基于GR64模塊的通用GPRS數(shù)傳單元設(shè)計
引 言
通用分組無線業(yè)務(wù)GPRS(General Packet Radio Service)是在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上進行的軟件升級，采用分組交換技術(shù)，可提供高速無線IP或X．25服務(wù)。它增加了SGSN(GPRS業(yè)務(wù)支持節(jié)點)和GGSN(GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點)2個服務(wù)節(jié)點，可提供端到端的、廣域的無線IP連接。相對于其他數(shù)傳方式，GPRS更具優(yōu)勢：建設(shè)成本低，數(shù)據(jù)傳輸可靠性高，傳輸速率可達(dá)171 khps，基于IP協(xié)議可以訪問整個Internet，永遠(yuǎn)在線和按流量收費。
GR64是Sony／Ericsson公司最新推出的一款內(nèi)嵌TCP／IP協(xié)議棧的GSM／GPRS模塊，可向下兼容GR47，內(nèi)嵌的ARM9 CPU可以開放給用戶。GR64具有豐富的存儲資源：256KB的腳本空間可同時容納2個腳本，可用于CSD方式下腳本遠(yuǎn)程升級，至少50 KB的數(shù)據(jù)NVM空間和100KB RAM；豐富的功能庫涵蓋所有的底層驅(qū)動，用戶只須編寫自己的應(yīng)用程序。GR64提供豐富的接口：對外有2個自適應(yīng)波特率和幀格式的串口，其中UARTl用于AT命令控制或本地腳本下載，UART3為通用串口；另外，還有USB2．0(等同GR47 UART2，可用于模塊自身固件升級和腳本調(diào)試信息輸出)、SPI、I2C、天線、音頻接口，12根I／O線(8根復(fù)用)，AD／DA轉(zhuǎn)換器，蜂鳴器和實時時鐘等內(nèi)置外設(shè)。
GR64模塊有兩種開發(fā)方式：一種是內(nèi)部腳本方式，即直接利用模塊開放的CPU和系統(tǒng)資源，將類C語言腳本下載到模塊的NVM(Nonvolatile Memory)中，在模塊的CPU中運行。內(nèi)部腳本解釋器從NVM中讀入腳本，逐行解釋執(zhí)行，模塊通過UART3與數(shù)據(jù)終端接口。另一種是外部控制器方式，控制程序在外部微控制器中運行，微處理器向GR64的UARTl發(fā)送AT命令控制其工作。
1 GPRS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通信的實現(xiàn)
上位機服務(wù)器不管采用哪種方式接入Internet都必須有固定IP地址，并對各終端開放相應(yīng)的偵聽端口號，在接入網(wǎng)絡(luò)后要盡量保持在線。下位機(終端)工作后，會通過DTU主動與服務(wù)器建立連接，隨后告知服務(wù)器自己的終端地址；服務(wù)器收到后將其加到動態(tài)地址數(shù)據(jù)庫中，并自動定時刷新數(shù)據(jù)庫以確定哪些表還掛在網(wǎng)絡(luò)上，再根據(jù)管理員設(shè)定的自動查抄時間對連接在網(wǎng)絡(luò)上的終端進行數(shù)據(jù)讀取、參數(shù)設(shè)定，校時等操作。
2 基于GR64的GPRS DTU實現(xiàn)
2.1 DTU硬件電路
DTU硬件電路如圖1所示。
模塊工作電壓VCC為3．2～4．5 V，可由降壓芯片MIC29302bu將5V降至典型工作電壓3．6V提供，5個發(fā)光二極管分別指示模塊GSM網(wǎng)絡(luò)注冊狀態(tài)，與GPRS網(wǎng)絡(luò)交互，通信串口數(shù)據(jù)收發(fā)狀態(tài)；由于模塊引腳數(shù)字高電平為2．75 V，RS232電平轉(zhuǎn)換芯片最好使用MAX3232等；ON/OFF腳和、VREF分別提供給終端，用于控制模塊硬件開關(guān)機和檢測模塊開關(guān)機狀態(tài)；USB口為調(diào)試信息和打印信息輸出口。
2.2 DTU功能實現(xiàn)及程序流程
