NMEA 0183 驱动

概述

面向海洋 / 船舶 / GNSS 领域的标准 ASCII 协议 NMEA 0183 v4.x 的自研 Java 实现。基于 NMEA 协会公开 spec + 维基百科 + 通用手册编写。未使用外部库,也未复制 GitHub 代码。

项目	值
opc_type	NMEA
实现类	plantpulse.driver.protocol.nmea.NMEADriver
库	(无 — 自研实现。NMEA 0183 v4)
read	良好 (基于接收缓存)
write	❌ (isWriteSupported() = false,仅接收)
默认端口	10110 (NMEA over IP de-facto)
安全	无

原始介质

NMEA 0183 的标准介质为 RS-232/RS-422 串口 (4800 / 38400 baud),但在实际运行中通常由多路复用器/网关 通过 TCP 或 UDP 转发,即 NMEA over IP,本驱动接收其 TCP 变体。

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类 / 结构

NMEADriver  (BaseProtocolDriver)
 ├── Socket / BufferedReader   (US-ASCII)
 ├── receiverThread            — daemon, "NMEA-Receiver-<opc_id>"
 ├── lastByType                — ConcurrentHashMap<sentenceType, parsed map>
 ├── readLine()                — CR/LF 분리 + MAX_LINE_LEN(256) 가드
 ├── processLine(line)         — '$' / checksum 검증 / talker 제거 / 필드 split
 ├── addAliases(type, fields)  — RMC/GGA/GLL/VTG/GSA/GSV/HDT/HDM/MWV/DBT/DPT/MTW/VHW/ZDA/XDR
 └── xorChecksum(payload)      — '$' 와 '*' 사이 XOR

socket.setSoTimeout(0) — 用于应对串口仿真 / 低速设备。

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wire 格式摘要

$<talker><sentence>,f1,f2,...,fN*<CC><CR><LF>
예) $GPRMC,123519,A,4807.038,N,01131.000,E,022.4,084.4,230394,003.1,W*6A

• Talker ID 2 个字符 (GP/GL/GN/GA/HC/II/AI ...) + sentence type 3 个字符。
• Proprietary P 前缀不做 talker 分离,直接作为缓存键使用。
• *<CC> checksum = $ 与 * 之间所有 char 的 XOR (2 位十六进制大写)。
• 长度上限 82 字符 (NMEA 0183 v4 标准),本实现采用 MAX_LINE_LEN=256 保护。

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缓存 / read 格式

通过 processLine() 校验的消息以 sentence type (例如 RMC) 为键存入 lastByType:

parsed = {
   "__raw__":  "$GPRMC,...",
   "__type__": "RMC",
   "1":        "123519",       // utc
   "2":        "A",            // status
   ...
   // alias
   "utc":   "123519",
   "lat":   "4807.038",
   ...
}

read("RMC.7") → 第 7 个字段(speed)。read("RMC.lat") → alias。

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OPC 注册选项

若存在 options.nmea.port,则覆盖 OPC 的 opc_agent_port。

无 connect-timeout / read-timeout 选项 — CONNECT_TIMEOUT_MS = 5000,soTimeout = 0。

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标签地址格式

表示	含义
RMC.7	sentence RMC 的第 7 个字段
GGA.2	GGA 的第 2 个字段 (纬度)
RMC.utc / RMC.lat / RMC.lon / RMC.speed	alias
RMC	raw 字符串 (未指定字段索引 / alias)

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支持的 sentence + alias

由 addAliases() 定义:

type	alias 示例
RMC	utc, status, lat, ns, lon, ew, speed, course, date, magvar, magvarew, mode
GGA	utc, lat, ns, lon, ew, fix, sats, hdop, alt, altunit, geoidsep, sepunit, dgpsage, dgpsid
GLL	lat, ns, lon, ew, utc, status, mode
VTG	cogtrue, cogmag, speed, speedkn, speedkm, mode
GSA	mode1, mode2, pdop, hdop, vdop
GSV	totalmsgs, msgnum, satsinview
HDT / HDM	heading, t / m
MWV	angle, ref, speed, units, status
DBT / DPT	depthft, depthm, depth, depthfa / depth, offset, max
MTW	temp, units
VHW	headingt, headingm, speed, speedkm
ZDA	utc, day, month, year, tzh, tzm
XDR	type, value, units, id (仅第一组)

未定义的 sentence 同样可通过 1..N 索引访问。

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支持 / 不支持

• ✅ checksum 校验 ($~* XOR),不一致时丢弃该行
• ✅ 自动去除 Talker ID (例如 GPRMC → RMC)
• ✅ 常用 16 种 sentence 的 alias
• ✅ proprietary $P... 行原样保留
• ❌ ! encapsulation (AIVDM 等 AIS) — 当前仅接收 $
• ❌ multi-message GSV 累积
• ❌ write / Sentence 发送

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测试覆盖率

test/java/plantpulse/driver/protocol/nmea/

类	测试数
NMEADriverTest	15
NMEASpecTest	22

共 37 个测试 — checksum、talker 分离、alias 映射、索引访问、长度上限。

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参考

• NMEA 0183 v4 标准 (NMEA 协会公开条目)
• 代码: src/plantpulse/driver/protocol/nmea/NMEADriver.java