专利名称：Pc机与嵌入式设备上gps模块间连接通道装置及通信方法
技术领域：
本发明涉及嵌入式设备领域，特别涉及嵌入式设备上GPS模块领域，具体是指一种PC机与嵌入式设备上GPS模块间连接通道装置及通信方法。
背景技术：
在现代生活中，各种各样的嵌入式设备上都用到了GPS模块，而在现有技术中，GPS模块是单独的板子。PC端测试GPS模块的软件工具，通过转接板对GPS模块进行测试；升级GPS模块(firmware)的软件工具，通过转接板对GPS模块进行升级。
请参阅图1所示。
GPS测试原理为PC端有一个应用程序(test.exe)用来测试GPS能否正常工作。在GPS单板上电以后，Reset一下，然后运行test.exe，在该软件工具的界面上有选择菜单，设定好串口、波特率，然后点击OK按钮，test.exe开始对GPS单板自动测试。GPS上电以后初始化在串口波特率为38400bps状态下，所以，我们设定串口波特率为38400bps，test.exe会按照我们的设定初始化串口，然后发送一个NMEA command(该command是38400bps波特率下的GPS可以识别的)，告诉GPS把串口波特率切换到115200bps，发送完这个命令，test.exe把PC串口波特率切换到115200bps，并依次发送Binary commands，首先发送命令reset GPS，稍候(大约200-300毫秒之后)，发送命令让GPS进入Test模式，GPS接到这个命令进入自测状态(Signal Generator提供卫星信号)，并把测试结果，从串口发送到test.exe，test.exe接收到串口数据以后判断GPS单板是否满足标准，最后发送命令让GPS回到Normal模式。
GPS Firmware升级原理为PC端有一个应用程序upgrade.exe用来升级GPS Firmware。首先在upgrade.exe的界面上设定串口、波特率、GPS Firmware文件等，然后给GPS单板上电，设定boot select信号为高电平，让GPS进入烧录模式(也可以发送command让GPS进入烧录模式)，Reset一下，最后点击upgrade.exe的Excute按钮，开始对GPS升级Firmware，该升级的过程也是通过在PC与GPS之间发送和接收command、response的方式完成数据传输的。
在上述现有技术中，具有很大的局限性有一些具有GPS模块的嵌入式设备，GPS模块不是独立的单板，而是打在主板上作为主板(Main Board)的一部分。这时原来的测试GPS的软件工具和升级GPS模块(firmware)的软件工具，就都无法直接对GPS模块测试和升级。一般情况下，嵌入式设备都是通过USB协议与PC机进行数据传输的，而且由于Mini SUB接口小巧、成本低等诸多优点而被广泛的应用于各种嵌入式设备上。对于通过Mini USB接口与PC连接并且具有GPS功能的嵌入式设备来说，如何完成PC与GPS模块之间的串口通信就成为了一个难以解决的问题，给GPS模块的测试和升级工作都带来了很大的困难。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种可以直接对安设于嵌入式设备主板上的GPS模块进行测试和升级、无须更换或者升级软件工具、操作方便、效率较高、成本较低、适用面较为广泛的PC机与嵌入式设备上GPS模块间连接通道装置及通信方法。
为了实现上述的目的，本发明的PC机与嵌入式设备上GPS模块间连接通道装置及通信方法如下该PC机与嵌入式设备上的GPS模块之间的连接通道装置，包括PC机上与其CPU相连接的串口、嵌入式设备主板以及安设于该主板上的GPS模块，该GPS模块的串口与主板CPU的串口相连接，其主要特点是，所述的连接通道装置还包括主板上与GPS模块的串口相连接的一个切换开关模块，该切换开关模块与主板上一个外部接口相连接，所述的主板上外部接口通过一个转换电路与所述的PC机上的串口相连接，该转换电路将串口信号与该主板外部接口信号进行相互转换。
