【干货分享】基于瑞萨RA4M2-SENSOR开发板，实现便携式 GPS 定位器

本文介绍了 RA4M2-SENSOR 通过 IIC 协议实现 OLED 显示，并结合串口通信读取 GPS 模块数据，实现便携式 GPS 定位器的项目设计。
https://bbs.elecfans.com/jishu_2500317_1_1.html

 

RA4M2-SENSOR 是一款基于 RA4M2 系列微控制器的评估套件，支持 TrustZone 技术和片内安全加密引擎（SCE），提供硬件级安全保护，确保敏感数据安全。RA4M2 MCU 采用 40nm 工艺，具有出色的低功耗性能（CoreMark功耗低至 81µA/MHz）。

 

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目录

一、硬件连接：GPS 模块和 OLED 分别与开发板的 UART0 和 SCI2-IIC 对应引脚连接；

二、工程创建：使用 e^2^ studio 软件实现空白工程创建；

三、工程配置：包括 GPIO 引脚、时钟树、UART堆栈、IIC 堆栈等配置；

四、工程代码：包括流程图、主程序代码、 GPS 解析代码和 OLED 驱动代码；

五、效果演示：OLED 显示实时卫星定位经纬度信息、串口打印读取到的 GPS 原始数据和解析数据。

 

一、硬件连接
 

1. OLED 与开发板连接方式如下
 

OLED	RA4M2	Note
SDA	SDA2 (P302)	Serial data
SCL	SCL2 (P301)	Serial clock
VCC	3V3	Power
GND	GND	Ground

2. GPS 模块与开发板连接方式如下

GPS module	RA4M2	Note
RXD	TXD0 (P101)	Receive data
TXD	RXD0 (P100)	Transmit data
VCC	3V3	Power
GND	GND	Ground

 

3. 实物连接图如下

 

二、工程创建
 

打开 e² studio 软件；

依次点击 文件 - 新建 - 瑞萨 C/C++ 项目 - Renesas RA ；

依次进行工程命名，路径设置，FSP版本，目标开发板选择，Device 选择 R7FA4M2AD3CFL ，工具链选择 GNU ARM Embedded ，调试器选择 J-Link ，完成工程创建 ；

 

三、工程配置
 

工程配置包括 Pins、Clock、Stacks 等配置。
 

 

GPIO 引脚

进入 FSP 配置界面，打开 Pins 标签页，根据原理图或开发板丝印，将 P109 和 P110 引脚分别配置为 TXD9 和 RXD9 串口模式；

同理，将 P101 和 P100 引脚分别配置为 TXD0 和 RXD0 串口模式；

将 SCI2 配置为 Simple I2C 模式，引脚定义为 P302 和 P301 分别对应 SDA2 和 SCL2 ；

 

时钟树

进入 Clock 时钟标签页，将 XTAL 外部高速晶振修改为 12MHz，FCLK Div 设置为 2 分频；

 

 

UART 堆栈

新建串口通信堆栈 New Stack - Connectivity - UART (r_sci_uart) ；

串口属性配置，General 标签下的 Channel 改为 9，名称改为 g_uart9，中断回调函数命名为 user_uart9_callback；

再次新建串口通信堆栈 New Stack - Connectivity - UART (r_sci_uart) ；

串口属性配置，General 标签下的 Channel 改为 0，名称改为 g_uart0，中断回调函数命名为 user_uart0_callback，注意波特率需要修改为 9600 并与 GPS 模块匹配；

 

IIC 堆栈

新建 IIC 通信堆栈

Stacks - New Stack - Connectivity - I2C Master (r_sci_i2c)

选中 iic 堆栈方框，打开属性标签，配置 IIC 参数；

属性设置： 属性 - Module g_i2c_master0 I2C Master (r_iic_master) ；

Slave Address 设置为 0x3C ；

回调函数默认为 sci_i2c_master_callback ；

点击 Generate Project Content 按钮，生成工程代码。

 

流程图

 

四、工程代码
 

在 .../src 目录下新建源文件 gps_parser.c 和头文件 gps_parser.h 用于配置 GPS 相关解析函数。

 

