Subversion Repositories Projects

#include <inttypes.h>
#include "ubx.h"
#include "timer0.h"
#include "uart0.h"
#include "printf_P.h"


// ------------------------------------------------------------------------------------------------
// defines

#define DAYS_FROM_JAN01YEAR0001_TO_JAN6_1980 722819 // the year 0 does not exist!
#define DAYS_PER_YEAR           365
#define DAYS_PER_LEAPYEAR       366
#define DAYS_PER_4YEARS         1461    //((3 * DAYS_PER_YEAR) + DAYS_PER_LEAPYEAR) // years dividable by 4 are leap years
#define DAYS_PER_100YEARS       36524   //((25 * DAYS_PER_4YEARS) - 1) // years dividable by 100 are no leap years
#define DAYS_PER_400YEARS       146097  //((4 * DAYS_PER_100YEARS) + 1L) // but years dividable by 400 are leap years
#define SECONDS_PER_MINUTE      60
#define MINUTES_PER_HOUR        60
#define HOURS_PER_DAY           24
#define DAYS_PER_WEEK           7
#define SECONDS_PER_HOUR        3600    //(SECONDS_PER_MINUTE * MINUTES_PER_HOUR)
#define SECONDS_PER_DAY         86400   //(SECONDS_PER_HOUR * HOURS_PER_DAY)
#define SECONDS_PER_WEEK        604800  //(SECONDS_PER_DAY * DAYS_PER_WEEK)

// days per month in normal and leap years
const uint32_t   Leap[ 13 ] = { 0,  31,  60,  91, 121, 152, 182, 213, 244, 274, 305, 335, 366 };
const uint32_t Normal[ 13 ]     = { 0,  31,  59,  90, 120, 151, 181, 212, 243, 273, 304, 334, 365 };

#define LEAP_SECONDS_FROM_1980  15 // the last one was on the Dec 31th 2008

// message sync bytes
#define UBX_SYNC1_CHAR  0xB5
#define UBX_SYNC2_CHAR  0x62
// protocoll identifier
#define UBX_CLASS_NAV   0x01
// message id
#define UBX_ID_POSLLH   0x02
#define UBX_ID_SOL              0x06
#define UBX_ID_VELNED   0x12

// ------------------------------------------------------------------------------------------------
// typedefs


// ubx parser state
typedef enum
{
        UBXSTATE_IDLE,
        UBXSTATE_SYNC1,
        UBXSTATE_SYNC2,
        UBXSTATE_CLASS,
        UBXSTATE_LEN1,
        UBXSTATE_LEN2,
        UBXSTATE_DATA,
        UBXSTATE_CKA,
        UBXSTATE_CKB
} ubxState_t;

typedef struct
{
        uint32_t        itow;           // ms GPS Millisecond Time of Week
        int32_t         frac;           // ns remainder of rounded ms above
        int16_t         week;           // GPS week
        uint8_t         GPSfix;         // GPSfix Type, range 0..6
        uint8_t         Flags;          // Navigation Status Flags
        int32_t         ECEF_X;         // cm ECEF X coordinate
        int32_t         ECEF_Y;         // cm ECEF Y coordinate
        int32_t         ECEF_Z;         // cm ECEF Z coordinate
        int32_t         PAcc;           // cm 3D Position Accuracy Estimate
        int32_t         ECEFVX;         // cm/s ECEF X velocity
        int32_t         ECEFVY;         // cm/s ECEF Y velocity
        int32_t         ECEFVZ;         // cm/s ECEF Z velocity
        uint32_t        SAcc;           // cm/s Speed Accuracy Estimate
        uint16_t        PDOP;           // 0.01 Position DOP
        uint8_t         res1;           // reserved
        uint8_t         numSV;          // Number of SVs used in navigation solution
        uint32_t        res2;           // reserved
        uint8_t         Status;     // invalid/newdata/processed
} __attribute__((packed)) ubx_nav_sol_t;


typedef struct
{
        uint32_t        itow;           // ms  GPS Millisecond Time of Week
        int32_t         VEL_N;          // cm/s  NED north velocity
        int32_t         VEL_E;          // cm/s  NED east velocity
        int32_t         VEL_D;          // cm/s  NED down velocity
        int32_t         Speed;          // cm/s  Speed (3-D)
        int32_t         GSpeed;         // cm/s  Ground Speed (2-D)
        int32_t         Heading;        // 1e-05 deg  Heading 2-D
        uint32_t        SAcc;           // cm/s  Speed Accuracy Estimate
        uint32_t        CAcc;           // deg  Course / Heading Accuracy Estimate
        uint8_t         Status;         // invalid/newdata/processed
} __attribute__((packed)) ubx_nav_velned_t;