該應(yīng)用中GR64工作于內(nèi)部腳本方式，利用集成開發(fā)環(huán)境M2mpowerIDE腳本可通過計算機串口從模塊UARTl下載到內(nèi)部腳本空間，并設(shè)置為上電自動運行。上電開機、模塊注冊網(wǎng)絡(luò)后開始運行腳本：DTU先從數(shù)據(jù)NVM中讀出運行參數(shù)，初始化后按預(yù)設(shè)運行。其中包括：網(wǎng)絡(luò)連接參數(shù)，如GPRS接入點APN(GA：cmnet)、用戶名(GU；wap)、密碼(GP：wap)、主站IP及端口號(NS：061．183．125．114：l0001)；系統(tǒng)參數(shù)，如通信協(xié)議(CP：TCP／UDP／SMS)、TP通信方式下工作模式(MD：RT實時在線／SA短信激活／DA振鈴激活)、連續(xù)登陸失敗停止登陸次數(shù)(CT：10次)、激活模式下無數(shù)據(jù)傳輸自動斷網(wǎng)時間間隔(IT：30min)，以及短信控制密碼(SP：whzydz)等。所有參數(shù)均向數(shù)據(jù)通信串口(UART3)發(fā)送“+++”后，按上面的格式本地修改(可以一次更改多項，各參數(shù)間用分號隔開)；改后向DTU發(fā)送LS，將得到所有參數(shù)的當(dāng)前值。也可在運行過程中通過短信遠(yuǎn)程更改各參數(shù)，但須在短信的開頭加上預(yù)先設(shè)定好的短信控制密碼(PWD：whzydzCT：15；……)；另外還可通過通信串口及短信方式控制模塊上下線(SM：ONLINE／OFFLINE)及軟件重啟動(RESET)，掉電重上電后將按最近一次更改的參數(shù)運行。程序流程如圖2、同3和圖4所示。
2．3 內(nèi)部腳本方式下程序?qū)崿F(xiàn)要點
以下粗體部分表示模塊內(nèi)建功能庫函數(shù)。
?、賰?nèi)部腳本不支持中斷，須通過內(nèi)部gtf()函數(shù)查詢系統(tǒng)標(biāo)志位方式檢測觸發(fā)類事件的發(fā)生，或者通過gtb()函數(shù)查詢系統(tǒng)狀態(tài)字節(jié)的值確定各項系統(tǒng)狀態(tài)。例如，收到新短信時標(biāo)志位SMS—RCV將被置位。其中：im SMS_RCV=29。
同樣，接收到IP數(shù)據(jù)時標(biāo)志位IP_DT_RCV將被置位。其中：IP_DT_RCV=13。
通過查詢來電狀態(tài)字節(jié)，即if(gtb(CAL_STA)==RING)判斷是否有來電撥入。其中：CAL_STA=12，RING=1。
?、谑欠窠邮盏酱跀?shù)據(jù)，通過判斷內(nèi)部函數(shù)utrl()返回的串口接收緩沖內(nèi)數(shù)據(jù)的長度是否大于0確定。例如：
此函數(shù)的值只能確定串口是否接收到數(shù)據(jù)，因此在進入串口處理進程后，須先通過查詢定時器超時時間內(nèi)utrl()返回值的變化來檢查數(shù)據(jù)鏈路，待一包數(shù)據(jù)接收完畢后再作處理。
?、蹆?nèi)部腳本方式下，TCP連接需要完成以下步驟。
(a)待注冊GPRS網(wǎng)絡(luò)(開機后模塊自動完成)后，進入GPRS初始化進程。
◆調(diào)用atcrt()創(chuàng)建內(nèi)部AT命令通道；
◆調(diào)用afsnd()發(fā)送命令“AT+CGDCONT=1，”IP”，”cmnet”
◆調(diào)用atsnd()發(fā)送AT命令“AT*ENAD=l，”GPRSl”，”wap”，”wap”
◆調(diào)用atdst()關(guān)閉AT命令通道，然后由字符串變量NS(”061．183．125．114：10010”)計算出32位IP(0x3db77d72)和Port(10010)，為IP連接作準(zhǔn)備。
(b)進入IP連接進程。
先激活PDP，pdpa(1，1)；然后選擇IP連接類型(CM=l，為TCP；CM=0，為UDP)，ipo(CM，&ScNm)。UDP方式下此時已可透明傳輸uDP數(shù)據(jù)，不需要以下步驟：
