基于嵌入式網(wǎng)絡數(shù)字傳真系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

1 引言

隨著通信技術的發(fā)展，尤其是 Internet網(wǎng)絡的普及，為雙網(wǎng)數(shù)字傳真機奠定了實現(xiàn)的基礎，也為傳真業(yè)務的發(fā)展注入了新的活力。而網(wǎng)絡傳真功能作為雙網(wǎng)數(shù)字傳真機與普通傳真機最大的區(qū)別，其實現(xiàn)方案就顯得尤為重要。本文深入研究行業(yè)標準《IP傳真數(shù)據(jù)非實時傳送技術要求》，在分析 Internet網(wǎng)絡實現(xiàn)非實時傳真收發(fā)與處理的基礎上，提出了基于 Internet的網(wǎng)絡傳真實現(xiàn)方案，描述了 IP網(wǎng)絡傳真系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)，以及所涉及到的相關協(xié)議與技術，并且描述了在 SMARTARM2200開發(fā)板上實現(xiàn)該解決方案的細節(jié)。通過對網(wǎng)絡傳真終端的實現(xiàn)，深入分析以 ARM處理器實現(xiàn)網(wǎng)絡傳真通信系統(tǒng)的可行性、可靠性和穩(wěn)定性。

本文第 2部分簡單介紹了國家通信行業(yè)標準《 IP傳真數(shù)據(jù)非實時傳送技術要求》；第 3部分提出了網(wǎng)絡傳真的系統(tǒng)架構和通信流程，并提出了基于嵌入式操作系統(tǒng) uClinux，以及 ARM處理器實現(xiàn)網(wǎng)絡傳真系統(tǒng)的設計思路和實現(xiàn)方法；第 4部分對設計過程進行了簡單總結(jié)。

2 協(xié)議簡介

西安郵電學院聯(lián)合西安亞森通信股份有限公司在國內(nèi)率先制定的國家通信行業(yè)標準《IP傳真數(shù)據(jù)非實時傳送技術要求》（標準號：YD/T1650-2007），以國際電信聯(lián)盟電信標準化部門建議 ITU-T T.37《在 Internet上利用存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式傳送傳真數(shù)據(jù)的規(guī)程》為基礎，并結(jié)合國內(nèi)多家廠商的 IP非實時傳真設備的實際情況制定。規(guī)定了 IP傳真數(shù)據(jù)非實時傳送的技術要求，包括 IP非實時傳真終端的信令格式、通信協(xié)議、流程和數(shù)據(jù)編碼格式的要求。結(jié)合實現(xiàn)網(wǎng)絡非實時傳真通信時的用戶在傳真清晰度、傳輸時間、彩色化、成本、^^^^^等的需求，提出了一種通過網(wǎng)絡非實時發(fā)送傳真的信令格式，來解決網(wǎng)絡傳真的發(fā)送和接收問題。

IP網(wǎng)絡傳真系統(tǒng)簡介

本課題的網(wǎng)絡傳真通信系統(tǒng)采用非實時通信方式中一種重要的實現(xiàn)方式，也是目前在 Internet上使用最為廣泛的一種應用—電子郵件（ E-Mail）[1]。電子郵件在客戶機與服務器之間提供松耦合的、異步的交互，而這種方式確保了傳真郵件安全的應用。電子郵件的可靠性高，這是因為它是基于 TCP基礎上的，而 TCP是可以提供端到端的可靠通信。因此將電子郵件與電話或傳真結(jié)合起來，則可以進一步拓展 Internet的應用范圍。網(wǎng)絡傳真通過電子郵件的方式實現(xiàn)，在進行網(wǎng)絡傳真通信時，需要將傳真樣張轉(zhuǎn)換為電子郵件即可，其中的技術關鍵是文件格式的轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)中，文件格式的轉(zhuǎn)換在客戶端設備處完成。

3.1 網(wǎng)絡傳真終端設計

實現(xiàn)完整網(wǎng)絡傳真收發(fā)的功能與步驟，可以分為網(wǎng)絡傳真發(fā)送處理及網(wǎng)絡傳真接收處理兩個部分。其中網(wǎng)絡傳真接收端的處理可以理解為網(wǎng)絡傳真發(fā)送處理的逆過程。

在發(fā)送端，對傳真樣張進行分解、量化處理、編碼、調(diào)制；而在接收端進行解調(diào)、譯碼、記錄（處理）和傳真圖像合成的過程。所謂“分解”，就是將傳真圖像按照一定的密度，在水平和垂直兩個掃描方向上，順序進行分割，分割出來的微小基本單元稱之為像素或像點[1]。此后，再利用光 /電轉(zhuǎn)換技術，把像素點按一定次序轉(zhuǎn)換成電信號，再將電信號進行各種處理，包括二值處理、壓縮編碼等，再將圖像信息按 Tiff協(xié)議格式進行封裝，接著再把包含圖像信息的 Tiff格式的文件作為郵件的附件形式發(fā)送到傳輸線路[4]，即 Internet網(wǎng)絡，通過傳真服務中心轉(zhuǎn)發(fā)到接收端。