typedef struct
{
        uint32_t        itow;           // ms GPS Millisecond Time of Week
        int32_t         LON;            // 1e-07 deg Longitude
        int32_t         LAT;            // 1e-07 deg Latitude
        int32_t         HEIGHT;         // mm Height above Ellipsoid
        int32_t         HMSL;           // mm Height above mean sea level
        uint32_t        Hacc;           // mm Horizontal Accuracy Estimate
        uint32_t        Vacc;           // mm Vertical Accuracy Estimate
        uint8_t         Status;         // invalid/newdata/processed
} __attribute__((packed)) ubx_nav_posllh_t;



//------------------------------------------------------------------------------------
// global variables

// local buffers for the incomming ubx messages
volatile ubx_nav_sol_t          UbxSol    = {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, INVALID};
volatile ubx_nav_posllh_t       UbxPosLlh = {0,0,0,0,0,0,0, INVALID};
volatile ubx_nav_velned_t       UbxVelNed = {0,0,0,0,0,0,0,0,0, INVALID};

uint16_t CheckGPSOkay = 0;

// shared buffer
gps_data_t              GPSData = {{0,0,0,INVALID},0,0,0,0,0,0,0, INVALID};

//------------------------------------------------------------------------------------
// functions

uint8_t IsLeapYear(uint16_t year)
{
        if((year%400 == 0) || ( (year%4 == 0) && (year%100 != 0) ) ) return 1;
        else return 0;
}

/********************************************************/
/*  Calculates the UTC Time from the GPS week and tow   */
/********************************************************/
void SetGPSTime(DateTime_t * pTimeStruct)
{
        uint32_t Days, Seconds, Week;
        uint16_t YearPart;
        uint32_t * MonthDayTab = 0;
        uint8_t  i;



        // if GPS data show valid time data
        if((UbxSol.Status != INVALID) && (UbxSol.Flags & FLAG_WKNSET) && (UbxSol.Flags & FLAG_TOWSET) )
        {
                Seconds = UbxSol.itow / 1000L;
                Week = (uint32_t)UbxSol.week;
                // correct leap seconds since 1980
                if(Seconds < LEAP_SECONDS_FROM_1980)
                {
                        Week--;
                        Seconds = SECONDS_PER_WEEK - LEAP_SECONDS_FROM_1980 + Seconds;
                }
                else Seconds -= LEAP_SECONDS_FROM_1980;

                Days = DAYS_FROM_JAN01YEAR0001_TO_JAN6_1980;
                Days += (Week * DAYS_PER_WEEK);
                Days += Seconds / SECONDS_PER_DAY; // seperate days from GPS seconds of week

                pTimeStruct->Year = 1;
                YearPart = (uint16_t)(Days / DAYS_PER_400YEARS);
                pTimeStruct->Year += YearPart * 400;
                Days = Days % DAYS_PER_400YEARS;
                YearPart = (uint16_t)(Days / DAYS_PER_100YEARS);
                pTimeStruct->Year += YearPart * 100;
                Days = Days % DAYS_PER_100YEARS;
                YearPart = (uint16_t)(Days / DAYS_PER_4YEARS);
                pTimeStruct->Year += YearPart * 4;
                Days = Days % DAYS_PER_4YEARS;
                if(Days < (3* DAYS_PER_YEAR)) YearPart = (uint16_t)(Days / DAYS_PER_YEAR);
                else YearPart = 3;
                pTimeStruct->Year += YearPart;
                // calculate remaining days of year
                Days -= (uint32_t)(YearPart *  DAYS_PER_YEAR);
                Days += 1;
                // check if current year is a leap year
                if(IsLeapYear(pTimeStruct->Year)) MonthDayTab = (uint32_t*)Leap;
                else MonthDayTab = (uint32_t*)Normal;
            // seperate month and day from days of year
                for ( i = 0; i < 12; i++ )
                {
                        if ( (MonthDayTab[i]< Days) && (Days <= MonthDayTab[i+1]) )
                        {
                                pTimeStruct->Month = i+1;
                                pTimeStruct->Day = Days - MonthDayTab[i];
                                i = 12;
                        }
                }
                Seconds = Seconds % SECONDS_PER_DAY; // remaining seconds of current day
                pTimeStruct->Hour = (uint8_t)(Seconds / SECONDS_PER_HOUR);
                Seconds = Seconds % SECONDS_PER_HOUR; // remaining seconds of current hour
                pTimeStruct->Min = (uint8_t)(Seconds / SECONDS_PER_MINUTE);
                Seconds = Seconds % SECONDS_PER_MINUTE; // remaining seconds of current minute
                pTimeStruct->Sec = (uint8_t)(Seconds);
                pTimeStruct->mSec  = (uint16_t)(UbxSol.itow % 1000L);
                pTimeStruct->Valid = 1;
        }
        else
        {
                pTimeStruct->Valid = 0;
        }
}