1. hal_entry.c

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#include "hal_data.h"#include "oled.h"#include "bmp.h"#include "gps_parser.h"#include #include FSP_CPP_HEADERvoid R_BSP_WarmStart(bsp_warm_start_event_t event);FSP_CPP_FOOTERfsp_err_t err = FSP_SUCCESS;volatile bool uart_send_complete_flag = false;void user_uart9_callback (uart_callback_args_t * p_args){    if(p_args->event == UART_EVENT_TX_COMPLETE)    {        uart_send_complete_flag = true;    }}/*------------- 串口重定向 -------------*/#ifdef __GNUC__    #define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)#else#endifPUTCHAR_PROTOTYPE{        err = R_SCI_UART_Write(&g_uart9_ctrl, (uint8_t *)&ch, 1);        if(FSP_SUCCESS != err) __BKPT();        while(uart_send_complete_flag == false){}        uart_send_complete_flag = false;        return ch;}int _write(int fd,char *pBuffer,int size){    for(int i=0;i    {        __io_putchar(*pBuffer++);    }    return size;}// 全局变量volatile uint8_t gps_rx_buffer[256];volatile uint16_t gps_rx_index = 0;volatile bool gps_line_ready = false;gps_data_t current_gps_data;// SCI0回调函数（GPS数据接收）void user_uart0_callback(uart_callback_args_t * p_args){    if (p_args->event == UART_EVENT_RX_CHAR)    {        uint8_t rx_char = (uint8_t)p_args->data;        // 存储接收到的字符        if (gps_rx_index < (sizeof(gps_rx_buffer) - 1))        {            gps_rx_buffer[gps_rx_index++] = rx_char;            // 检查是否收到换行符（一行结束）            if (rx_char == '\n')            {                gps_rx_buffer[gps_rx_index] = '\0';                gps_line_ready = true;                gps_rx_index = 0;            }        }        else        {            // 缓冲区溢出，重置            gps_rx_index = 0;        }    }}// 初始化函数void init_system(void){    fsp_err_t err;    printf("=== RA4M2 GPS Receiver ===\r\n");    printf("Initializing system...\r\n");    // 初始化GPS解析器    gps_parser_init();    // 打开SCI9（printf输出）    err = R_SCI_UART_Open(&g_uart9_ctrl, &g_uart9_cfg);    if (FSP_SUCCESS != err)    {        while(1); // 初始化失败    }    printf("SCI9 (printf) initialized at 115200 baud\r\n");    // 打开SCI0（GPS数据接收）    err = R_SCI_UART_Open(&g_uart0_ctrl, &g_uart0_cfg);    if (FSP_SUCCESS != err)    {        printf("Error: Failed to initialize SCI0 for GPS\r\n");        while(1);    }    printf("SCI0 (GPS) initialized at 9600 baud\r\n");    printf("Waiting for GPS data...\r\n\r\n");}// 处理GPS数据void process_gps_data(void){    if (gps_line_ready)    {        // 禁用中断以防数据被修改        __disable_irq();        // 复制数据到本地缓冲区        char nmea_line[256];        strncpy(nmea_line, (char *)gps_rx_buffer, sizeof(nmea_line));        nmea_line[sizeof(nmea_line) - 1] = '\0';        gps_line_ready = false;        // 使能中断        __enable_irq();        // 打印原始NMEA数据        printf("RAW: %s", nmea_line);        // 解析GPGGA语句        if (strstr(nmea_line, "$GPGGA"))        {            if (parse_gpgga(nmea_line, ¤t_gps_data))            {                print_gps_data(¤t_gps_data);            }            else            {                printf("Failed to parse GPGGA data\r\n");            }        }        // 可以添加其他NMEA语句的解析        else if (strstr(nmea_line, "$GPRMC"))        {            gps_time_t rmc_time;            if (parse_gprmc(nmea_line, ¤t_gps_data, &rmc_time))            {                // 如果GPGGA没有提供时间，使用GPRMC的时间                if (current_gps_data.time.hour == 0 &&                    current_gps_data.time.minute == 0 &&                    current_gps_data.time.second == 0)                {                    current_gps_data.time = rmc_time;                }            }            //printf("GPRMC sentence received\r\n");        }        printf("\r\n");    }}// 打印解析后的GPS数据void print_parsed_gps_data(void){    static uint32_t last_print_time = 0;    static uint32_t current_time = 0;    current_time++;    // 每2秒打印一次解析结果    if (current_time - last_print_time >= 200)    {        last_print_time = current_time;        printf("\r\n=== PARSED GPS DATA ===\r\n");        if (current_gps_data.is_valid)        {            // 打印时间信息            print_gps_time(¤t_gps_data.time);            printf("\r\n");            // 打印位置信息            printf("Latitude:  %.6f°\r\n", current_gps_data.latitude); // 纬度            OLED_ShowDecimal(48, 6, current_gps_data.latitude, 2, 4, 16, 0);            printf("Longitude: %.6f°\r\n", current_gps_data.longitude); //经度            OLED_ShowDecimal(48, 3, current_gps_data.longitude, 3, 4, 16, 0);            printf("Altitude:  %.1f m\r\n", current_gps_data.altitude);            printf("Satellites: %d\r\n", current_gps_data.satellites);            printf("Fix Quality: %d\r\n", current_gps_data.fix_quality);            // 根据定位质量显示状态            switch (current_gps_data.fix_quality)            {                case 0: printf("Status: Invalid fix\r\n"); break;                case 1: printf("Status: GPS fix\r\n"); break;                case 2: printf("Status: DGPS fix\r\n"); break;                default: printf("Status: Other fix (%d)\r\n", current_gps_data.fix_quality); break;            }        }        else        {            // 即使没有有效定位，也显示时间和卫星信息            if (current_gps_data.time.hour != 0 ||                current_gps_data.time.minute != 0 ||                current_gps_data.time.second != 0)            {                print_gps_time(¤t_gps_data.time);                printf("\r\n");            }            printf("No valid GPS fix\r\n");            OLED_ShowString(60,6,"None",16,0);            OLED_ShowString(60,3,"None",16,0);            printf("Satellites in view: %d\r\n", current_gps_data.satellites);            printf("Waiting for satellite lock...\r\n");        }        printf("==========================\r\n");    }}i2c_master_event_t i2c_event = I2C_MASTER_EVENT_ABORTED;void sci_i2c_master_callback(i2c_master_callback_args_t *p_args){    i2c_event = I2C_MASTER_EVENT_ABORTED;    if (NULL != p_args)    {        /* capture callback event for validating the i2c transfer event*/        i2c_event = p_args->event;    }}//fsp_err_t err = FSP_SUCCESS;int  timeout_ms = 100;void hal_entry(void){    /* TODO: add your own code here */    err = R_SCI_UART_Open(&g_uart9_ctrl, &g_uart9_cfg);    assert(FSP_SUCCESS == err);    printf("RA4M2 GPS Reader Started\r\n");    // 系统初始化    init_system();    uint32_t status_counter = 0;    /* Initialize IIC OLED */            err = R_SCI_I2C_Open(&g_i2c2_ctrl, &g_i2c2_cfg);            assert(FSP_SUCCESS == err);            OLED_Init();            OLED_Clear();            OLED_DrawBMP(0,0,128,8,BMP1,0); // initialized page -> Renesas logo            R_BSP_SoftwareDelay(200, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS);            /*----------- Frame ------------*/            OLED_Clear();            OLED_ShowString(0,0,"   GPS ",16,1);            OLED_ShowCHinese(56,0,0,1);//定            OLED_ShowCHinese(72,0,1,1);//位            OLED_ShowCHinese(88,0,2,1);//器            OLED_ShowString(104,0,"   ",16,1);            //OLED_ShowString(4,3,"ADC",16,0);            OLED_ShowCHinese(0,3,3,0);//经            OLED_ShowCHinese(16,3,5,0);//度            OLED_ShowChar(32,3,':',16,0);            OLED_ShowCHinese(112,3,6,0); // °            OLED_ShowCHinese(0,6,4,0);//纬            OLED_ShowCHinese(16,6,5,0);//度            OLED_ShowChar(32,6,':',16,0);            OLED_ShowCHinese(112,6,6,0); // °
    while(1){                process_gps_data(); // 原始GPS数据                print_parsed_gps_data(); // 解析GPS数据                // 每隔一段时间打印状态                status_counter++;                if (status_counter >= 1000) // 约每10秒                {                    printf("[Status] System running...\r\n");                    if (current_gps_data.is_valid)                    {                        printf("[Status] GPS fix acquired\r\n");                    }                    else                    {                        printf("[Status] Waiting for GPS fix\r\n");                    }                    status_counter = 0;                }
                R_BSP_SoftwareDelay(10, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS); // 延时     }#if BSP_TZ_SECURE_BUILD    /* Enter non-secure code */    R_BSP_NonSecureEnter();#endif}

