NMEA(xxGGA)报文解析(FPGA实现)

发表于 2022-6-29 23:22

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。

复制

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

发表于 2022-6-29 23:33

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

发表于 2022-6-29 23:35

例如：

复制

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

发表于 2022-6-29 23:39

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

发表于 2022-6-29 23:40

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：

发表于 2022-6-29 23:41

复制

/******************************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  0~24

        output        reg        [5:0]        mm,                                //UTC时间，整数，分  0~59

        output        reg        [5:0]        ss,                                //UTC时间，整数，秒  0~59

        output        reg        [6:0]        ss2,                        //UTC时间，小数，秒  2位小数，0~99

        

        output        reg        [6:0]        lat,                        //纬度  整数部分，度  0~90

        output        reg        [5:0]        lat2,                        //纬度  整数部分，分  0~59

        output        reg        [16:0]        lat3,                        //纬度  小数部分，分  5位小数,0~99999

        output        reg                        NS,                                //区分南北纬，北纬标为1，南纬标为0

        

        output        reg        [7:0]        lon,                        //经度  整数部分，度  0~180

        output        reg        [5:0]        lon2,                        //经度  整数部分，分  0~59

        output        reg        [16:0]        lon3,                        //经度  小数部分，分  5位小数，0~99999

        output        reg                        EW,                                //区分东西经，东经标为1，西经标为0

        

        output        reg [13:0]        alt,                        //海拔  整数部分，m

        output        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xxGGA



wire        [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) begin

        charBuffer        <= 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;

        end

        else if(start) begin

                if(rddat_toUart == "\n") begin                //收到\n，标志NMEA报文结束

                        start                <= 1'b0;

                        rx_done                <= 1'b1;

                end

                else if(rddat_toUart == "," || 

                                rddat_toUart == "*") begin        //收到','或'*'，为域的分隔符

                        cntField        <= cntField + 1'b1;

                        cntChar                <= 4'd0;

                end

                else begin                                                        //收到其他字符

                        cntChar                <= cntChar + 1'b1;

                end

        end

        else begin

                start                <= 1'b0;

                cntField        <= 5'd0;

                cntChar                <= 4'd0;

                corrNum                <= 2'd0;

        end

        

        //------------------------判断是否为xxGGA----------------------------

        if(cntField == 5'd0) begin

                if(cntChar == 4'd3 && charBuffer == "G") begin

                        corrNum <= corrNum + 1'b1;

                end

                else if(cntChar == 4'd4 && charBuffer == "G") begin

                        corrNum <= corrNum + 1'b1;

                end

                else if(cntChar == 4'd5 && charBuffer == "A") begin

                        corrNum <= corrNum + 1'b1;

                end

        end

        if(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) begin

                        if(cntChar == 4'd1) begin                //UTC-hh

                                hh        <= num*4'd10;

                        end

                        else if(cntChar == 4'd2) begin

                                hh        <= hh + num;

                        end

                        else if(cntChar == 4'd3) begin        //UTC-mm

                                mm        <= num*4'd10;

                        end

                        else if(cntChar == 4'd4) begin

                                mm        <= mm + num;

                        end

                        else if(cntChar == 4'd5) begin        //UTC-ss

                                ss        <= num*4'd10;

                        end

                        else if(cntChar == 4'd6) begin

                                ss        <= ss + num;

                        end

                        else if(cntChar == 4'd8) begin        //UTC-.ss

                                ss2        <= num*4'd10;

                        end

                        else if(cntChar == 4'd9) begin

                                ss2        <= ss2 + num;

                        end

                end

                

                //解析纬度

                if(cntField == 5'd2) begin

                        if(cntChar == 4'd1) begin                //lat-dd

                                lat                <= num*4'd10;

                        end

                        else if(cntChar == 4'd2) begin

                                lat                <= lat + num;

                        end

                        else if(cntChar == 4'd3) begin        //lat-mm

                                lat2        <= num*4'd10;

                        end

                        else if(cntChar == 4'd4) begin

                                lat2        <= lat2 + num;

                        end

                        else if(cntChar == 4'd6) begin        //lat-.mmmmm

                                lat3        <= num;

                        end

                        else if(cntChar == 4'd7 || cntChar == 4'd8 ||

                                        cntChar == 4'd9 || cntChar == 4'd10) begin

                                lat3        <= lat3*4'd10 + num;

                        end

                end

                if(cntField == 5'd3 && cntChar == 4'd1) begin        //NS

                        if(charBuffer == "N") begin

                                NS        <= 1'b1;

                        end

                        else begin

                                NS        <= 1'b0;

                        end

                end

                

                //解析经度

                if(cntField == 5'd4) begin

                        if(cntChar == 4'd1) begin                //lon-ddd

                                lon                <= num;

                        end

                        else if(cntChar == 4'd2 || cntChar == 4'd3) begin

                                lon                <= lon*4'd10 + num;

                        end

                        else if(cntChar == 4'd4) begin        //lon-mm

                                lon2        <= num*4'd10;

                        end

                        else if(cntChar == 4'd5) begin

                                lon2        <= lon2 + num;

                        end

                        else if(cntChar == 4'd7) begin        //lon-.mmmmm

                                lon3        <= num;

                        end

                        else if(cntChar == 4'd8 || cntChar == 4'd9 ||

                                        cntChar == 4'd10 || cntChar == 4'd11) begin

                                lon3        <= lon3*4'd10 + num;

                        end

                end

                if(cntField == 5'd5 && cntChar == 4'd1) begin        //EW

                        if(charBuffer == "E") begin

                                EW        <= 1'b1;

                        end

                        else begin

                                EW        <= 1'b0;

                        end

                end

                

                //解析海拔

                if(cntField == 5'd9) begin

                        if(cntChar == 4'd1) begin

                                alt                        <= num;

                                afterDot        <= 1'b0;

                        end

                        else if(charBuffer==".") begin

                                afterDot        <= 1'b1;

                                alt2                <= 4'd0;

                        end

                        else begin

                                if(~afterDot) begin

                                        alt                <= alt*4'd10 + num;                //alt-MMM

                                end

                                else begin

                                        alt2        <= alt2*4'd10 +num;                //alt-.M

                                end

                        end

                end

        end

end



endmodule

//END OF parseGGA.v FILE***************************************************

发表于 2022-6-29 23:42

字符-数字转换模块：

复制

/******************************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@(*)begin

        case(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

end



assign Num = isNum? Char - "0" : 4'hff;



endmodule

//END OF Char2Num.v FILE***************************************************

发表于 2022-6-29 23:42

testbench：

复制

/******************************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/1ps



module 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=10



reg                                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，0~99



wire        [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0



wire        [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0



wire        [13:0]        alt;                        //海拔  整数部分，m

wire        [3:0]        alt2;                        //海拔  小数部分，一位小数  0~9



reg                [9:0]        i;

initial begin

        rx_done_toUart        <= 0;

        #50;

        

        for(i=0;i<=74*8;i=i+8)begin

                rddat_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***************************************************

发表于 2022-6-29 23:43

ModelSim仿真结果：

发表于 2022-6-29 23:45

[MM32软件] NMEA(xxGGA)报文解析(FPGA实现)

评论

相关帖子

浏览过的版块