基于S3C2410的CDMA無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方法

1 引言

Linux嵌入式系統(tǒng)，具有高性能、低功耗、體積小、可靠性高、源代碼開(kāi)放等優(yōu)點(diǎn)，逐漸被越來(lái)越多的人認(rèn)可并使用，原先只有在PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)的功能，如今也被移植到了更加方便的嵌入式系統(tǒng)上。近些年嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用十分廣泛，而隨著網(wǎng)絡(luò)特別是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的興起和發(fā)展，將更加快捷方便的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與嵌入式系統(tǒng)相結(jié)合更成為了當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。CDMA（碼分多址）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)具有覆蓋面廣、速度穩(wěn)定、效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，CDMA的網(wǎng)絡(luò)速度最大可達(dá)200k/s。本文著重介紹了ARM9與CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的，進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā?/p>

2 軟硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

這里采用的是三星公司的基于S3C2410的高端ARM9處理器芯片，適用于高端手持設(shè)備和微型智能控制設(shè)備的開(kāi)發(fā)。它的主頻可以達(dá)到203MHz，內(nèi)建有MMU（內(nèi)存管理單元），擴(kuò)展總線最大頻率100MHz。S3C2410具有3個(gè)UART、4個(gè)DMA通道、1個(gè)RTC和觸摸屏接口，還具有IIC總線、一個(gè)USB Host，可以?huà)旖訄D片采集終端設(shè)備。

Linux為嵌入式系統(tǒng)提供了一個(gè)極有價(jià)值的選擇，它與Unix相似，是一個(gè)多任務(wù)多進(jìn)程操作系統(tǒng)，支持非常廣泛的硬件，并且源碼完全公開(kāi)，可以方便的根據(jù)需要修改，而且Linux提供了強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，使其具有了同其他操作系統(tǒng)相同的地位。Linux可以用于多種硬件平臺(tái)，并且受開(kāi)銷(xiāo)和時(shí)間限制小，通過(guò)剪裁、編譯后的Linux內(nèi)核文件非常小，只有2MB左右，可以方便地?zé)龑?xiě)入FLASH中，適合嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用。最重要的是可以在PC機(jī)上開(kāi)發(fā)，然后移植到硬件平臺(tái)上運(yùn)行。因此，這里我們選擇Linux2.4作為嵌入式的操作系統(tǒng)。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)為實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，也就是說(shuō)當(dāng)發(fā)生異常情況的是時(shí)候，圖片采集終端自動(dòng)拍攝圖片后，將圖片存儲(chǔ)到系統(tǒng)SDRAM中，并通過(guò)無(wú)線CDMA模塊，將采集到的圖片上傳至Internet，也就是發(fā)送到指定的Email地址中。

2.2 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本嵌入式系統(tǒng)自帶32MB SDRAM和8MB FLASH，將編譯好的Linux內(nèi)核文件和ramdisk文件系統(tǒng)分別燒寫(xiě)入FALSH中，運(yùn)行時(shí)再由系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)入到SDRAM中。S3C2410引出一個(gè)USB Host連接USB攝像頭用于圖片采集，通過(guò)一個(gè)UART接口連接CDMA無(wú)線Modem，另一個(gè)UART連接ＰＣ主機(jī)

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 Linux內(nèi)核編譯

嵌入式系統(tǒng)資源有限，因此不可能在嵌入式系統(tǒng)之上進(jìn)行程序的編譯，需要在PC機(jī)上將程序編譯成嵌入式系統(tǒng)識(shí)別的二進(jìn)制代碼，然后再移植到其上。交叉編譯環(huán)境就是用來(lái)在PC機(jī)上編譯嵌入式系統(tǒng)可識(shí)別代碼的工具。這里用到的交叉編譯環(huán)境是ARM-Linux。把對(duì)PPP的支持編譯進(jìn)Linux內(nèi)核的方法為：在kernel目錄，終端下輸入make menuconfig，選擇Network device support，[*]選擇所有關(guān)于PPP的選項(xiàng)，然后保存退出編譯即可。

3.2 PPP移植[1]

PPP（Point-to-Point Protocol）點(diǎn)到點(diǎn)，是為在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接上傳輸多協(xié)議數(shù)據(jù)包提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)方法。本文用到的CDMA無(wú)線連網(wǎng)方法，就需要PPP協(xié)議的支持，這里用的版本是PPP-2.4.1和rp-PPPoE-3.7。其編譯方法就是在建立的交叉編譯環(huán)境下編譯，生成pppd和chat等可執(zhí)行文件，并寫(xiě)入文件系統(tǒng)ramdisk的/bin目錄中。編寫(xiě)三個(gè)撥號(hào)腳本文件放在文件系統(tǒng)/ppp目錄下。

第一個(gè)腳本文件為chap-secrets：

“card” * “card”

