基于ARM和GPRS的無(wú)線(xiàn)傳輸與接收

引言
    近年來(lái)，無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，GPRS (General Packet Radio System)通用無(wú)線(xiàn)分組網(wǎng)絡(luò)就是一種比較流行的無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)。
GPRS網(wǎng)絡(luò)具有覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)傳輸速度快、通信質(zhì)量高、永遠(yuǎn)在線(xiàn)和可按流量計(jì)費(fèi)等優(yōu)點(diǎn)。
    本傳輸方案采用的是西門(mén)子GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊MC35i，該模塊支持標(biāo)準(zhǔn)的AT指令集，但并沒(méi)有嵌入TCP／IP協(xié)議，不過(guò)系統(tǒng)采用的linux操作系統(tǒng)里面帶有完整的TCP／IP協(xié)議棧以及PPP協(xié)議，它不但減少了軟件系統(tǒng)的復(fù)雜度，也增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。這樣，本方案就可用于不同的場(chǎng)合，只要設(shè)計(jì)相應(yīng)的上層軟件處理系統(tǒng)即可。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
    該系統(tǒng)主要由GPRS通訊模塊和控制模塊兩部分組成，并采用嵌入式系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)GPRS終端。該嵌入式系統(tǒng)由硬件和應(yīng)用軟件組成，其架構(gòu)可分為微處理器、內(nèi)存、輸入輸出、操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件等五部分。系統(tǒng)的硬件由微處理器、GPRS模塊、SIM卡座、外部接口和擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等部分組成。微處理器可控制GPRS模塊的信息接收和發(fā)送，以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)RS232串口和外部控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，其系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
    本系統(tǒng)硬件主要是以ARM為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，以西門(mén)子公司的MC39i模塊作為GPRS發(fā)送模塊，從而使系統(tǒng)快速完成發(fā)送工作。
2．1 嵌入式微處理器單元
    本硬件平臺(tái)的CPU采用Samsung的基于ARM920T內(nèi)核的S3C2410微處理器，S3C2410是采用0．18μm工藝制造的32位微控制器，該處理器擁有獨(dú)立的16 KB指令Cache及16 KB數(shù)據(jù)Cache和MMU，并可支持TFT的LCD控制器、NAND閃存控制器、3路UART、4路DMA、4路帶PWM的定時(shí)器、I／O 口、RTC、8路10位ADC、Touch Screen接口、IIC-BUS接口、IIS-BUS接口、2個(gè)USB主機(jī)、1個(gè)USB設(shè)備、SD主機(jī)和MMC接口和2路SPI。S3C2410處理器最高可運(yùn)行在203MHz頻率下。另外，通過(guò)提供一系列完整的系列外圍設(shè)備，S3C2410X可大大減少整個(gè)系統(tǒng)的成本，消除了為系統(tǒng)配置額外器件的需要。
2．2 GPRS模塊MC35i
    MC35i是西門(mén)子公司最近推出的新一代雙頻GSM／GPRS通訊模塊的無(wú)鉛產(chǎn)品，它簡(jiǎn)潔的封裝是很多應(yīng)用系統(tǒng)中無(wú)線(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦硐虢鉀Q方案，可進(jìn)行數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、SMS和FAX各個(gè)方面的應(yīng)用，且功耗低。它為用戶(hù)提供了永遠(yuǎn)在線(xiàn)、高速度、更簡(jiǎn)單的移動(dòng)數(shù)據(jù)通信接入手段。  MC35i具有豐富的AT指令，而且功能強(qiáng)大，操作靈活方便，是繼GPRS手機(jī)的又一種非常重要的GPRS移動(dòng)通信系統(tǒng)的終端設(shè)備。它的出現(xiàn)給GPRS的發(fā)展注入了新的活力。