/********************************************************/
/*                  Initialize UBX Parser               */
/********************************************************/
void UBX_Init(void)
{
        printf("\r\n UBX init...");
        // mark msg buffers invalid
        UbxSol.Status = INVALID;
        UbxPosLlh.Status = INVALID;
        UbxVelNed.Status = INVALID;
        GPSData.Status = INVALID;
        printf("ok");
}

/********************************************************/
/*            Upate GPS data stcructure                 */
/********************************************************/
void Update_GPSData (void)
{
        static uint16_t Ubx_Timeout = 0;
        static uint8_t  Msg_Count = 0;

        // the timeout is used to detect the delay between two message sets
        // and is used for synchronisation so that always a set is collected
        // that belongs together
        // _______NAVSOL|POSLLH|VELNED|___________________NAVSOL|POSLLH|VELNED|_____________
        //              |  8ms | 8ms  |         184 ms          |      |      |
        // msg_count:   0      1      2                         0      1      2

        if(CheckDelay(Ubx_Timeout))     Msg_Count = 0;
        else Msg_Count++;
        Ubx_Timeout = SetDelay(100); // reset ubx msg timeout

        // if a new set of ubx messages was collected
        if((Msg_Count >= 2))
        {       // if set is complete
                if((UbxSol.Status == NEWDATA) && (UbxPosLlh.Status == NEWDATA) && (UbxVelNed.Status == NEWDATA))
                {
                        CheckGPSOkay++;
                        // update GPS data only if the status is INVALID or PROCESSED  and the last ubx message was received within less than 100 ms
                        if(GPSData.Status != NEWDATA) // if last data were processed
                        { // wait for new data at all neccesary ubx messages
                                GPSData.Status = INVALID;
                                // NAV SOL
                                GPSData.Flags =                                 UbxSol.Flags;
                                GPSData.NumOfSats =                     UbxSol.numSV;
                                GPSData.SatFix =                                UbxSol.GPSfix;
                                GPSData.Position_Accuracy =             UbxSol.PAcc;
                                GPSData.Speed_Accuracy =                UbxSol.SAcc;
                                SetGPSTime(&SystemTime); // update system time
                                // NAV POSLLH
                                GPSData.Position.Status =               INVALID;
                                GPSData.Position.Longitude =    UbxPosLlh.LON;
                                GPSData.Position.Latitude =     UbxPosLlh.LAT;
                                GPSData.Position.Altitude =     UbxPosLlh.HMSL;
                                GPSData.Position.Status =               NEWDATA;
                                // NAV VELNED
                                GPSData.Speed_East =                    UbxVelNed.VEL_E;
                                GPSData.Speed_North =                   UbxVelNed.VEL_N;
                                GPSData.Speed_Top       =                       -UbxVelNed.VEL_D;
                                GPSData.Speed_Ground =                  UbxVelNed.GSpeed;
                                GPSData.Heading =                               UbxVelNed.Heading;

                                GPSData.Status = NEWDATA; // new data available
                        } // EOF if(GPSData.Status != NEWDATA)
                } // EOF all ubx messages received
                // set state to collect new data
                UbxSol.Status =                                 PROCESSED;      // ready for new data
                UbxPosLlh.Status =                              PROCESSED;      // ready for new data
                UbxVelNed.Status =                              PROCESSED;      // ready for new data
        }
}


/********************************************************/
/*                   UBX Parser                         */
/********************************************************/
void UBX_Parser(uint8_t c)
{
        static ubxState_t ubxState = UBXSTATE_IDLE;
        static uint16_t msglen;
        static uint8_t cka, ckb;
        static uint8_t *ubxP, *ubxEp, *ubxSp; // pointers to data currently transfered


