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#pragma once
//=====================================================================//
/*! @file
@brief NMEA デコード・クラス(GPS 測位コードパース)@n
for GTPA013 @n
初期ボーレートは9600で行う。
@author 平松邦仁 ([email protected])
@copyright Copyright (C) 2016, 2024 Kunihito Hiramatsu @n
Released under the MIT license @n
https://github.com/hirakuni45/RX/blob/master/LICENSE
*/
//=====================================================================//
#include <cstdint>
#include <cstring>
#include "common/time.h"
#include "common/format.hpp"
#include "common/input.hpp"
namespace utils {
//+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++//
/*!
@brief NMEA デコード・クラス
@param[in] SCI_IO シリアルI/O
*/
//+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++//
template <class SCI_IO>
class nmea_dec {
static constexpr uint32_t FAST_BAUDRATE = 57600;
static constexpr uint32_t UPDATE_FAST_RATE = 10; ///< 10Hz
public:
static constexpr uint32_t SINFO_MAX = 14; ///< 衛星情報の最大数
//+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++//
/*!
@brief 衛星パラメーター
*/
//+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++//
struct sat_info {
char no_[4] ; ///< 衛星番号
char elv_[4]; ///< 衛星仰角(Elevation)、0~90度
char azi_[4]; ///< 衛星方位角(Azimuth)、0~359度
char cn_[4]; ///< キャリア/ノイズ比、0~99dB
sat_info() {
no_[0] = 0;
elv_[0] = 0;
azi_[0] = 0;
cn_[0] = 0;
}
};
private:
SCI_IO& sci_;
uint16_t sci_errc_;
uint16_t pos_;
char line_[256];
char time_[12]; // 時間
char lat_[12]; // 緯度(latitude)
char ns_[2]; // 北緯、南緯
char lon_[12]; // 経度(longitude)
char ew_[2]; // 東経、西経
char q_[2]; // 品質
char satellite_[4]; // 衛星数
char hq_[4]; // 水平精度低下率
char alt_[6]; // 海抜高度(Altitude above sea level)
char alt_unit_[2]; // 海抜高度単位
char date_[8]; // 日付
uint16_t sidx_;
sat_info sinfo_[SINFO_MAX]; // 衛星情報
uint32_t id_;
uint32_t iid_;
device::ICU::LEVEL intr_;
uint16_t update_real_rate_;
uint16_t update_fast_rate_;
uint16_t no_recv_cnt_;
uint32_t baud_real_rate_;
uint32_t baud_fast_rate_;
static uint16_t word_(const char* src)
{
const char* top = src;
char ch;
while((ch = *src++) != 0) {
if(ch == ',' || ch == '*') return src - top;
}
return 0;
}
static void copy_word_(char* dst, const char* src, uint16_t len)
{
std::strncpy(dst, src, len);
dst[len] = 0;
}
static int32_t get_dec_(const char* t, uint16_t n = 0)
{
int32_t val = 0;
char ch;
while((ch = *t++) != 0) {
if('0' <= ch && ch <= '9') {
val *= 10;
val += ch - '0';
} else {
break;
}
if(n > 0) {
--n;
if(n == 0) break;
}
}
return val;
}
bool parse_()
{
if(line_[0] != '$') return false;
if(std::strncmp(&line_[1], "GPGGA,", 6) == 0) {
const char* p = &line_[7];
uint16_t n = 0;
uint16_t l;
while((l = word_(p)) != 0) {
if(n == 0) copy_word_(time_, p, l - 1);
else if(n == 1) copy_word_(lat_, p, l - 1);
else if(n == 2) copy_word_(ns_, p, l - 1);
else if(n == 3) copy_word_(lon_, p, l - 1);
else if(n == 4) copy_word_(ew_, p, l - 1);
else if(n == 5) copy_word_(q_, p, l - 1);
else if(n == 6) copy_word_(satellite_, p, l - 1);
else if(n == 7) copy_word_(hq_, p, l - 1);
else if(n == 8) copy_word_(alt_, p, l - 1);
else if(n == 9) copy_word_(alt_unit_, p, l - 1);
else {
break;
}
p += l;
++n;
}
} else if(std::strncmp(&line_[1], "GPRMC,", 6) == 0) {
const char* p = &line_[7];
uint16_t n = 0;
uint16_t l;
while((l = word_(p)) != 0) {
if(n == 8) copy_word_(date_, p, l - 1);
p += l;
++n;
}
