智工运维定位器之ublox_m8030_gps芯片开发

一，概述

 

GNSS芯片选用了ublox的 UBX-M8030 系列，有3个型号：

可以到官网去下载相关资料，文档还挺齐的：
https://www.u-blox.com/zh/product/ubx-m8030-series#tab-product-selection
比较重要的几个文档有：

ReceiverDescrProtSpec	芯片通讯协议配置相关，软件开发较关心
DataSheet	不用说了吧
HardwareIntegrationManual	硬件设计详解
PowerManagement_AppNote	电源及低功耗
GNSS-Antennas_AppNote	天线相关

把选型相关和我比较关心的一些特性列一下：
最多可并发接收 3 个 GNSS（GPS、伽利略、GLONASS、北斗）
定位精度2米
-148 dBm 到 -167 dBm 灵敏度
冷启动26秒定位时间，热启动只要1.5s
1个串口，默认9600，8n1，本项目只用这个通讯口，其它的USB, I2C, SPI不关心
尺寸封装：QFN, 5x5
支持低电压，支持低功耗模式（这个对我们很重要）

简单来说，如果硬件没问题，天线调试可以，那样芯片会自动每秒发送一次信息，如果已定位成功，就有位置信息了，软件只要解析报文就可以。状态机如下图，acquisition我们叫搜星，tracking就是跟踪。

 Ublox还专门提供了一个调试用的软件，叫u-center，官网可下载。安装到PC上，通过串口与芯片通讯，分析芯片发过来的位置信息报文，图文展示卫星等信息，也支持下发配置，非常方便。

二，硬件

先说明，本人软件工程师，硬件水平渣。如果之前没有研发过GPS类芯片的硬件工程师可能要好好把文档看懂才动手，尤其是天线部分，后面会专门分析该部分。芯片主体框图如下：

 我们项目中原理图如下（天线部分后面提供）：

 2.1 电源

上图把几个重要的外围接口都列了出来，芯片有几个供电pin 脚，硬件要怎么供电取决于你的需求，上图的Main Supply实际上有两路电源输入，V_CORE, 和 V_DCDC，几个电源接口有着不同的功能。
V_BCKP，给RTC，RAM供电，用来保存星历，下次定位更快，功耗只有15uA
V_CORE, 搜星时功耗，只有GPS时 33.6 mA， GNSS 43.2 mA
V_DCDC_IN, 只有GPS时18.3 mA， GNSS 24.2mA
VDD_IO，通讯pin 脚供电

详细功能看官方文档，这里只截个图：

 2.2 低功耗

低功耗与性能是个矛盾关系，各人根据需求去配置，例如硬件上有以下做法可以省电：
主电源1.4v供电
使用晶振(Crystal)而不是TCXO
用UART and DDC接口通讯，而不是USB, SPI
不使用SQI Flash（ROM only version）
无源天线（性能很受影响）

在软件上芯片有两种工作模式，连续模式（Continuous Mode）和省电模式（Power Save Mode，PSM）。连续模式就是使用全部性能，全部通道去搜星，星历都下载OK后进入跟踪引擎，这时功耗会降低。

 如上图最开始阶段，芯片（acquisition engine）尽最大能力搜星，星历下载完成，得到初始位置信息后，芯片关闭acquisition engine进入跟踪状态。检测到新的卫星信号又重新启动acquisition engine，也就是上图的fix阶段。很明显，要省电最好是加长”Update Period”的时间，也就是说省电模式只在跟踪阶段。
省电模式又分两种模式：”Cyclic tracking” 和 “ON/OFF operation”，从下图可以看出，只有设置”Update Period”超过10s “ON/OFF operation”才有省电优势，这也会影响到性能，看用户怎么平衡了。