ARM處理器結(jié)合GPRS模塊設(shè)計(jì)M2M終端的總體設(shè)計(jì)方案
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時(shí)間：2013-12-09
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)
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GPRS參數(shù)設(shè)置態(tài)：處理器控制啟動(dòng)MC35i模塊后進(jìn)入此狀態(tài)，通過(guò)發(fā)送AT命令對(duì)模塊及必要的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，為使各個(gè)參數(shù)均設(shè)置成功，軟件設(shè)計(jì)中增加了容錯(cuò)重試機(jī)制。
PPP協(xié)商態(tài)：GPRS參數(shù)設(shè)置完成后，通過(guò)發(fā)送AT*99***1#CR>命令開(kāi)始MC35i模塊與GPRS網(wǎng)絡(luò)ISP(網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商)的PPP協(xié)商。軟件設(shè)計(jì)中采用LCPHandler()函數(shù)完成LCP協(xié)商，PAPHandler()完成認(rèn)證，由IPCPHandler()完成IPCP協(xié)商，如果最后獲得ISP和本節(jié)點(diǎn)的IP地址，則進(jìn)入PPPOVER態(tài)，此后就能進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸了。由于GPRS網(wǎng)絡(luò)等原因，PPP協(xié)商有時(shí)會(huì)失敗，此時(shí)應(yīng)重啟MC35i模塊，再按照狀態(tài)機(jī)流程重新連接。
UDP數(shù)據(jù)傳輸態(tài)：當(dāng)程序采用UDP方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，程序進(jìn)入此狀態(tài)。通過(guò)xDataTrsmtTask()任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的UDP／IP封裝和解析。
TCP數(shù)據(jù)傳輸態(tài)：當(dāng)節(jié)點(diǎn)調(diào)用uip_cionnect()函數(shù)與監(jiān)控中心建立連接后，程序進(jìn)入TCP數(shù)據(jù)傳輸態(tài)，進(jìn)行基于TCP的數(shù)據(jù)傳輸。
數(shù)據(jù)的封裝和傳輸
通過(guò)GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸需要經(jīng)過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行中轉(zhuǎn)，因而傳輸?shù)臄?shù)據(jù)封裝必須進(jìn)行TCP／IP協(xié)議。文中利用軟件進(jìn)行了數(shù)據(jù)封裝。需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)過(guò)傳輸層UDP協(xié)議頭封裝，然后是IP協(xié)議頭的封裝，最后進(jìn)行PPP協(xié)議的封裝。經(jīng)過(guò)封裝傳輸?shù)?/SPAN>MC35i的數(shù)據(jù)格式如表1所示。
MC35i將接收到的數(shù)據(jù)透明地傳輸?shù)?/SPAN>Internet網(wǎng)絡(luò)中。通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)路由器中轉(zhuǎn)，最終將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。接收端對(duì)接收到的數(shù)據(jù)按照相應(yīng)的層次進(jìn)行解析，從而確定數(shù)據(jù)的目標(biāo)程序。
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用分層的結(jié)構(gòu)，從底到上分別為：串口驅(qū)動(dòng)層(物理層)、PPP協(xié)議層(鏈路層)、IP協(xié)議層(網(wǎng)絡(luò)層)、UDP協(xié)議和ICMP層(傳輸層)以及應(yīng)用層。在移植好的LwIP協(xié)議棧中，通過(guò)在各層中建立相應(yīng)功能的線(xiàn)程，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的封裝。底層軟件為上層軟件提供函數(shù)支持，上層軟件利用底層軟件完成應(yīng)用程序的編寫(xiě)和實(shí)現(xiàn)。軟件采用自底向上的設(shè)計(jì)方法逐步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中各個(gè)函數(shù)的功能，各部分函數(shù)實(shí)現(xiàn)均采用模塊化的設(shè)計(jì)方法。每個(gè)任務(wù)對(duì)應(yīng)一個(gè)模塊。對(duì)每個(gè)任務(wù)單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)后，最終由FreeRTOS操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理，通過(guò)采用信號(hào)量和郵箱的方式實(shí)現(xiàn)多個(gè)任務(wù)之間的通信，軟件各部分主要函數(shù)之間的關(guān)系如圖3所示。
在MC35SerialISR()中將接收的數(shù)據(jù)存放到xQRxChars隊(duì)列中后，發(fā)送SemMC35Rx信號(hào)量來(lái)激活PPPRxTask()任務(wù)，通過(guò)對(duì)接收數(shù)據(jù)的解析，確定數(shù)據(jù)包的類(lèi)型，然后由相應(yīng)的函數(shù)對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
如果接收的數(shù)據(jù)是應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)，將由IPRx()函數(shù)判斷目標(biāo)主機(jī)是否正確，再經(jīng)過(guò)傳輸層解析數(shù)據(jù)從而判定對(duì)數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用程序。最后由應(yīng)用程序解析數(shù)據(jù)并執(zhí)行相應(yīng)的功能，如將數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送到主機(jī)、向數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)送控制命令、接收數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)并發(fā)送等。當(dāng)接收隊(duì)列中所有數(shù)據(jù)均處理完畢后，延時(shí)250ms如果還沒(méi)有接收到數(shù)據(jù)，則任務(wù)通過(guò)等待信號(hào)量SemMC35Rx將自己掛起。數(shù)據(jù)的發(fā)送過(guò)程是一個(gè)相反的過(guò)程。應(yīng)用程序根據(jù)需要的功能建立UDPTxTask()或ICMPTxTask()任務(wù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到xAPPTxQ隊(duì)列中。相應(yīng)的任務(wù)再調(diào)用IPTx()和PPPTx()函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的封裝并將數(shù)據(jù)發(fā)送到XqTxChar隊(duì)列中，從而喚醒MC35SerialISR()中斷程序?qū)?shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送到MC35i中進(jìn)行傳輸。為提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，本文中FreeRTOS采用可剝奪內(nèi)核方式進(jìn)行調(diào)度。采用FreeRTOS操作系統(tǒng)對(duì)任務(wù)進(jìn)行管理簡(jiǎn)化了軟件的編寫(xiě)難度，同時(shí)提高了程序的可讀性和可移植性。
結(jié)語(yǔ)
基于GPRS M2M產(chǎn)品的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸以及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。本文采用完全免費(fèi)的操作系統(tǒng)和TCP／IP協(xié)議棧給出的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案具備成本低、性能好、可升級(jí)等優(yōu)點(diǎn)，為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)傳輸提供了一個(gè)可行的設(shè)計(jì)方案。
評(píng)論