其中card分別為用戶(hù)名和密碼，*表示對(duì)服務(wù)器沒(méi)有限制。

第二個(gè)腳本文件為cdma1：

ttyS0 #CDMA Modem連接到串口1上

19200 #CDMA波特率

nocrtscts #不采用modem的rts和cts信號(hào)線流控

connect ‘/bin/chat –v –f /etc/ppp/chat/cdma2’ #用chat程序完成連接建立的會(huì)話(huà)過(guò)程，會(huì)話(huà)要通過(guò)/etc/ppp/chat/cdma2文件控制

debuf #表示pppd工作在調(diào)試模式

nodetach #表示不讓pppd轉(zhuǎn)入后臺(tái)工作

ipcp-accept-local #表示接受服務(wù)器分配的本機(jī)IP地址

ipcp-accept-remote #表示接受服務(wù)器指定的服務(wù)器IP地址

defaultroute #表示把服務(wù)器指定的IP地址設(shè)定為默認(rèn)的路由

user card #表示認(rèn)證時(shí)用戶(hù)名card，pppd根據(jù)該用戶(hù)名，從chat-secrets文件中取得密碼

第三個(gè)腳本文件為cdma2：

ABORT “NO CARRIER”

ABORT “NO DIALTONE”

ABORT “ERROR”

ABORT “NO ANSWER”

ABORT “BUSY”

TIMEOUT 120

“”at

OK atdt#777

connect

以上幾行代碼的意思是如果modem撥號(hào)過(guò)程中出現(xiàn)了例如NO CARRIER之類(lèi)的返回信息，則取消chat過(guò)程，連接失敗，TIMEOUT 120則表示為連接超時(shí)，atdt#777表示撥號(hào)至#777。

設(shè)置好后，在開(kāi)發(fā)板環(huán)境下輸入pppd，如果出現(xiàn)亂碼，則說(shuō)明ppp移植正確。鍵入撥號(hào)命令pppd call cdma1，生成一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)接口ppp0，服務(wù)器自動(dòng)分配一個(gè)IP地址。此時(shí)PPP的移植及設(shè)置結(jié)束，也就是說(shuō)現(xiàn)在已經(jīng)創(chuàng)造好了一個(gè)可以上網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)。

3.3 Email發(fā)送程序設(shè)計(jì)[2]

圖片采集終端采集的圖片要發(fā)送到Email中，需要以附件的形式發(fā)送。郵件發(fā)送過(guò)程中，需要對(duì)郵件地址、用戶(hù)密碼和附件內(nèi)容進(jìn)行加密處理，這里采用了Base64加密法。Base64算法就是以3個(gè)字節(jié)為單位，當(dāng)剩下的字符數(shù)量不足3個(gè)字節(jié)時(shí)，則應(yīng)使用0進(jìn)行填充，依次取6位數(shù)據(jù)并在前面補(bǔ)上兩個(gè)0形成新的8位編碼，由于3*8=4*6，這樣3個(gè)字節(jié)的輸入會(huì)變成4個(gè)字節(jié)的輸出，長(zhǎng)度上增加了1/3。相應(yīng)地，輸出字符則使用‘=’占位，因此編碼后輸出的文本末尾可能會(huì)出現(xiàn)1至2個(gè)‘=’。

郵件發(fā)送程序經(jīng)過(guò)了以下幾個(gè)過(guò)程[3]：

(1)socket(int domain,int type,int protocol);

該函數(shù)建立新的socket，以建立一個(gè)新的通信端口并獲得文件描述符。函數(shù)中的參數(shù)domain確定一個(gè)協(xié)議族，這里定義為AF_INET，type指定套接字類(lèi)型，該處使用SOCK_STREAM，protocol一般為0，使用默認(rèn)協(xié)議。

(2)connect(int sockfd,struct sockaddr *address,size_t address_len);

當(dāng)調(diào)用socket建立傳輸端口后，調(diào)用connect函數(shù)建立與遠(yuǎn)程服務(wù)器相連的連接線路。

(3) recv(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags);

該函數(shù)用于接收從套接口傳來(lái)的信息，socket用connect連接的套接口，buf是指向內(nèi)存塊的指針，用于存儲(chǔ)接受的消息，len指明內(nèi)存塊的大小，flags是一個(gè)操作標(biāo)志。

(4)Base64_Code();//對(duì)登陸信息或附件內(nèi)容進(jìn)行加密

(5)send(int sockfd,const void *msg,int len,unsigned int flags);

該函數(shù)是用來(lái)通過(guò)套接口向其它程序傳遞數(shù)據(jù)的。sockfd是用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的socked描述符，msg是一個(gè)指向要發(fā)送數(shù)據(jù)的指針，len是以字節(jié)為單位的數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，flags一般情況下設(shè)置為0。

4 總結(jié)

實(shí)驗(yàn)證明用CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)，速度比較穩(wěn)定，有時(shí)會(huì)由于網(wǎng)絡(luò)原因發(fā)送失敗，但是成功率較高，收到的圖片數(shù)據(jù)丟幀現(xiàn)象不明顯。該方法可用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)視以及家庭監(jiān)控系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集。由于圖片是發(fā)送到Email中的，因此運(yùn)行成本較低，有較大的推廣空間。

本文創(chuàng)新點(diǎn)：目前基于GPRS的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方法研究的較多，而CDMA網(wǎng)絡(luò)的高性能特性，逐漸引起了研究者的注意，本文就結(jié)合CDMA網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了一套與嵌入式相結(jié)合的系統(tǒng),，將采集的現(xiàn)場(chǎng)圖片，以附件的形式發(fā)送到Email中。