该PC机与嵌入式设备上的GPS模块之间的连接通道装置的主板上外部接口为Mini USB接口。
该PC机与嵌入式设备上的GPS模块之间的连接通道装置的转换电路为将串口信号与USB接口信号进行相互转换的电路。
该PC机与嵌入式设备上的GPS模块之间的连接通道装置的转换电路包括一个与PC机上的串口相连接的串口和一个与主板Mini USB接口相连接的USB接口，所述的串口和USB接口之间通过一个RS232模块相连接，一个三向开关与所述的转换电路上的USB接口相连接。
该PC机与嵌入式设备上的GPS模块之间的连接通道装置的切换开关模块包括主板上与GPS模块的串口相连接的一个开关电路，该开关电路通过一个切换电路与主板上的Mini USB接口相连接，该切换电路还与所述的主板CPU的USB设备控制器相连接。
该PC机与嵌入式设备上的GPS模块之间的连接通道装置的开关电路可以为二极管、三极管或者可编程逻辑器件，所述的主板上的CPU为Intel PXA 27x系列的CPU。
该使用上述通道装置进行PC机与嵌入式设备上GPS模块之间信号连接的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤(1)启动该转换电路，将串口信号与主板的外部接口信号进行相互转换；(2)设置嵌入式设备主板上的切换开关模块，在该GPS模块与主板的外部接口之间建立信号连接；(3)对主板CPU的相应寄存器进行设置，切断GPS模块串口与该CPU串口之间的信号连接。
该进行PC机与嵌入式设备上GPS模块之间信号连接的方法的主板上外部接口为Mini USB接口，所述的转换电路包括一个与PC机上的串口相连接的串口和一个与主板Mini USB接口相连接的USB接口，所述的串口和USB接口之间通过一个RS232模块相连接，一个三向开关与所述的转换电路上的USB接口相连接，所述的启动该转换电路为将所述的三向开关设置为USB接口控制引脚为低电平。
该进行PC机与嵌入式设备上GPS模块之间信号连接的方法的切换开关模块包括主板上与GPS模块的串口相连接的一个开关电路，该开关电路通过一个切换电路与主板上的Mini USB接口相连接，该切换电路还与所述的主板CPU的USB设备控制器相连接，所述的设置嵌入式设备主板上的切换开关模块包括以下步骤(1)将所述切换电路的控制引脚设置为低电平，在Mini USB接口与所述开关电路之间建立信号连接；(2)将所述的开关电路的控制引脚进行电平设置而置为开通状态，在Mini USB接口与所述的GPS模块之间建立信号连接。
采用了该发明的PC机与嵌入式设备上GPS模块间连接通道装置及通信方法，由于其巧妙利用了嵌入式设备主板上所固有的外部接口和切换开关模块，并在PC机和嵌入式设备主板的外部接口之间加入了一个信号转换电路，从而解决了测试并升级打在主板(Main Board)上的GPS模块的难题，对PC端的测试或升级软件工具没有任何影响和限制，完全实现通道的功能，而且可以无限制地重复操作(即使正在测试或升级中)，无需重新开机，同时，该装置和方法适用所有GPS模块打在主板(Main Board)上的嵌入式设备；不仅如此，该装置和方法中的所有硬件都是利用了现有设备或线材，降低了成本，而且简化了电路，减少了软件的复杂度，提高了效率。
图1为现有技术中的独立GPS模块测试和升级原理示意图。
图2为本发明的PC机与嵌入式设备上的GPS模块之间的连接通道装置的硬件电路原理图。
图3为本发明的PC机与嵌入式设备上的GPS模块之间的连接通道装置的转换电路原理示意图。
具体实施例方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。
