Neo FreeRunner 新手手冊 (7) GPS 及 A-GPS 功能

Neng-Yu Tu (Tony Tu)

Openmoko FreeRunner 使用的是 U-Blox 4 ANTARIS 的晶片組, 這個晶片組提供了 16 個 channel 的標準 GPS 及透過輔助資料快速定位的 A-GPS 功能. GPS 功能啟動後, 就可以從 Neo 的 ttySAC1 得到 NMEA 碼. U-Blox 的 GPS 功能跟一般 GPS 一樣, 一般所需時間從 40 秒 (U-Blox 規格) 到數分鐘不等. 這個時候可以透過一般 GPS 軟體 (TangoGPS/Openmoko AGPSUI/Others) 來做定位的動作. 完整 FR 的 GPS 相關資料可參考.

http://wiki.openmoko.org/wiki/GTA02_GPS

U-Blox 的 A-GPS (Assisted GPS) 分為 A-GPS online 跟 A-GPS offline 兩種不一樣的功能, 差別如下:

* AGPS online: 每次使用時, 需連上網路, 到 agps.u-blox.com 下載約 2-3 k 的定位輔助資料. 定位輔助資料包含了目前使用者上方應該有哪些衛星等資料. 每次下載的資料有效時間約 4 小時.

* AGPS offline: 若原先硬體設計時就包含一顆額外的 Flash 記憶體, U-Blox GPS 在啟動時, 會先從該記憶體找輔助定位資料. 輔助定位資料可以預先從 http://alp.u-blox.com/ 下載, 資料大小從數 k 到數十 k 不等, 資料最長有效時間約 2 個星期, 依下載的檔案而定.

這 2 種定位方式都可以有效的將定位時間縮短到 20 秒內, FR 硬體設計只支援 AGPS online 的模式. FR 也提供 GPS 外接天線的 MMCX 插座, 當連接外部天線時, 硬體會自動切換訊號成外部的 GPS 訊號來源, 軟體無法知道硬體是使用內部還是外部的天線. 一般市面上的有 MMCX 的 GPS 天線, "原則" 上都可以使用.

使用 A-GPS 功能可以加快定位的速度, 但是無 A-GPS 輔助, FreeRunner 還是擁有 GPS 的功能.

[** 硬體BUGS**]
A5 版硬體 (ATAG 0350) FR 的 GPS 功能有一個已知的問題, 就是 microSD 卡插入時, sd_clk 訊號, 可能會干擾 GPS 天線. 這個問題有兩種方法可以解決, 一個是更換新的 FR kernel driver, 這個 driver 可在不使用 microSD 卡時, 關閉 sd_clk. 一個是在硬體的 sd_clk 及 sd_gnd 腳位加一個電容, 濾掉部分會干擾 GPS 頻率的雜訊. 目前 kernel driver 修正已經套用在所有 2008/7 月後的 kernel, 相關資料, A6 版及以後的硬體, 也都已套用此修正, 請參考: http://wiki.openmoko.org/wiki/GPS_Problems

[基本 GPS 使用及測試]
使用 GPS 前, 必須先開啟 GPS 的電源. 開啟 GPS 電源可以下命令或是從 2008.X 使用者介面上的 Setting �, 開啟 GPS 電源. 然後接著可以把 ttySAC1 的資料吐出 來.

root@om-gta02:~# echo "1" > /sys/devices/platform/s3c2440-i2c/i2c-adapter/i2c-0/0-0073/neo1973-pm-gps.0/pwron
root@om-gta02:~# cat /dev/ttySAC1
W 80040001*26
$GPTXT,01,01,02,ROM CORE 5.00 Jan 09 200$GPRMC,,V,,,,,,,,,,N*53
$GPVTG,,,,,,,,,N*30
$GPGGA,,,,,,0,00,99.99,,,,,,*48
$GPGSA,A,1,,,,,,,,,,,,,99.99,99.99,99.99*30
$GPGSV,1,1,00*79

如果要檢查是否有得到定位, 可以可以從 ttySAC1 得到 GPS 吐出的 NMEA 資料, NMEA 資料基本的格式是: 項目 - 數據. 簡要的項目說明如下:
$GPBOD - Bearing, origin to destination
$GPBWC - Bearing and distance to waypoint, great circle
$GPGGA - Global Positioning System Fix Data
$GPGLL - Geographic position, latitude / longitude
$GPGSA - GPS DOP and active satellites
$GPGSV - GPS Satellites in view
$GPHDT - Heading, True
$GPR00 - List of waypoints in currently active route
$GPRMA - Recommended minimum specific Loran-C data
$GPRMB - Recommended minimum navigation info
$GPRMC - Recommended minimum specific GPS/Transit data
$GPRTE - Routes
$GPTRF - Transit Fix Data
$GPSTN - Multiple Data ID
$GPVBW - Dual Ground / Water Speed
$GPVTG - Track made good and ground speed
$GPWPL - Waypoint location
$GPXTE - Cross-track error, Measured
$GPZDA - Date & Time