} else if(std::strncmp(&line_[1], "GPGSV,", 6) == 0) { // 衛星情報
const char* p = &line_[7];
uint16_t sidx = 0;
uint16_t n = 0;
uint16_t l;
while((l = word_(p)) != 0) {
if(n == 1) {
char tmp[4];
copy_word_(tmp, p, l - 1);
sidx = get_dec_(tmp);
sidx *= 4;
} else if(n >= 3) {
if(*(p - 1) == '*') break;
auto& t = sinfo_[sidx % SINFO_MAX];
auto mod = (n - 3) % 4;
if(mod == 0) {
copy_word_(t.no_, p, l - 1);
} else if(mod == 1) copy_word_(t.elv_, p, l - 1);
else if(mod == 2) copy_word_(t.azi_, p, l - 1);
else if(mod == 3) {
copy_word_(t.cn_, p, l - 1);
++sidx;
}
}
p += l;
++n;
}
++iid_;
} else if(std::strncmp(&line_[1], "GPVTG,", 6) == 0) {
++id_;
return true;
} else {
// utils::format("ND: '%s'\n") % line_;
}
return false;
}
static uint8_t sum_(const char* str)
{
if(*str == '$') ++str;
char ch;
uint8_t sum = 0;
while((ch = *str) != 0) {
if(ch == '*') break;
sum ^= static_cast<uint8_t>(ch);
++str;
}
return sum;
}
void init_()
{
no_recv_cnt_ = 0;
sci_.auto_crlf(false);
line_[0] = 0;
pos_ = 0;
}
public:
//-----------------------------------------------------------------//
/*!
@brief コンストラクター
*/
//-----------------------------------------------------------------//
nmea_dec(SCI_IO& sci) noexcept : sci_(sci), sci_errc_(0), pos_(0), line_{ 0 },
time_{ 0 }, lat_{ 0 }, ns_{ 0 }, lon_{ 0 },
ew_{ 0 }, q_{ 0 }, satellite_{ 0 }, hq_{ 0 },
alt_{ 0 }, alt_unit_{ 0 }, date_{ 0 },
sidx_(0), id_(0), iid_(0), intr_(device::ICU::LEVEL::NONE),
update_real_rate_(0), update_fast_rate_(0),
no_recv_cnt_(0),
baud_real_rate_(0), baud_fast_rate_(0)
{ }
//-----------------------------------------------------------------//
/*!
@brief 処理IDを取得
@return 処理ID
*/
//-----------------------------------------------------------------//
uint32_t get_id() const noexcept { return id_; }
//-----------------------------------------------------------------//
/*!
@brief 情報処理IDを取得
@return 情報処理ID
*/
//-----------------------------------------------------------------//
uint32_t get_iid() const noexcept { return iid_; }
//-----------------------------------------------------------------//
/*!
@brief 時間を取得 (hhmmss.ss) 000000.00 to 235959.99
@return 時間
*/
//-----------------------------------------------------------------//
const char* get_time() const noexcept { return time_; }
//-----------------------------------------------------------------//
/*!
@brief 日付を取得 (ddmmyy)
@return 日付
*/
//-----------------------------------------------------------------//
const char* get_date() const noexcept { return date_; }
//-----------------------------------------------------------------//
/*!
@brief GMT 時間「time_t」を取得(グリニッチ標準時間)
@return 時間「time_t」
*/
//-----------------------------------------------------------------//
time_t get_gmtime() const noexcept {
if(time_[0] == 0) {
return 0;
}
tm ts;
ts.tm_sec = get_dec_(&time_[4], 2);
ts.tm_min = get_dec_(&time_[2], 2);
ts.tm_hour = get_dec_(&time_[0], 2);
ts.tm_mday = get_dec_(&date_[0], 2);
ts.tm_mon = get_dec_(&date_[2], 2) - 1;
ts.tm_year = get_dec_(&date_[4], 2);
ts.tm_year += 100; // 起点1900年
return mktime_gmt(&ts);
}
//-----------------------------------------------------------------//
/*!
@brief 緯度を取得 (dddmm.mmmm)
@return 緯度
*/
//-----------------------------------------------------------------//
const char* get_lat() const noexcept { return lat_; }
//-----------------------------------------------------------------//
/*!
