NMEA(xxGGA)报文解析(FPGA实现)

2023-10-13 19:50
文章标签 实现 解析 fpga 报文 nmea xxgga

本文主要是介绍NMEA(xxGGA)报文解析(FPGA实现)，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

最近接触GPS，需要使用FPGA进行NMEA报文的解析，以获得经纬度和时间信息，我选用的报文是xxGGA，包含GPGGA（GPS系统的）、GBGGA（北斗系统的）、GLGGA（GLONASS系统的）、GAGGA（伽利略系统的），GNGGA（任意GNSS系统组合）。他们的格式完全相同，不同之处仅在于报文头，xxGGA报文格式如下

$xxGGA,time,lat,NS,lon,EW,quality,numSV,HDOP,alt,altUnit,sep,sepUnit,diffAge,diffStation*cs<CR><LF>

我们需要关注的数据域如下

time：UTC时间，hhmmss.ss格式，如132253.27表示UTC时间 13时22分53.27秒，需要注意的是.ss表示秒的小数域(2位小数)，而非毫秒

lat：纬度，ddmm.mmmm格式，如3124.73251表示 31度24.73251分，1度=60分

NS：指示南北半球，北半球为‘N’，南半球为‘S’

lon：经度，dddmm.mmmmm格式，如13424.73251表示 134度24.73251分

EW：指示东西半球，东半球为‘E’，西半球为‘W’

alt：海拔，-9999.9~9999.9

altUnit：海拔单位，‘M’表示以 米 为单位

例如：

$GPGGA,092725.00,4717.11399,N,00833.91590,E,1,08,1.01,499.6,M,48.0,M,,*5B

表示 UTC时间 09 时 27 分 25.00 秒，北纬 47 度 17.11399 分，东经 8 度 33.91590 分，海拔 499.6 米

------------------------------------------------------------------------------分割线---------------------------------------------------------------------------------------------

