yincheng.zhong
3 天以前 30303d366d1a0d857357c90bed876686f2d1e603
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
GPS/IMU PythonLink 协议验证脚本
 
功能:
 1. 串口实时读取帧 (live 模式) 验证 GPS 帧 checksum 与结构解包
 2. 构造本地示例帧 (sample 模式) 做自测
 
协议: Frame = AA 55 | Type(1) | Len(2 LE) | Payload | Checksum(2 LE) | 0D 0A
Checksum = (sum of Type + Len(2B) + Payload bytes) & 0xFFFF (小端存储)
GPS Type = 0x01, Payload = 44 字节: 
  double lat, double lon,
  float heading,
  float vel_east, float vel_north, float vel_up,
  float altitude,
  uint32 utc_time,
  uint8 pos_quality, uint8 sat_count, 2 bytes reserved
 
使用示例:
  python tools/verify_gps.py --port COM28 --baud 921600 --mode live
  python tools/verify_gps.py --mode sample
 
按 Ctrl+C 退出实时模式。
"""
import argparse
import struct
import sys
import time
from typing import Optional, Tuple
 
try:
    import serial  # pyserial
except ImportError:
    serial = None
 
HEADER1 = 0xAA
HEADER2 = 0x55
FOOTER1 = 0x0D
FOOTER2 = 0x0A
TYPE_GPS = 0x01
# TYPE_IMU = 0x02  # 备用
GPS_PAYLOAD_LEN = 44
FRAME_HEADER_LEN = 4  # 0xAA 0x55 Type Len(2)
FRAME_FOOTER_LEN = 4  # Checksum(2) 0x0D 0x0A
 
GPS_STRUCT_FMT = '<ddfffffI2B2x'
# 验证结构尺寸
assert struct.calcsize(GPS_STRUCT_FMT) == GPS_PAYLOAD_LEN, 'GPS struct size mismatch'
 
class GPSFrame:
    def __init__(self, lat, lon, heading, vel_e, vel_n, vel_u, altitude, utc_time, pos_q, sat_cnt):
        self.lat = lat
        self.lon = lon
        self.heading = heading
        self.vel_e = vel_e
        self.vel_n = vel_n
        self.vel_u = vel_u
        self.altitude = altitude
        self.utc_time = utc_time
        self.pos_q = pos_q
        self.sat_cnt = sat_cnt
 
    def __str__(self):
        return (f'GPSFrame(lat={self.lat:.8f}, lon={self.lon:.8f}, heading={self.heading:.2f}, '
                f'vel_e={self.vel_e:.2f}, vel_n={self.vel_n:.2f}, vel_u={self.vel_u:.2f}, '
                f'alt={self.altitude:.2f}, utc={self.utc_time}, posQ={self.pos_q}, sats={self.sat_cnt})')
 
def calc_checksum(type_byte: int, length_le: bytes, payload: bytes) -> int:
    s = type_byte + sum(length_le) + sum(payload)
    return s & 0xFFFF
 
def parse_gps_payload(payload: bytes) -> GPSFrame:
    (lat, lon, heading, vel_e, vel_n, vel_u, altitude, utc_time, pos_q, sat_cnt) = struct.unpack(GPS_STRUCT_FMT, payload)
    return GPSFrame(lat, lon, heading, vel_e, vel_n, vel_u, altitude, utc_time, pos_q, sat_cnt)
 
def parse_frame(buf: bytes) -> Tuple[Optional[GPSFrame], str]:
    # 最小长度检查
    if len(buf) < FRAME_HEADER_LEN + FRAME_FOOTER_LEN:
        return None, 'buffer too short'
    if buf[0] != HEADER1 or buf[1] != HEADER2:
        return None, 'header mismatch'
    type_byte = buf[2]
    length = buf[3] | (buf[4] << 8)
    total_needed = FRAME_HEADER_LEN + length + FRAME_FOOTER_LEN
    if len(buf) < total_needed:
        return None, 'incomplete frame'
    payload = buf[5:5+length]
    checksum_recv = buf[5+length] | (buf[6+length] << 8)
    footer1 = buf[7+length]
    footer2 = buf[8+length]
    checksum_calc = calc_checksum(type_byte, buf[3:5], payload)
    if checksum_recv != checksum_calc:
        return None, f'checksum error recv=0x{checksum_recv:04X} calc=0x{checksum_calc:04X}'
    if footer1 != FOOTER1 or footer2 != FOOTER2:
        return None, f'footer error got=[0x{footer1:02X},0x{footer2:02X}]'
    if type_byte != TYPE_GPS:
        return None, f'unsupported type 0x{type_byte:02X}'
    if length != GPS_PAYLOAD_LEN:
        return None, f'payload length mismatch {length} != {GPS_PAYLOAD_LEN}'
    gps = parse_gps_payload(payload)
    return gps, 'ok'
 