请参阅图2所示，该PC机与嵌入式设备上的GPS模块之间的连接通道装置，包括PC机1上与其CPU相连接的串口、嵌入式设备主板2以及安设于该主板上的GPS模块3，该GPS模块3的串口31与主板CPU的串口41相连接，其中，所述的连接通道装置还包括主板2上与GPS模块3的串口31相连接的一个切换开关模块，该切换开关模块与主板上一个外部接口相连接，该外部接口为Mini USB接口，该切换开关模块包括主板2上与GPS模块3的串口31相连接的一个开关电路5，该开关电路5通过一个切换电路6与主板2上的Mini USB接口7相连接，该开关电路5可以为二极管、三极管或者可编程逻辑器件，该切换电路6还与所述的主板CPU的USB设备控制器42相连接，该CPU为Intel PXA 27x系列的CPU；所述的主板2上Mini USB接口7通过一个转换电路8与所述的PC机1上的串口相连接，该转换电路8将串口信号与USB接口信号进行相互转换，该转换电路8包括一个与PC机1上的串口相连接的串口81和一个与主板Mini USB接口相连接的USB接口82，所述的串口81和USB接口82之间通过一个RS232模块83相连接，一个三向开关84与所述的转换电路上的USB接口相连接。
该使用上述通道装置进行PC机与嵌入式设备上GPS模块之间信号连接的方法包括以下步骤(1)启动该转换电路8，将串口信号与主板2的外部接口信号进行相互转换，该启动该转换电路为将所述的三向开关84设置为USB接口82控制引脚为低电平；(2)设置嵌入式设备主板2上的切换开关模块，在该GPS模块与主板的外部接口之间建立信号连接，所述的设置嵌入式设备主板2上的切换开关模块包括以下步骤(a)将所述切换电路6的控制引脚设置为低电平，在Mini USB接口7与所述开关电路5之间建立信号连接；
(b)将所述的开关电路5的控制引脚进行电平设置而置为开通状态，在Mini USB7接口与所述的GPS模块3之间建立信号连接；(3)对主板CPU的相应寄存器进行设置，切断GPS模块3串口31与该CPU串口41之间的信号连接。
在实际使用当中，请参阅图3所示，由于该嵌入式设备机型只具有Mini USB接口，因此只能通过Mini USB与PC通信，转换电路必须一端是串口，与PC通信，另一端是Mini USB，与嵌入式设备通信。但是本发明的最终的目的是达到PC串口与GPS串口之间的通信，所以，此种状况下，Mini USB不再具有USB接口功能，而是用来传送串口信号。
综上所诉，该转换电路须完成以下几种功能(1)电平转换。把串口信号电平(±5V～±15V)转换成USB数据线电平3V。
(2)信号pin脚数目转换。串口有9pin，我们只用到TX、RX、Ground。
(3)接口转换。使用USB的D+、D-来传送串口的TX、RX。
RS232完成上述功能(1)、(2)、(3)。
(4)屏蔽USB功能。把USB_ID设置为低电平(该功能也可以在主板上用软件来实现)。
功能(4)借助于一个三向开关来完成。当三向开关拨向A端，把USB_ID设置为低电平；拨向B，把USB_ID设置为高电平。
在实际应用当中，可以将上述转换电路和两端接口整合起来成为一条线，这样便于携带。
对于切换电路6来说，该切换电路6有一个控制脚来控制信号的切换，采用软件或硬件方法都可以实现控制脚的控制。
采用硬件方式时，有很多元件可以实现对控制脚的控制，图2所示的采用的三向开关只是其中的一种(1)三向开关84拨向B，USB_ID为高电平，切换电路6的控制脚为高，Mini USB传送的信号发送CPU的USB设备控制器42，此时Mini USB使用USB协议传输数据。
(2)三向开关84拨向A，USB_ID为低电平，切换电路6的控制脚为低，Mini USB传送的信号发送到开关电路5。
采用软件方式时，也有很多方法可以完成控制脚的控制任务，比如设置CUP的一根输出GPIO管脚信号的高低来控制。
对于开关电路5来说，该开关电路5有一个控制脚来控制信号的通与断，控制脚的控制和切换电路6控制脚的控制方法相似。采用硬件方式时，二极管、三级管、可编程逻辑器件等都可以实现这种功能。
(1)控制脚为高(或低)开关电路5开通，信号到达GPS模块3；(2)控制脚为低(或高)开关电路5断开(截止)，信号被拦截。
采用软件方式来控制的话，最好选择开关控制特性和切换电路6的切换控制一致的元件，这样开关电路5和切换电路6可以共享CUP的一根GPIO管脚信号来进行软件控制。