        //state machine
        switch (ubxState)       // ubx message parser
        {
                case UBXSTATE_IDLE: // check 1st sync byte
                        if (c == UBX_SYNC1_CHAR) ubxState = UBXSTATE_SYNC1;
                        else ubxState = UBXSTATE_IDLE; // out of synchronization
                        break;

                case UBXSTATE_SYNC1: // check 2nd sync byte
                        if (c == UBX_SYNC2_CHAR) ubxState = UBXSTATE_SYNC2;
                        else ubxState = UBXSTATE_IDLE; // out of synchronization
                        break;

                case UBXSTATE_SYNC2: // check msg class to be NAV
                        if (c == UBX_CLASS_NAV) ubxState = UBXSTATE_CLASS;
                        else ubxState = UBXSTATE_IDLE; // unsupported message class
                        break;

                case UBXSTATE_CLASS: // check message identifier
                        switch(c)
                        {
                                case UBX_ID_POSLLH: // geodetic position
                                        ubxP =  (uint8_t *)&UbxPosLlh; // data start pointer
                                        ubxEp = (uint8_t *)(&UbxPosLlh + 1); // data end pointer
                                        ubxSp = (uint8_t *)&UbxPosLlh.Status; // status pointer
                                        break;

                                case UBX_ID_SOL: // navigation solution
                                        ubxP =  (uint8_t *)&UbxSol; // data start pointer
                                        ubxEp = (uint8_t *)(&UbxSol + 1); // data end pointer
                                        ubxSp = (uint8_t *)&UbxSol.Status; // status pointer
                                        break;

                                case UBX_ID_VELNED: // velocity vector in tangent plane
                                        ubxP =  (uint8_t *)&UbxVelNed; // data start pointer
                                        ubxEp = (uint8_t *)(&UbxVelNed + 1); // data end pointer
                                        ubxSp = (uint8_t *)&UbxVelNed.Status; // status pointer
                                        break;

                                default:                        // unsupported identifier
                                        ubxState = UBXSTATE_IDLE;
                                        break;
                        }
                        if (ubxState != UBXSTATE_IDLE)
                        {
                                ubxState = UBXSTATE_LEN1;
                                cka = UBX_CLASS_NAV + c;
                                ckb = UBX_CLASS_NAV + cka;
                        }
                        break;

                case UBXSTATE_LEN1: // 1st message length byte
                        msglen = (uint16_t)c; // lowbyte first
                        cka += c;
                        ckb += cka;
                        ubxState = UBXSTATE_LEN2;
                        break;

                case UBXSTATE_LEN2: // 2nd message length byte
                        msglen += ((uint16_t)c)<<8; // high byte last
                        cka += c;
                        ckb += cka;
                        // if the old data are not processed so far then break parsing now
                        // to avoid writing new data in ISR during reading by another function
                        if ( *ubxSp == NEWDATA )
                        {
                                ubxState = UBXSTATE_IDLE;
                                Update_GPSData(); //update GPS info respectively
                        }
                        else // data invalid or allready processd
                        {
                                *ubxSp = INVALID; // mark invalid during buffer filling
                                ubxState = UBXSTATE_DATA;
                        }
                        break;

                case UBXSTATE_DATA: // collecting data
                        if (ubxP < ubxEp)
                        {
                                *ubxP++ = c; // copy curent data byte if any space is left
                                cka += c;
                                ckb += cka;
                                if (--msglen == 0)      ubxState = UBXSTATE_CKA; // switch to next state if all data was read
                        }
                        else // rx buffer overrun
                        {
                                ubxState = UBXSTATE_IDLE;
                        }
                        break;

                case UBXSTATE_CKA:
                        if (c == cka) ubxState = UBXSTATE_CKB;
                        else
                        {
                                *ubxSp = INVALID;
                                ubxState = UBXSTATE_IDLE;
                        }
                        break;

                case UBXSTATE_CKB:
                        if (c == ckb)
                        {
                                *ubxSp = NEWDATA; // new data are valid
                                Update_GPSData(); //update GPS info respectively
                        }
                        else
                        {       // if checksum not match then set data invalid
                                *ubxSp = INVALID;
                        }
                        ubxState = UBXSTATE_IDLE; // ready to parse new data
                        break;

                default: // unknown ubx state
                        ubxState = UBXSTATE_IDLE;
                        break;

        }
}