->執(zhí)行TCP連接：tcpc(ScNm，Port，IP)。連接成功后，即可透明傳輸TCP數(shù)據(jù)。同時不停查詢TCP連接狀態(tài)字節(jié)和IP異常標(biāo)志位時，當(dāng)檢測到TCP連接狀態(tài)不是已連接或IP異常標(biāo)志位置位時，Log()進程將調(diào)用ipc(ScNm)關(guān)閉IP，然后跳轉(zhuǎn)到ipo()重連接。如此往復(fù)循環(huán)，就可以在檢測到連接丟失(如主站軟件關(guān)閉或斷開偵聽后重新打開)或數(shù)據(jù)傳輸過程中發(fā)生異步時序錯誤時自動重新接入。
?、芾霉δ軒熘械臄?shù)據(jù)庫函數(shù)存儲非易失性參數(shù)。
由于數(shù)據(jù)庫函數(shù)對公用的NVM數(shù)據(jù)空間進行操作，即使下載新腳本，原腳本建立的數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容仍然存在，因此若用到數(shù)據(jù)庫腳本就必須包含刪除數(shù)據(jù)庫的部分。此應(yīng)用設(shè)計為當(dāng)串口收到“DEL”字符串時，腳本將自動刪除當(dāng)前已建立的所有數(shù)據(jù)庫。具體如下：
2.4 實際運用中需注意的問題及解決辦法
?、偃鬐PRS模塊在線、長時間無數(shù)據(jù)傳輸時，可能被GPRS網(wǎng)絡(luò)踢掉，大多GPRS模塊都不能在短時間內(nèi)檢測到。同樣，GR64也會發(fā)生實際連接已斷，但TCP狀態(tài)字節(jié)仍為已連接的情況。雖然只要終端上發(fā)一包數(shù)據(jù)，GR64內(nèi)部將馬上更改TCP連接狀態(tài)字節(jié)為斷開(此時腳本即可控制模塊重連接)，但此包數(shù)據(jù)不能被發(fā)送至主站，需重新發(fā)送。為避免此類情況發(fā)生，也可適當(dāng)發(fā)送上行心跳幀，以保持連接。
②當(dāng)GR64長時間不能建立連接時(例如主站偵聽不開)，調(diào)用ipc(ScNm)關(guān)閉IP可能發(fā)生不響應(yīng)的情況，腳本中設(shè)定連續(xù)5次關(guān)閉IP失敗，模塊將調(diào)用rst()自動軟件重啟。
?、蹆?nèi)部腳本方式下，GR64工作時不安裝天線，將導(dǎo)致腳本運行緩慢，但只要安裝天線，即使信號強度較弱也不會影響腳本運行速度。
結(jié)語
基于GR64 GSM／GPRS模塊的通用數(shù)傳單元(DTU)為數(shù)據(jù)終端建立起同主站的無線IP連接和數(shù)據(jù)傳輸通道，具有ARM9內(nèi)核的GR64的出色性能決定了DTU能夠快速進行網(wǎng)絡(luò)連接、數(shù)據(jù)傳輸及處理，并支持大數(shù)據(jù)包傳輸。運行參數(shù)可方便地進行配置和更改，掉電不會丟失；TCP／UDP／SMS三種通信方式可滿足大多數(shù)情況下網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的需要，并為網(wǎng)絡(luò)不通時預(yù)留了短信通道，以便在網(wǎng)絡(luò)故障和維護期間上報重要事件，或告警重要人員；實時在線/短信激話／振鈴激活3種工作方式可靈活切換，有利于實際應(yīng)用中節(jié)省流量，有效控制運行費用；內(nèi)部腳本方式直接使用GR64對外開放的CPU和功能庫，簡化硬件和軟件開發(fā)，降低成本。此數(shù)傳單元具有通用性，完全可以用于各種遠(yuǎn)程采集、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中。
本文采用嵌入式腳本方式開發(fā)GR64模塊，實現(xiàn)了DTU的單片解決方案；多工作模式和通信方式使該DTU具有應(yīng)用于各種遠(yuǎn)程采集和控制系統(tǒng)的靈活性和實用性。
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