在接收端，接收方首先從傳真服務中心取回包含傳真信息的郵件，經(jīng)過解析郵件，取出包含圖像信息的郵件附件，接著提取出 Tiff格式文件中的圖像信息，再經(jīng)過譯碼恢復出與發(fā)送端二值圖像信號相對應的圖像數(shù)據(jù)序列。最后送入記錄部件，恢復出與發(fā)送端圖像一致的傳真圖像，即傳真樣張（文件、圖表、圖形或圖像）。

3.2 網(wǎng)絡傳真系統(tǒng)實現(xiàn)

該系統(tǒng)主要分為三個主要（層次）部分：

1. 基于 ARM7的嵌入式硬件開發(fā)平臺；

2. 嵌入式操作系統(tǒng) uClinux的移植[2]，為嵌入式軟件提供可靠的操作系統(tǒng)支持，主要包括基本的 TCP/IP網(wǎng)絡功能支持，ram disk文件系統(tǒng)支持（用于暫存系統(tǒng)運行過程中的數(shù)據(jù)）以及 JFFS2文件系統(tǒng)的支持（主要用于在 Flash中長期保存?zhèn)髡鏀?shù)據(jù)和關鍵的系統(tǒng)數(shù)據(jù)等）；

3. 網(wǎng)絡傳真處理程序：主要包括網(wǎng)絡傳真終端處理程序（圖 1中所列功能）以及與傳真服務器中心之間的傳真收發(fā)接口（其中傳真的內(nèi)容遵循協(xié)議標準），以及傳真命令控制的接口（主要實現(xiàn)傳真的網(wǎng)絡發(fā)送、網(wǎng)絡傳真打印以及傳真機參數(shù)設置等功能），并提供傳真的存儲管理等功能[4]。

3.3 系統(tǒng)性能測試

對嵌入式系統(tǒng)進行綜合測試分析，以保證系統(tǒng)的軟件、硬件具有兼容性、高可靠性和高可用性。并能在發(fā)生故障時，迅速準確定位系統(tǒng)中的問題。本項目采用周立功公司開發(fā) SMARTARM2200[3]開發(fā)板為雙網(wǎng)數(shù)字傳真機硬件測試平臺，以保證系統(tǒng)硬件平臺的可靠性與穩(wěn)定性。本項目對目標系統(tǒng)的內(nèi)存使用和功能實現(xiàn)兩個方面進行了測試。

內(nèi)存使用的監(jiān)控，采用 VxSim，它是時下流行的 Wind River公司的 VxWorks RTOS的模擬系統(tǒng)。VxSim允許設備驅(qū)動程序以及用戶開發(fā)的應用程序在放置到嵌入式系統(tǒng)前，可以在主機環(huán)境中測試。通過對網(wǎng)絡傳真處理終端進行郵件收發(fā)的壓力測試：全速啟動郵件服務接收端與發(fā)送端（模擬傳真服務中心，進行閉環(huán)測試），POP3客戶端，SMTP客戶端四個進程，根據(jù)嵌入式系統(tǒng)內(nèi)存情況[3]，最大限度允許 10個不同的用戶進程連接。如果要加大可連接用戶進程的數(shù)量，則進一步增大目標系統(tǒng)內(nèi)存即可。

功能測試是通過將所開發(fā)的網(wǎng)絡傳真應用程序移植[2][3]到 SMARTARM2200開發(fā)板上，使網(wǎng)絡傳真系統(tǒng)作為能夠獨立運行在 Internet網(wǎng)絡和 PSTN網(wǎng)的數(shù)字網(wǎng)絡傳真的實體終端，并進行了如下幾方面的功能測試[4]：

測試網(wǎng)絡數(shù)字傳真機的接收傳真功能

結(jié)束語

本文分析了用于數(shù)字雙網(wǎng)傳真機的網(wǎng)絡傳真系統(tǒng)的設計，通過對網(wǎng)絡非實時傳真通信協(xié)議的研究，提出一種可行的網(wǎng)絡傳真通信實現(xiàn)方案。在具體實現(xiàn)完整的雙網(wǎng)傳真系統(tǒng)的時候，從物理層到應用層，從軟件開發(fā)到系統(tǒng)移植，其所涉及到的方面遠遠多于本文所討論的問題，但限于篇幅，僅給出了網(wǎng)絡傳真設計的基本思路以及實現(xiàn)時的關鍵問題。本項目經(jīng)過這兩年多的沉淀與積累，已經(jīng)得到了迅速的發(fā)展，在去年年初更是通過信息產(chǎn)業(yè)部科技司的鑒定驗收。本文作者創(chuàng)新點：通過對非實時網(wǎng)絡傳真通信協(xié)議的研究，提出了一種基于 ARM處理器和 uClinux嵌入式操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡傳真通信的實現(xiàn)方案，并通過鑒定與驗收。