4G通信模塊在ARM平臺下的應用

　　4G模塊是連接物與物的重要載體，是終端設備接入物聯網的核心部件之一，隨著4G的普及，許多新興市場對4G通信模塊的需求都在日益擴大，那么在ARM平臺的嵌入式設備上如何快速的應用4G模塊呢?

　　4G通信模塊把頻率接收器和信號增幅器等部件全都整合在一起，實現了一體化。隨著工業(yè)發(fā)展，嵌入式設備接入網絡的需求日益增多，在沒有有線或WiFi等無線的環(huán)境下，直接通過4G通訊模塊連接運營商網絡來接入互聯網不失為一個好方法。因此，本文就為讀者介紹一下基于ARM平臺的嵌入式設備在Linux下使用4G模塊的方法。

　　一、開發(fā)環(huán)境

　　1) 開發(fā)主機環(huán)境：

　　Ubuntu12.04(64位)、arm-fls-linux-guneabi-gcc系列交叉編譯鏈。

　　2) 硬件清單：

　　IoT-3960工控板、龍尚 4G模塊U8300C或U8300W。

　　3) 軟件資源：

　　光盤EPC-280_283_287V1.04.iso中的內核源碼包：linux-2.6.35.3-fec60fa.tar.bz2。

　　二、硬件概述

　　IoT-3960L 是廣州致遠電子股份有限公司以Freescale i.MX287處理器為核心開發(fā)的工業(yè)IoT網絡控制器，集成多路通信接口，支持多種通信協(xié)議，具有性價比高、功能豐富、工作穩(wěn)定、兼容性強等特點，產品實物如圖1所示。

　　圖1 IoT-3960L工控板

　　通過自定義的 Mini-PCIE 接口，IoT-3960L 可外擴3G、4G、GPRS、ZigBee、RFID 等無線通信模塊。本文外擴的是龍尚4G 模塊，所用的型號如圖2所示。

　　圖2 龍尚4G模塊U8300C、U8300W

　　三、技術實現

　　1、解壓內核源碼

　　將 EPC-280_283_287 V1.04.iso 光盤中的linux-2.6.35..3-fec60fa.tar.bz2 源碼包復制到ubuntu 系統(tǒng)的“~/”目錄下，將其解壓后可得到linux-2.6.35.3 目錄，參考命令如下：

　　vmuser@Linux-host:~$ tar -jxvf linux-2.6.35..3-fec60fa.tar.bz2

　　2、修改配置文件

　　在內核源碼目錄“drivers/gpio/”下的Kconfig 文件中有設定了CONFIG_GPIO_M28X 宏的默認配置，用vim編輯器打開這個Kconfig 文件，搜索“GPIO_M28X”，找到其配置設定，將其修改為可獨立配置的選項，修改后的配置如下所示(紅色標識的為修改部分)：

　　config GPIO_M28X

　　tristate "GPIO support for MiniPCI-E slot control"

　　#depends on IoT_3960 || IoT_3962

　　help

　　Say yes here to enable the IoT_396x board gpio driver.

　　3、修改內核編譯腳本

　　Linux 源碼目錄下的build-kernel 腳本文件主要用于切換內核默認配置，但因光盤中的該腳本文件設置不夠靈活，建議直接將build-kernel文本內容整體替換為如圖 3所示的代碼：

　　圖3 build-kernel 文件內容

　　4、配置內核源碼

　　進入解壓后的 Linux 源碼根目錄，使用IoT-3960L 的默認內核配置，參考命令如下：

　　vmuser@Linux_host:~/ linux-2.6.35.3$ ./build-kernel

　　然后輸入6 選擇Iot3960，如果是其他工控板或開發(fā)套件，則選擇對應的選項即可，如果對應的Linux 源碼根目錄下沒有.config 文件，運行該步驟操作后會提示cp 命令執(zhí)行錯誤，直接忽略此錯誤即可。

　　工控板或開發(fā)套件使用 USB 接口來與龍尚4G 模塊通信，需要配置內核以支持USB轉串口功能。參考命令如下：

　　vmuser@Linux-host:~/ linux-2.6.35.3 $ make menuconfig

　　進入配置界面后，按回車鍵進入“Device Drivers --->”選項，配置完內核后，保存并退出內核配置操作。

　　5、 修改&編譯內核源碼

　　對龍尚4G模塊，我們需要在linux-2.6.35.3 目錄下對三個數組中的內容進行修改：

　　l 使用vi 或者vim 命令打開drivers/gpio/gpio_m28x.c 文件，在all_gpios_info[ ]數組作中作修改;

　　l 使用vi 或者vim 命令打開arch/arm/mach-mx28/mx28evk_pins.c 文件，在mx28evk_fixed_pins []數組中作修改;

　　l 使用vi或者vim命令打開drivers/usb/serial/option.c 文件，在option_ids[]數組中作修改。

　　按上述操作修改完成之后，就可以編譯內核了，內核編譯參考命令如下：

　　vmuser@Linux-host:~/ linux-2.6.35.3 $ make uImage

　　待內核編譯完成后，將生成的uImage 文件(可在arch/arm/boot 目錄下找到)燒寫到工控板或開發(fā)套件上，燒寫方法請參考《IoT-3960 用戶手冊.pdf》第6 章的內容。

　　四、4G 模塊測試

　　這里主要介紹龍尚4G模塊的電話、網絡等控制接口以及IoT-3960L工控板對其操作的通信流程。用于測試的工控板必須燒寫EPC-280_283_287 V1.04.iso 光盤中V1.03的uboot 及文件系統(tǒng)，因為其中包含必要的撥號上網工具。