參考這邊可以得到完整 NMEA 的說明. http://www.gpsinformation.org/dale/nmea.htm

由於 NMEA 資料很多, 若你只要定位與否相關資料, 可以cat /dev/ttySAC1 grep GGA , 就可以過濾掉額外的資訊.

[使用 AGPSUI]
Openmoko-agpsui2 是 Openmoko 常用的 GPS 測試程式, 可以以圖形方式, 看到 GPS 訊號強度, 衛星在天頂的位置, 定位詳細資料等. openmoko-agpsui2 可以透過 opkg install openmoko-agpsui2 或是從這邊下載 opkg 檔安裝:

http://t0ny.net/openmoko/opkg/samples/agpsui_0.0+svnr3372-r0_armv4t(3).ipk

下載後, 利用 scp copy 到 FR, 直接執行: opkg install agpsui_0.0+svnr3372-r0_armv4t(3).ipk 接著就可以按下畫面下的 one fix 執行.

Openmoko-agpsui2 的原始程式碼, 可以從: http://projects.openmoko.org/scm/?group_id=127 下載. 但是由於 Openmoko 正在 phase out 目前的 project server 並轉移到其他的 platform (如 google code), 所以你可以這邊 download offline 的 source. 詳細使用 AGPSUI 的方法, 請參考: http://wiki.openmoko.org/wiki/Howto_Test_Your_GPS_with_agpsui

[gpsd 及 TangoGPS]
因為 ttySAC1 對 linux 來說是標準的 serial port, 所以當某一個程式 (如 openmoko-agpsui) 佔住後, 其他程式就無法讀取 GPS 資料. 為了要解決多個程式使用 GPS 的問題, 同時增加客戶端程式寫作的彈性及架構. 所以 community 有人做了一個 GPS 的 daemon, 叫做 gpsd ( http://gpsd.berlios.de/ ). 應用程式可以透過網路連線 (localhost) 方式 (TCP port 2947), 讓多個不同的程式同時取得 GPS 的定位資料. GPSD 相關的說明請參考http://wiki.openmoko.org/wiki/Gpsd#GPS_on_GTA02

TangoGPS ( http://www.tangogps.org/ ) 則是一個使用 gpsd 及 OpenStreetMap/Topo/Aerial 的地圖程式. 它提供了一個類似 2008.X 的 Location 程式的功能, 但是它可以提供更多的定位相關資料, 例如目前速度, 平均速度等. 含還蠻適合運動使用. 要使用 TangoGPS 前, 必須先安裝 gpsd.

root@om-gta02:~# pkill packagekit
root@om-gta02:~# opkg install gpsd
root@om-gta02:~# opkg install tangogps_0.9.3-r1_armv4t.ipk

如果 gpsd 或相關套件找不到, 你可能要把 opkg feed 換到 testing feed (/etc/opkg/*.conf) 安裝完後, 啟動 tangoGPS 前, 必須修改 /etc/default/gpsd �, gpsd 的 tty 設定.

設定成 GPS_DEV="/dev/ttySAC1". 更多的設定 (FSO/others), 請參考 http://www.tangogps.org/gps/articles/7-Installation.html

[使用 A-GPS]
每一間 GPS 廠商都有不同的 A-GPS 實做方法, U-Blox 提供了公開的文件及帳號申請程序, 讓使用 U-Blox 的使用者可以使用 A-GPS 服務. 使用 A-GPS 的流程大致如下:

* 申請 A-GPS 帳號: 發一封主旨跟內容都空白的信, 到 agps-account@u-blox.com 申請一個 A-GPS online 的帳號
* 將 FR 利用 GPRS/Wi-Fi 或其他方式連上 Interent, 利用帳號及目前大略的經緯度, 利用 http://svn.openmoko.org/developers/matt_hsu/agps-online/ 的程式, 連上 U-Blox 網站. 取得 A-GPS 定位輔助資料
* 這個程式會利用 U-Blox 的 binary 指令, 將定位輔助資料送進 GPS 模組
* GPS 模組利用這些資料, 節省搜尋衛星的時間

其他更詳細的方式, 請參閱 http://wiki.openmoko.org/wiki/GTA02_GPS .