def run_live(port: str, baud: int, timeout: float):
    if serial is None:
        print('pyserial 未安装,先执行: pip install pyserial', file=sys.stderr)
        sys.exit(1)
    ser = serial.Serial(port=port, baudrate=baud, timeout=0.05)
    print(f'[Live] 打开串口 {port} @ {baud}')
    buffer = bytearray()
    stats_ok = 0
    stats_err = 0
    last_print = time.time()
    start = time.time()
    try:
        while True:
            chunk = ser.read(4096)
            if chunk:
                buffer.extend(chunk)
            # 搜索帧头
            while True:
                idx = buffer.find(bytes([HEADER1, HEADER2]))
                if idx < 0:
                    # 没有头,丢弃旧数据防止无限膨胀
                    if len(buffer) > 8192:
                        del buffer[:-2]
                    break
                # 丢弃头前数据
                if idx > 0:
                    del buffer[:idx]
                if len(buffer) < FRAME_HEADER_LEN:
                    break
                # 长度字段
                if len(buffer) >= 5:
                    length = buffer[3] | (buffer[4] << 8)
                    total_len = FRAME_HEADER_LEN + length + FRAME_FOOTER_LEN
                    if len(buffer) < total_len:
                        break  # 等更多字节
                    frame_bytes = bytes(buffer[:total_len])
                    del buffer[:total_len]
                    gps, status = parse_frame(frame_bytes)
                    if gps is not None:
                        stats_ok += 1
                        print(f'[OK] {gps}')
                    else:
                        stats_err += 1
                        print(f'[ERR] {status}')
                else:
                    break
            if timeout > 0 and (time.time() - start) >= timeout:
                print('达到超时时间, 退出')
                break
            if time.time() - last_print > 5:
                last_print = time.time()
                print(f'[Stats] OK={stats_ok} ERR={stats_err} RunTime={time.time()-start:.1f}s')
    except KeyboardInterrupt:
        print('\n用户中断')
    finally:
        ser.close()
        print(f'结束: OK={stats_ok} ERR={stats_err}')
 
def run_sample():
    # 构造一个示例 GPS payload
    lat = 31.12345678
    lon = 121.98765432
    heading = 45.25
    vel_e = 0.12
    vel_n = -0.05
    vel_u = 0.01
    altitude = 12.34
    utc_time = 123456789
    pos_q = 4
    sat_cnt = 18
    payload = struct.pack(GPS_STRUCT_FMT, lat, lon, heading, vel_e, vel_n, vel_u, altitude, utc_time, pos_q, sat_cnt)
    length_le = struct.pack('<H', len(payload))
    checksum = calc_checksum(TYPE_GPS, length_le, payload)
    frame = bytearray()
    frame.append(HEADER1)
    frame.append(HEADER2)
    frame.append(TYPE_GPS)
    frame.extend(length_le)
    frame.extend(payload)
    frame.extend(struct.pack('<H', checksum))
    frame.append(FOOTER1)
    frame.append(FOOTER2)
    gps, status = parse_frame(bytes(frame))
    print(f'Sample frame parse status: {status}')
    if gps:
        print(gps)
    print('Raw frame hex:', frame.hex())
 
def main():
    ap = argparse.ArgumentParser(description='PythonLink GPS 验证工具')
    ap.add_argument('--port', '-p', default='COM28', help='串口号 (live 模式需要)')
    ap.add_argument('--baud', '-b', type=int, default=921600, help='波特率')
    ap.add_argument('--mode', '-m', choices=['live', 'sample'], default='live', help='运行模式: live=实时串口, sample=本地示例')
    ap.add_argument('--timeout', '-t', type=float, default=0, help='live 模式运行秒数(0=无限直到Ctrl+C)')
    args = ap.parse_args()
    if args.mode == 'sample':
        run_sample()
    else:
        run_live(args.port, args.baud, args.timeout)
 
if __name__ == '__main__':
    main()