　　1、電話控制接口

　　電話接聽和撥打命令如表1所示。通過向串口發(fā)送相應的命令就可以實現電話的接聽和撥打。如：可以向串口發(fā)送“ATD12345678901;nr”就可以向12345678901撥打電話。

　　表1 電話撥打和接聽控制命令表

　　命令語法及作用

　　ATD撥打電話：ATD+電話+;rn”如ATD10010;后面分號

　　不能少，返回OK 或ERROR

　　AT+COPS?“AT+COPS?rn”檢測運營商，返回OK 或ERROR

　　AT+CVHU=0和ATH掛斷電話：“AT+CVHU=0rn”再發(fā)“ATHrn”

　　ATA接聽電話：“ATAnr”

　　電話撥打接聽代碼執(zhí)行流程如圖4所示。代碼首先會顯示可供使用的菜單，如電話撥打，短信接收等。等待用戶輸入參數，執(zhí)行參數對應的流程。然后判斷是否執(zhí)行成功，如果執(zhí)行成功就會返回顯示菜單代碼處繼續(xù)執(zhí)行下一下循環(huán)。

　　圖4 電話撥打接聽流程圖

　　2、網絡控制接口

　　4G 模塊上網功能通過PPP 撥號提供的接口連接網絡。在開發(fā)套件文件系統(tǒng)的“/etc/ppp”目錄下預置了可以參考的撥號腳本。撥號成功后(執(zhí)行PPP 撥號腳本)，內核會生成PPP 網絡設備。通過創(chuàng)建套接字就可以訪問網絡。

　　3、演示程序實操

　　l 使能4G 模塊

　　默認內核啟動時，把4G模塊的復位引腳拉低，使模塊處于非工作的狀態(tài)。要想完全使能模塊，運行/opt 目錄下的upmodule.sh 腳本即可。

　　此時板子的WWAN 這個LED 會出現閃爍的現象，閃爍頻率大概為800 毫秒，然后設備開始入網，入網成功后，板子的WWAN 這個LED 的閃爍頻率變?yōu)? 秒左右。同時，大概10 秒之后，板子開始檢測到USB 設備的插入，然后板子自動安裝USB 轉串口的驅動，驅動安裝完成后，會在板子的/dev 目錄下自動生成ttyUSB0~ttyUSB5 這6 個串口設備。

　　l 編譯演示程序

　　將/works/mx28x/app/目錄下的longsung-test文件夾拷貝到Linux 開發(fā)主機，編譯了longsung-test 下的代碼，將生成的longsung-test 文件拷貝到板子即可進行后續(xù)的電話功能測試。

　　l 電話功能測試

　　使用U8300C，以中國聯通4G卡為例進行電話功能測試，設備上電之前需要先插入SIM 卡，且保證已經按前面介紹使能了4G模塊，并能成功入網。進入 longsung-test 測試程序存放的目錄，然后運行l(wèi)ongsung-test 程序。

　　[root@M28x opt]# ./longsung-test /dev/ttyUSB1

　　longsung-test 測試程序運行結果及其中各數字代表功能如圖5所示。需要注意，輸入“1”撥打電話之后，必須需要輸入“2”掛斷電話之后方可繼續(xù)撥打電話。

　　圖5 代碼啟動運行結果

　　l 4.4.4 上網功能測試

　　這里使用U8300C，以中國移動4G卡為例進行撥號上網，設備上電之前需要先插入SIM 卡，保證以使能4G

　　模塊并成功入網。

　　進入板子的/etc/ppp/目錄，創(chuàng)建一個名字為ppp_dial_LTE.sh的腳本，寫入如下程序：

　　echo "TIMEOUT 5 '' AT OK ATE0V1 OK AT OK ATS0=0 OK AT OK ATE0V1 OK AT OK ATDT*99*# CONNECT ''" > /tmp/chatscript

　　pppd /dev/ttyUSB3 persist connect "chat -v -f /tmp/chatscript"

　　保存退出后，修改ppp_dial_LTE.sh 的運行屬性，然后直接運行該腳本，進行撥號操作，參考操作如下：

　　[root@M28x ppp]# wr chmod 755 ppp_dial_LTE.sh

　　[root@M28x ppp]# ./ppp_dial_LTE.sh

　　執(zhí)行后，等待大概10~20s，使用ifco

　　nfig 命令查看網絡設備，能看到系統(tǒng)生成了一個名為ppp0 的網絡設備，該設備就是撥號成功后生成的網絡設備。撥號成功后可通過ping 114.114.114.114.-I ppp0檢查外網是否連接正常。如果沒能成功撥號，可以參考下面的“撥號異常分析”來排除問題。

　　l 撥號異常分析

　　運行撥號腳本后，使用ps 命令能看到撥號進程的存在。只要撥號成功，撥號進程是一直存在的(與pppd 相關的進程)，如果該進程不存在，那么生成的ppp0 網絡設備也會隨同消失。

　　如果使用 ifconfig 命令，無法看到ppp0 這個網絡設備，只要使用ps 命令一直都能看到撥號進程的存在，那么只能耐心的等待撥號程序的反饋了。如果ps 命令無法看到撥號進程了，那么重新運行撥號腳本即可。撥號進程的退出，極有可能是因為信號弱或者SIM 卡余額不足導致的。