本xxGGA解析模块使用UART串口数据，以UART模块发出的rx_done信号驱动。

xxGGA报文解析模块：

/******************************FILE HEAD*********************************** file_name         : parseGGA.v* function          : 解析xxGGA报文，获取UTC时间、经纬度、海拔* author            : 今朝无言* version & date    : 2021/10/14 & v1.0*************************************************************************/
module parseGGA(input				rx_done_toUart,	//整个模块由rx_done_toUart驱动input		[7:0]	rddat_toUart,output	reg 		rx_done,		//接收指令结束，上升沿对齐'\n'字符出现时刻，下降沿对齐$xxGGA后面的','的出现时刻的下一时刻output	reg	[4:0]	hh,				//UTC时间，整数，时  0~24output	reg	[5:0]	mm,				//UTC时间，整数，分  0~59output	reg	[5:0]	ss,				//UTC时间，整数，秒  0~59output	reg	[6:0]	ss2,			//UTC时间，小数，秒  2位小数，0~99output	reg	[6:0]	lat,			//纬度  整数部分，度  0~90output	reg	[5:0]	lat2,			//纬度  整数部分，分  0~59output	reg	[16:0]	lat3,			//纬度  小数部分，分  5位小数,0~99999output	reg			NS,				//区分南北纬，北纬标为1，南纬标为0output	reg	[7:0]	lon,			//经度  整数部分，度  0~180output	reg	[5:0]	lon2,			//经度  整数部分，分  0~59output	reg	[16:0]	lon3,			//经度  小数部分，分  5位小数，0~99999output	reg			EW,				//区分东西经，东经标为1，西经标为0output	reg [13:0]	alt,			//海拔  整数部分，moutput	reg [3:0]	alt2			//海拔  小数部分，一位小数  0~9
);
//xxGGA格式: $xxGGA,time,lat,NS,lon,EW,quality,numSV,HDOP,alt,altUnit,sep,sepUnit,diffAge,diffStation*cs<CR><LF>
//time格式: hhmmss.ss
//lat格式: ddmm.mmmmm
//lon格式: dddmm.mmmmm
//alt格式: numeric，一位小数reg		[4:0]	cntField;		//当前读取第几个域，以','分隔
reg 	[3:0]	cntChar;		//当前读取域中的第几个字符reg				start	= 1'b0;	//NMEA报文的接收标志，以$开始，到\n结束
reg		[7:0]	charBuffer;
reg		[1:0]	corrNum	= 2'd0;	//比对是否为xxGGA，当corrNum=3时，表示"GGA"字符通过测试，该条报文即xxGGAwire	[3:0]	num;			//若charBuffer为字符0~9，则将之转换为数字0~9
wire			isnum;reg				afterDot;		//判断是否是"."后面的数字，在解析海拔时用到//将字符0~9转换为数字0~9
Char2Num Char2Num_inst(.Char(charBuffer),.Num(num),.isNum(isnum)
);always @(posedge rx_done_toUart) begincharBuffer	<= rddat_toUart;//-----------------------接收NMEA报文数据-----------------------------if(rddat_toUart == "$") begin			//接收到$，标志着NMEA数据的起始start		<= 1'b1;cntField	<= 5'd0;cntChar		<= 4'd0;corrNum		<= 2'd0;endelse if(start) beginif(rddat_toUart == "\n") begin		//收到\n，标志NMEA报文结束start		<= 1'b0;rx_done		<= 1'b1;endelse if(rddat_toUart == "," || rddat_toUart == "*") begin	//收到','或'*'，为域的分隔符cntField	<= cntField + 1'b1;cntChar		<= 4'd0;endelse begin							//收到其他字符cntChar		<= cntChar + 1'b1;endendelse beginstart		<= 1'b0;cntField	<= 5'd0;cntChar		<= 4'd0;corrNum		<= 2'd0;end//------------------------判断是否为xxGGA----------------------------if(cntField == 5'd0) beginif(cntChar == 4'd3 && charBuffer == "G") begincorrNum <= corrNum + 1'b1;endelse if(cntChar == 4'd4 && charBuffer == "G") begincorrNum <= corrNum + 1'b1;endelse if(cntChar == 4'd5 && charBuffer == "A") begincorrNum <= corrNum + 1'b1;endendif(corrNum == 2'd3) begin	//检测到是"xxGGA"，开启解析rx_done <= 1'b0;corrNum	<= 2'b0;end//---------------------------解析xxGGA------------------------------if(rx_done == 1'b0) begin//解析UTC时间if(cntField == 5'd1) beginif(cntChar == 4'd1) begin		//UTC-hhhh	<= num*4'd10;endelse if(cntChar == 4'd2) beginhh	<= hh + num;endelse if(cntChar == 4'd3) begin	//UTC-mmmm	<= num*4'd10;endelse if(cntChar == 4'd4) beginmm	<= mm + num;endelse if(cntChar == 4'd5) begin	//UTC-ssss	<= num*4'd10;endelse if(cntChar == 4'd6) beginss	<= ss + num;endelse if(cntChar == 4'd8) begin	//UTC-.ssss2	<= num*4'd10;endelse if(cntChar == 4'd9) beginss2	<= ss2 + num;endend//解析纬度if(cntField == 5'd2) beginif(cntChar == 4'd1) begin		//lat-ddlat		<= num*4'd10;endelse if(cntChar == 4'd2) beginlat		<= lat + num;endelse if(cntChar == 4'd3) begin	//lat-mmlat2	<= num*4'd10;endelse if(cntChar == 4'd4) beginlat2	<= lat2 + num;endelse if(cntChar == 4'd6) begin	//lat-.mmmmmlat3	<= num;endelse if(cntChar == 4'd7 || cntChar == 4'd8 ||cntChar == 4'd9 || cntChar == 4'd10) beginlat3	<= lat3*4'd10 + num;endendif(cntField == 5'd3 && cntChar == 4'd1) begin	//NSif(charBuffer == "N") beginNS	<= 1'b1;endelse beginNS	<= 1'b0;endend//解析经度if(cntField == 5'd4) beginif(cntChar == 4'd1) begin		//lon-dddlon		<= num;endelse if(cntChar == 4'd2 || cntChar == 4'd3) beginlon		<= lon*4'd10 + num;endelse if(cntChar == 4'd4) begin	//lon-mmlon2	<= num*4'd10;endelse if(cntChar == 4'd5) beginlon2	<= lon2 + num;endelse if(cntChar == 4'd7) begin	//lon-.mmmmmlon3	<= num;endelse if(cntChar == 4'd8 || cntChar == 4'd9 ||cntChar == 4'd10 || cntChar == 4'd11) beginlon3	<= lon3*4'd10 + num;endendif(cntField == 5'd5 && cntChar == 4'd1) begin	//EWif(charBuffer == "E") beginEW	<= 1'b1;endelse beginEW	<= 1'b0;endend//解析海拔if(cntField == 5'd9) beginif(cntChar == 4'd1) beginalt			<= num;afterDot	<= 1'b0;endelse if(charBuffer==".") beginafterDot	<= 1'b1;alt2		<= 4'd0;endelse beginif(~afterDot) beginalt		<= alt*4'd10 + num;		//alt-MMMendelse beginalt2	<= alt2*4'd10 +num;		//alt-.Mendendendend
endendmodule
//END OF parseGGA.v FILE***************************************************