@brief 経度を取得 (dddmm.mmmm)
@return 経度
*/
//-----------------------------------------------------------------//
const char* get_lon() const noexcept { return lon_; }
//-----------------------------------------------------------------//
/*!
@brief 軽度、緯度情報を、google などで使える形式に変換
@param[in] src ddmm.mmmm 度形式
@param[out] up ddd 度表記
@param[out] dn .dddd 度表記
@return 成功なら「true」
*/
//-----------------------------------------------------------------//
static bool conv_latlon(const char* src, int32_t& up, int32_t& dn) noexcept
{
const char* p = strchr(src, '.');
if(p == nullptr) return false;
if((p - src) < 3) return false;
p -= 2;
char tmp[8];
strncpy(tmp, src, p - src);
tmp[p - src] = 0;
if(!(utils::input("%d", tmp) % up).status()) {
return false;
}
tmp[0] = p[0];
tmp[1] = p[1];
tmp[2] = p[3];
tmp[3] = p[4];
tmp[4] = p[5];
tmp[5] = p[6];
tmp[6] = 0;
if(!(utils::input("%d", tmp) % dn).status()) {
return false;
}
dn /= 60;
return true;
}
//-----------------------------------------------------------------//
/*!
@brief 軽度、緯度情報を、google などで使える形式に変換
@param[in] src ddmm.mmmm 度形式
@param[out] dst ddd.dddd 度表記
@param[in] len dst のサイズ
@return 成功なら「true」
*/
//-----------------------------------------------------------------//
static bool conv_latlon(const char* src, char* dst, uint32_t len) noexcept
{
if(src == nullptr || dst == nullptr || len < 8) return false;
int32_t up = 0;
int32_t dn = 0;
auto ret = conv_latlon(src, up, dn);
utils::sformat("%d.%d", dst, len) % up % dn;
return ret;
}
//-----------------------------------------------------------------//
/*!
@brief 品質を取得
@return 品質
*/
//-----------------------------------------------------------------//
const char* get_quality() const noexcept { return q_; }
//-----------------------------------------------------------------//
/*!
@brief 衛星数を取得
@return 衛星数
*/
//-----------------------------------------------------------------//
int get_satellite_num() const noexcept
{
int n = 0;
utils::input("%d", satellite_) % n;
return n;
}
//-----------------------------------------------------------------//
/*!
@brief 水平品質を取得
@return 水平品質
*/
//-----------------------------------------------------------------//
const char* get_holizontal_quality() const noexcept { return hq_; }
//-----------------------------------------------------------------//
/*!
@brief 海抜高度を取得
@return 海抜高度
*/
//-----------------------------------------------------------------//
const char* get_altitude() const noexcept { return alt_; }
//-----------------------------------------------------------------//
/*!
@brief 海抜高度単位を取得
@return 海抜高度単位
*/
//-----------------------------------------------------------------//
const char* get_altitude_unit() const noexcept { return alt_unit_; }
//-----------------------------------------------------------------//
/*!
@brief 衛星情報の取得
@param[in] idx 衛星インデックス
@return 衛星情報
*/
//-----------------------------------------------------------------//
const sat_info& get_satellite_info(uint16_t idx) const noexcept
{
if(idx < SINFO_MAX) {
return sinfo_[idx];
} else {
static sat_info si;
return si;
}
}
//-----------------------------------------------------------------//
/*!
@brief GPS 情報の表示
*/
//-----------------------------------------------------------------//
void list_all() const noexcept
{
utils::format("ID: %d, IID: %d %s %s\n")
% get_id() % get_iid() % get_date() % get_time();
char lat[10];
if(!conv_latlon(get_lat(), lat, sizeof(lat))) {
return;
}
char lon[10];
if(!conv_latlon(get_lon(), lon, sizeof(lon))) {
return;
}
utils::format("(%d)LatLon: %s,%s (%s m)\n")
% get_satellite_num() % lat % lon % get_altitude();
}
//-----------------------------------------------------------------//
/*!