    MC35i具有體積小、重量輕、功耗低等特點(diǎn)。MC35i的工作電壓為3．3～4．8 V，典型電壓為4．2V，最大工作電流為2 A。模塊可工作在EGSM900和GSMl800兩個(gè)頻段。工作于EGSM900時(shí)的功耗為2 W，工作于GSMl800時(shí)的功耗為1 W，可利用AT指令進(jìn)行控制，并支持文本和PDU模式的短消息、第i組的二類(lèi)傳真。MC35i模塊常用的工作模式有省電模式、IDLE、TALK、數(shù)據(jù)等模式。通過(guò)獨(dú)特的40腳連接器(ZIF)可實(shí)現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語(yǔ)音信號(hào)及控制信號(hào)的雙向傳輸。MC35i模塊主要由GSM基帶控制器、射頻模塊、供電模塊、閃存、ZIF連接器、射頻功率放大器、天線(xiàn)接口等部分組成。[!--empirenews.page--]

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    根據(jù)系統(tǒng)需求，在操作系統(tǒng)Linux啟動(dòng)前，首先應(yīng)該對(duì)微處理器和GPRS模塊在內(nèi)的系統(tǒng)內(nèi)外部硬件進(jìn)行初始化，在硬件初始化就緒后，可按系統(tǒng)要求劃分并創(chuàng)建系統(tǒng)任務(wù)，最后啟動(dòng)Linux進(jìn)行各任務(wù)的調(diào)度。應(yīng)用程序共分為初始化任務(wù)、配置任務(wù)、數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)、數(shù)據(jù)處理任務(wù)和用戶(hù)串口中斷服務(wù)等五個(gè)任務(wù)。本文主要完成系統(tǒng)的初始化以及撥號(hào)連入Internet等工作。
3．1 系統(tǒng)初始化
    為了能利用TCP／PI協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。設(shè)計(jì)時(shí)必須對(duì)系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行初始化。圖2所示為系統(tǒng)初始化部分的軟件流程圖。

    本系統(tǒng)軟件在開(kāi)始時(shí)，首先需要通過(guò)檢查0x90端口的輸入電平是否為高來(lái)判斷MC35i模塊是否正常上電。若未能正常上電，那么，軟件將通過(guò)0x90端口的輸出使MC35i模塊上電。
    當(dāng)MC35i模塊上電后，軟件將在內(nèi)存中開(kāi)辟一個(gè)緩存區(qū)做為包括PPP、IP、TCP、UDP等協(xié)議的數(shù)據(jù)緩存區(qū)。該緩存區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)的存放方式采用雙向鏈表的方式。
    為了TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)中能夠進(jìn)行超時(shí)檢測(cè)，在軟件中應(yīng)利用R8822CPU模塊的內(nèi)部定時(shí)器安裝一個(gè)20ms的時(shí)鐘中斷。
    ETR186可通過(guò)其串口COM2和MC35i模塊相連接，用軟件可通過(guò)安裝串口中斷來(lái)和MC35i模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
    在完成上述操作后，系統(tǒng)即可以利用AT命令登錄GPRS網(wǎng)絡(luò)。若不成功，即進(jìn)行重試，超過(guò)重試次數(shù)后，即發(fā)送出錯(cuò)報(bào)告。最后就是進(jìn)行PPP鏈路的連接，同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)。
3．2 撥號(hào)原理
    所謂初始化模塊，主要就是設(shè)定APN：CMNET，
    at+cgdcont=1，ip,cmnet，
    然后利用chat程序撥號(hào)*99***1，#
    待撥號(hào)連接成功后，再由pppd建立通信鏈路即可。其腳本改動(dòng)如下：在ppp-on里改了電話(huà)號(hào)碼為*99***1#，將賬號(hào)與密碼清除，再修改DIALER_SCRIPT的路徑，同時(shí)把下面的設(shè)備改成／dev／ttyS0，速率改為115200，再將crtscts參數(shù)去掉。同時(shí)在ppp-on-dialer里把帳號(hào)密碼去掉。其改動(dòng)后的腳本如下：
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    改動(dòng)完成后，執(zhí)行腳本PPP-on／ppp-on，即可撥號(hào)上網(wǎng)。
3．3 無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸
    當(dāng)GPRS撥號(hào)成功接入Internet后，就可以進(jìn)行無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸了，這可通過(guò)Linux下的網(wǎng)絡(luò)編程實(shí)現(xiàn)。基于TCP／IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)編程主要有兩種方式可以選擇：TCP方式和UDP方式。采用UDP方式進(jìn)行通信時(shí)，要求通信雙方都知道對(duì)方的IP地址和端口號(hào)。但是目前GPRS網(wǎng)絡(luò)并不提供固定的IP服務(wù)，通信鏈路中的GPRS終端的IP地址是由網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)(GSN)動(dòng)態(tài)分配的。因此，GPRS終端在進(jìn)行每次數(shù)據(jù)發(fā)送后。它的IP地址和端口都可能發(fā)生變化。本方案中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信采用TCP方式。即采用流套接字進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程。
3．4 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
    中心服務(wù)器端軟件應(yīng)提供一個(gè)可視化的監(jiān)控界面，以便直觀、方便、快捷地了解遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集終端的狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理異常和故障情況，實(shí)現(xiàn)與GPRS終端的通信。上位機(jī)部分采用的是Windows的平臺(tái)，編譯器采用VC6．0。為了方便網(wǎng)絡(luò)編程，90年代初，由Microsoft聯(lián)合了其他幾家公司共同制定了一套WINDOWS下的網(wǎng)絡(luò)編程接口，即Windows Sockets規(guī)范，這實(shí)際上不是一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，而是一套開(kāi)放的、可支持多種協(xié)議的、Windows下的網(wǎng)絡(luò)編程接口，現(xiàn)在的Winsock已經(jīng)基本上實(shí)現(xiàn)了與協(xié)議無(wú)關(guān)，可以使用Winsock來(lái)調(diào)用多種協(xié)議的功能，但較常使用的是TCP／IP協(xié)議。Socket在計(jì)算機(jī)中實(shí)際提供了一個(gè)通信端口，可以通過(guò)這個(gè)端口與任何一個(gè)具有Socket接口的計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。應(yīng)用程序在網(wǎng)絡(luò)上傳輸時(shí)，接收的信息都可通過(guò)這個(gè)Socket接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。
    在VC中進(jìn)行WINSOCK的API編程開(kāi)發(fā)時(shí)，需要在項(xiàng)目中使用下面三個(gè)文件，否則就會(huì)出現(xiàn)編譯錯(cuò)誤：
    (1)WINSOCK．H：這是WINSOCKAPI的頭文件，需要包含在項(xiàng)目之中；
    (2) WSOCK32．LIB：WINSOCKAPI連接庫(kù)文件。在使用中，一定要把它作為項(xiàng)目的非缺省的連接庫(kù)包含到項(xiàng)目文件中去；
    (3) WINSOCK．DLL：WINSOCK的動(dòng)態(tài)連接庫(kù)，位于WINDOWS的安裝目錄下。

4 結(jié)束語(yǔ)
    該系統(tǒng)將無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)與嵌入式技術(shù)有機(jī)的融合在一起，可使用戶(hù)終端以低廉、快速、可靠的方式連入GPRS網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)，并可使用戶(hù)終端的數(shù)據(jù)信息簡(jiǎn)潔、實(shí)時(shí)的進(jìn)行傳送，從而為用戶(hù)終端安全穩(wěn)定的運(yùn)行提供了可靠的保證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，該系統(tǒng)在上位機(jī)上能很好地接收數(shù)據(jù)，尤其在中低業(yè)務(wù)和低速率的數(shù)據(jù)傳輸中，能體現(xiàn)良好的性?xún)r(jià)比，同時(shí)可滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性的要求。