GPS 模块解析代码 gps_parser.c 和 gps_parser.h 详见： 【RA4M2-SENSOR】串口读取 GPS .

OLED 驱动代码 oled.c 、oled.h、bmp.h 和 oledfont.h 详见：【RA2E1开发板】 - IIC 通信的 OLED 显示 .

 

2. 汉字取模

下载 并运行 PC2LCD2018 软件 ；

菜单栏模式设置为 字符模式 ；

点击工具栏中的 设置 按钮，配置字模选项：列行式取模、低位在前等，设置完成后点击 确定 保存配置；

 

在文字输入选框输入目标汉字，点击 生成字模 ；

选中复制或保存字模，代码添加至 oledfont.h 文件。

 

五、效果演示
 

串口调试助手接收 GPS 原始数据和解析数据；

使用移动电源供电，实现便携式 GPS 定位器设计；

OLED 显示实时卫星定位经纬度信息
 

将上述采集得到的经纬坐标 (121,31) 输入网址 经纬度定位 ，点击 查询 按钮，可获得对应的地理位置

定位结果与实际位置 (121.45,31.03) 较为接近。

 

六、总结
 

本文介绍了 RA4M2-SENSOR 通过 IIC 协议实现 OLED 显示，并结合串口通信读取 GPS 模块数据，实现便携式卫星定位器的项目设计，为该产品的相关开发设计与快速应用提供了参考。