@brief スタート @n
・開始時はボーレートは「9600BPS」になっている。@n
・GPS モジュールがバッテリーバックアップされている場合、@n
最後に設定したボーレートになっている可能性がある。
@param[in] intr シリアルの割り込みレベル
@param[in] fast 高速ボーレート
@param[in] rate 更新レート(最大10Hz)
*/
//-----------------------------------------------------------------//
void start(device::ICU::LEVEL intr = device::ICU::LEVEL::_1, uint32_t fast = FAST_BAUDRATE, uint16_t rate = 10) noexcept
{
intr_ = intr;
baud_real_rate_ = 9600;
baud_fast_rate_ = fast;
update_real_rate_ = 1;
update_fast_rate_ = rate;
init_();
sci_.start(baud_real_rate_, intr);
}
//-----------------------------------------------------------------//
/*!
@brief サービス @n
情報量に応じて呼ぶ(通常毎フレーム呼ぶ)
@return 更新されたら「true」
*/
//-----------------------------------------------------------------//
bool service() noexcept
{
auto errc = sci_.get_fer_count();
if(errc != sci_errc_) {
sci_errc_ = errc;
sci_.flush_recv();
++no_recv_cnt_;
if(no_recv_cnt_ >= (60 * 5)) { // 5秒間受信が無い場合、ボーレートを変更
if(baud_real_rate_ == 9600) { // 9600 で通信出来てないので、高速になってるかも
// sci_.start(baud_fast_rate_, intr_);
// init_();
// baud_real_rate_ = baud_fast_rate_;
}
no_recv_cnt_ = 0;
}
return false;
}
bool ret = false;
auto len = sci_.recv_length();
if(len > 0) {
if(baud_real_rate_ == 9600) { // 9600 で通信出来てる場合、高速にキック
// set_baudrate(baud_fast_rate_);
}
}
no_recv_cnt_ = 0;
while(len > 0) {
auto ch = sci_.getch();
if(ch == 0x0d) {
line_[pos_] = 0;
ret = parse_();
pos_ = 0;
} else {
if(ch >= ' ' && ch <= 0x7f) { // CTRL コードは無視する。
if(pos_ < (sizeof(line_) - 1)) {
line_[pos_] = ch;
++pos_;
} else {
pos_ = 0;
}
}
}
--len;
}
if(ret && baud_real_rate_ == baud_fast_rate_) { // fast rate なら、10Hz にする。
if(update_real_rate_ == 1) {
/// set_update_rate(UPDATE_FAST_RATE);
}
}
return ret;
}
//-----------------------------------------------------------------//
/*!
@breif G.P.S. のボーレートを設定
@param[in] baud ボーレート
*/
//-----------------------------------------------------------------//
void set_baudrate(uint32_t baud) noexcept
{
// "PMTK251,9600",
// "PMTK251,14400",
// "PMTK251,19200",
// "PMTK251,38400",
// "PMTK251,57600",
// "PMTK251,115200",
if(baud_real_rate_ == baud) return;
baud_real_rate_ = baud;
char tmp[24];
utils::sformat("PMTK251,%u", tmp, sizeof(tmp)) % baud_real_rate_;
uint32_t sum = sum_(tmp);
char tmp2[24];
utils::sformat("$%s*%02X\r\n", tmp2, sizeof(tmp2)) % tmp % sum;
sci_.puts(tmp2);
sci_.start(baud_real_rate_, intr_);
init_();
}
//-----------------------------------------------------------------//
/*!
@breif 通信中のボーレートを取得
@return 通信中のボーレート
*/
//-----------------------------------------------------------------//
uint32_t get_baudrate() const noexcept { return baud_real_rate_; }
//-----------------------------------------------------------------//
/*!
@breif 位置更新レートの設定 @n
※高いレートを使う場合、事前にボーレートを高く設定する必要がある。
@param[in] rate 更新レート
@return 成功なら「true」
*/
//-----------------------------------------------------------------//
bool set_update_rate(uint32_t rate) noexcept
{
if(rate < 1 || rate > 10) return false;
// "$PMTK220,1000*1F" // 1Hz [ms]
// "$PMTK220,500*2B" // 2Hz [ms]
// "$PMTK220,200*2C" // 5Hz [ms]
// "$PMTK220,100*2F" // 10Hz [ms]
char tmp[16];
uint32_t r = 1000 / rate;
utils::sformat("PMTK220,%u", tmp, sizeof(tmp)) % r;
uint32_t sum = sum_(tmp);
char tmp2[24];
utils::sformat("$%s*%02X\r\n", tmp2, sizeof(tmp2)) % tmp % sum;
sci_.puts(tmp2);
update_real_rate_ = rate;
return true;
}
//-----------------------------------------------------------------//
/*!