在实际应用当中，还需要进行以下软件设置1.当测试或升级GPS模块3的时候，必须“断开”CPU串口41(Standard UART)与GPS串口31的“联络”，用软件设置CPU与GPS之间的几个信号来达到这个目的。
2.当使用GPS功能的时候，为了避免可能产生的干扰，在本优选实施例中，应当“断开”Mini USB接口7与GPS模块3的串口31的“信号连接”，可以采用如下方法(1)使用硬件开关，采用如图2所示的开关电路5；(2)利用有通路切换功能的器件，或是相当于开关的器件，用软件来控制。本发明利用现有硬件，选择了可编程的逻辑部件CPLD(Complex Programmable Logic Device)。
3.信号控制说明本发明最大限度地利用现有硬件，同时也减少了软件的复杂度，无论采用什么型号CPU，仅仅需要设置几根GPIO(generial-purpose I/O)就可以实现。
(1)本机型采用的是Intel PXA 27x系列其中的一款CPU，设置GPIO需要填写相应的寄存器即可完成，本发明涉及到以下几种寄存器。
a.GPDRx(x＝0、1、2、3)设置GPIOs的方向(input/output)b.GPSRx(x＝0、1、2、3)设置output GPIOs输出为高。
c.GPCRx(x＝0、1、2、3)设置output GPIOs输出为低。
d.GAFRx_L/GAFRx_U(x＝0、1、2、3)设置GPIOs的Alternate Functions。
(2)设置寄存器的具体方法该CPU一共121根GPIO，每个寄存器都是32位，都有一个物理地址，该物理地址经过内存空间映射单元映射到虚拟地址以后，我们可以把一个32位的数据写入该虚拟地址，这样我们就把数据写入了某个寄存器，32位数据的就控制了GPIO。
a.GPDRx、GPSRx和GPCRxGPDRx、GPSRx和GPCRx的每一位对应一根GPIO，所以，每种寄存器都有4个，每个寄存器控制32根GPIOs。
b.GAFRx_L/GAFRx_UGAFRs是每2位对应一位GPIO，所以，GAFRs一共8个，每个寄存器控制16根GPIOs。
不论是input还是output，GPIOs都有三种Alternate functions。所以，写入GAFRs的每两位数据代表以下含义
00GPIO01Alternate Function 110Alternate Function 211Alternate Function 3注GPDRx/GPSRx/GPCRx与GAFRx_L/GAFRx_U的对应关系举例说明，比如GPDRO控制着GPIO0——GPIO31这32根GPIOs的方向，那么，GAFR0_L控制着GPIO0——GPIO15的Alternate Functions，GAFR0_U控制着GPIO15——GPIO31的Alternate Functions。
通过以上的操作，就完成了对信号的控制。
采用了该发明的PC机与嵌入式设备上的GPS模块之间的连接通道装置及其方法，由于其巧妙利用了嵌入式设备主板2上所固有的外部接口和切换开关模块，并在PC机和嵌入式设备主板的外部接口之间加入了一个信号转换电路8，从而解决了测试并升级打在主板(MainBoard)上的GPS模块的难题，对PC端的测试或升级软件工具没有任何影响和限制，完全实现通道的功能，而且可以无限制地重复操作(即使正在测试或升级中)，无需重新开机，同时，该装置和方法适用所有GPS模块打在主板(Main Board)上的嵌入式设备；不仅如此，该装置和方法中的所有硬件都是利用了现有设备或线材，降低了成本，而且简化了电路，减少了软件的复杂度，提高了效率。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
权利要求
1.一种PC机与嵌入式设备上的GPS模块之间的连接通道装置，包括PC机上与其CPU相连接的串口、嵌入式设备主板以及安设于该主板上的GPS模块，该GPS模块的串口与主板CPU的串口相连接，其特征在于，所述的连接通道装置还包括主板上与GPS模块的串口相连接的一切换开关模块，该切换开关模块与主板上一外部接口相连接，所述的主板上外部接口通过一转换电路与所述的PC机上的串口相连接，该转换电路将串口信号与该主板外部接口信号进行相互转换。
