度、时间等信息啦!

动手写程序

如果你想自己编写应用程序获取来自 gpsd 的数据,可以使用 libgps 库,具体使用方法请参考《libgps 使用教程》。

示例代码:read_gps_data.c

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