@breif 位置更新レートの取得
@return 位置更新レート
*/
//-----------------------------------------------------------------//
uint32_t get_update_rate() const noexcept { return update_real_rate_; }
#if 0
// Position fix update rate commands.
#define PMTK_API_SET_FIX_CTL_100_MILLIHERTZ "$PMTK300,10000,0,0,0,0*2C" // Once every 10 seconds, 100 millihertz.
#define PMTK_API_SET_FIX_CTL_200_MILLIHERTZ "$PMTK300,5000,0,0,0,0*18" // Once every 5 seconds, 200 millihertz.
#define PMTK_API_SET_FIX_CTL_1HZ "$PMTK300,1000,0,0,0,0*1C"
#define PMTK_API_SET_FIX_CTL_5HZ "$PMTK300,200,0,0,0,0*2F"
// Can't fix position faster than 5 times a second!
#endif
#if 0
// turn on only the second sentence (GPRMC)
#define PMTK_SET_NMEA_OUTPUT_RMCONLY "$PMTK314,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0*29"
// turn on GPRMC and GGA
#define PMTK_SET_NMEA_OUTPUT_RMCGGA "$PMTK314,0,1,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0*28"
// turn on ALL THE DATA
#define PMTK_SET_NMEA_OUTPUT_ALLDATA "$PMTK314,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0*28"
// turn off output
#define PMTK_SET_NMEA_OUTPUT_OFF "$PMTK314,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0*28"
// to generate your own sentences, check out the MTK command datasheet and use a checksum calculator
// such as the awesome http://www.hhhh.org/wiml/proj/nmeaxor.html
#define PMTK_LOCUS_STARTLOG "$PMTK185,0*22"
#define PMTK_LOCUS_STOPLOG "$PMTK185,1*23"
#define PMTK_LOCUS_STARTSTOPACK "$PMTK001,185,3*3C"
#define PMTK_LOCUS_QUERY_STATUS "$PMTK183*38"
#define PMTK_LOCUS_ERASE_FLASH "$PMTK184,1*22"
#define LOCUS_OVERLAP 0
#define LOCUS_FULLSTOP 1
#define PMTK_ENABLE_SBAS "$PMTK313,1*2E"
#define PMTK_ENABLE_WAAS "$PMTK301,2*2E"
// standby command & boot successful message
#define PMTK_STANDBY "$PMTK161,0*28"
// Not needed currently
#define PMTK_STANDBY_SUCCESS "$PMTK001,161,3*36"
#define PMTK_AWAKE "$PMTK010,002*2D"
// ask for the release and version
#define PMTK_Q_RELEASE "$PMTK605*31"
// request for updates on antenna status
#define PGCMD_ANTENNA "$PGCMD,33,1*6C"
#define PGCMD_NOANTENNA "$PGCMD,33,0*6D"
// センテンス例:
$GPGSV,3,1,12,26,72,352,28,05,65,066,37,15,50,268,35,27,33,189,37*7F
単語例 説明 意味
3 総GSVセンテンス数 総GSVセンテンス数:3個
1 このセンテンスの番号 3個中の1個目のセンテンス
12 ビュー内の総衛星数 ビュー内の総衛星数:12個
26 衛星番号 衛星番号:26
72 衛星仰角。00~90度 衛星仰角:72度
352 衛星方位角。000~359度 衛星方位角:352度
28 C/No(キャリア/ノイズ比)。00~99dB C/No:28dB
05 衛星番号 衛星番号:05
65 衛星仰角。00~90度 衛星仰角:65度
066 衛星方位角。000~359度 衛星方位角:66度
37 C/No(キャリア/ノイズ比)。00~99dB C/No:37dB
15 衛星番号 衛星番号:15
50 衛星仰角。00~90度 衛星仰角:50度
268 衛星方位角。000~359度 衛星方位角:268度
35 C/No(キャリア/ノイズ比)。00~99dB C/No:35dB
27 衛星番号 衛星番号:27
33 衛星仰角。00~90度 衛星仰角:33度
189 衛星方位角。000~359度 衛星方位角:189度
37 C/No(キャリア/ノイズ比)。00~99dB C/No:37dB
*7F チェックサム チェックサム値:7F
#endif
};
}