2.根据权利要求1所述的PC机与嵌入式设备上的GPS模块之间的连接通道装置，其特征在于，所述的主板上外部接口为Mini USB接口。
3.根据权利要求2所述的PC机与嵌入式设备上的GPS模块之间的连接通道装置，其特征在于，所述的转换电路为将串口信号与USB接口信号进行相互转换的电路。
4.根据权利要求3所述的PC机与嵌入式设备上的GPS模块之间的连接通道装置，其特征在于，所述的转换电路包括一与PC机上的串口相连接的串口和一与主板Mini USB接口相连接的USB接口，所述的串口和USB接口之间通过一RS232模块相连接，一个三向开关与所述的转换电路上的USB接口相连接。
5.根据权利要求2、3或4所述的PC机与嵌入式设备上的GPS模块之间的连接通道装置，其特征在于，所述的切换开关模块包括主板上与GPS模块的串口相连接的一开关电路，该开关电路通过一切换电路与主板上的Mini USB接口相连接，该切换电路还与所述的主板CPU的USB设备控制器相连接。
6.根据权利要求2、3或4所述的PC机与嵌入式设备上的GPS模块之间的连接通道装置，其特征在于，所述的开关电路为二极管、三极管或者可编程逻辑器件，所述的主板上的CPU为Intel PXA 27x系列的CPU。
7.一种使用权利要求1所述的通道装置进行PC机与嵌入式设备上GPS模块之间信号连接的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤(1)启动该转换电路，将串口信号与主板的外部接口信号进行相互转换；(2)设置嵌入式设备主板上的切换开关模块，在该GPS模块与主板的外部接口之间建立信号连接；(3)对主板CPU的相应寄存器进行设置，切断GPS模块串口与该CPU串口之间的信号连接。
8.根据权利要求7所述的进行PC机与嵌入式设备上GPS模块之间信号连接的方法，其特征在于，所述的主板上外部接口为Mini USB接口，所述的转换电路包括一与PC机上的串口相连接的串口和一与主板Mini USB接口相连接的USB接口，所述的串口和USB接口之间通过一RS232模块相连接，一个三向开关与所述的转换电路上的USB接口相连接，所述的启动该转换电路为将所述的三向开关设置为USB接口控制引脚为低电平。
9.根据权利要求8所述的进行PC机与嵌入式设备上GPS模块之间信号连接的方法，其特征在于，所述的切换开关模块包括主板上与GPS模块的串口相连接的一开关电路，该开关电路通过一切换电路与主板上的Mini USB接口相连接，该切换电路还与所述的主板CPU的USB设备控制器相连接，所述的设置嵌入式设备主板上的切换开关模块包括以下步骤(1)将所述切换电路的控制引脚设置为低电平，在Mini USB接口与所述开关电路之间建立信号连接；(2)将所述的开关电路的控制引脚进行电平设置而置为开通状态，在Mini USB接口与所述的GPS模块之间建立信号连接。
全文摘要
本发明涉及一种PC机与嵌入式设备上GPS模块间连接通道装置及通信方法，该装置包括PC机串口、嵌入式设备主板上的GPS模块，GPS模块的串口与主板CPU的串口连接，一与GPS模块串口连接的切换开关模块与主板上一外部接口连接，该外部接口通过一转换电路与PC机串口连接，转换电路将串口信号与该主板外部接口信号进行相互转换。该方法包括启动转换电路将串口信号与外部接口信号进行相互转换、设置切换开关模块在GPS模块与主板的外部接口之间建立信号连接、设置主板CPU寄存器切断GPS模块串口与CPU串口间信号连接。采用该种PC机与嵌入式设备上的GPS模块之间的连接通道装置及其方法，完全实现通道的功能；同时降低了成本，简化了电路，减少了软件的复杂度，提高了效率。
文档编号G06F3/00GK1955888SQ20051003086
公开日2007年5月2日 申请日期2005年10月28日 优先权日2005年10月28日
发明者王丽荣 申请人:环达电脑(上海)有限公司