字符-数字转换模块：

/******************************FILE HEAD*********************************** file_name         : Char2Num.v* function          : 若Char为字符0~9，将之转化为数字0~9* author            : 今朝无言* version & date    : 2021/10/14 & v1.0*************************************************************************/
module Char2Num(input 		[7:0]	Char,output		[3:0]	Num,output	reg			isNum
);always@(*)begincase(Char)"0": isNum <= 1;"1": isNum <= 1;"2": isNum <= 1;"3": isNum <= 1;"4": isNum <= 1;"5": isNum <= 1;"6": isNum <= 1;"7": isNum <= 1;"8": isNum <= 1;"9": isNum <= 1;default: isNum <= 0;endcase
endassign Num = isNum? Char - "0" : 4'hff;endmodule
//END OF Char2Num.v FILE***************************************************

testbench：

/******************************FILE HEAD*********************************** file_name         : parseGGA_tb.v* function          : 解析xxGGA报文，获取UTC时间、经纬度、海拔* author            : 今朝无言* version & date    : 2021/10/14 & v1.0*************************************************************************/
`default_nettype none
`timescale 1ns/1psmodule parseGGA_tb;reg	[0:75*8-1]data = {"$GNGGA,092725.00,4717.11399,N,00833.91590,E,1,08,1.01,499.6,M,48.0,M,,*5B",8'd13,8'd10}; //\r\n, \r=13，\n=10reg				rx_done_toUart;	//整个模块由rx_done_toUart驱动
reg		[7:0]	rddat_toUart;wire 			rx_done;		//接收指令结束，上升沿对齐'\n'字符出现时刻，下降沿对齐$xxGGA后面的','的出现时刻wire	[4:0]	hh;				//UTC时间，整数，时  0~24
wire	[5:0]	mm;				//UTC时间，整数，分  0~59
wire	[5:0]	ss;				//UTC时间，整数，秒  0~59
wire	[6:0]	ss2;			//UTC时间，小数，秒  2位小数，0~99wire	[6:0]	lat;			//纬度  整数部分，度  0~90
wire	[5:0]	lat2;			//纬度  整数部分，分  0~59
wire	[16:0]	lat3;			//纬度  小数部分，分  5位小数,0~99999
wire			NS;				//区分南北纬，北纬标为1，南纬标为0wire	[7:0]	lon;			//经度  整数部分，度  0~180
wire	[5:0]	lon2;			//经度  整数部分，分  0~59
wire	[16:0]	lon3;			//经度  小数部分，分  5位小数，0~99999
wire			EW;				//区分东西经，东经标为1，西经标为0wire	[13:0]	alt;			//海拔  整数部分，m
wire	[3:0]	alt2;			//海拔  小数部分，一位小数  0~9reg		[9:0]	i;
initial beginrx_done_toUart	<= 0;#50;for(i=0;i<=74*8;i=i+8)beginrddat_toUart	<= {data[i],data[i+1],data[i+2],data[i+3],data[i+4],data[i+5],data[i+6],data[i+7]};#5;rx_done_toUart	<= 1;#50;rx_done_toUart	<=0;#50;end#200;$stop;
end//解析xxGGA报文
parseGGA parseGGA_inst(.rx_done_toUart	(rx_done_toUart),.rddat_toUart	(rddat_toUart),.rx_done		(rx_done),.hh				(hh),.mm				(mm),.ss				(ss),.ss2			(ss2),.lat			(lat),.lat2			(lat2),.lat3			(lat3),.NS				(NS),.lon			(lon),.lon2			(lon2),.lon3			(lon3),.EW				(EW),.alt			(alt),.alt2			(alt2)
);endmodule
//END OF parseGGA_tb.v FILE***************************************************

ModelSim仿真结果：

在这里插入图片描述

这篇关于NMEA(xxGGA)报文解析(FPGA实现)的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/205498。

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