基于GPRS的嵌入式Internet設(shè)備

2004年6月A版

摘  要：本文介紹了一種基于GPRS無線通信的嵌入式Internet軟硬件實現(xiàn)，并采用嵌入式操作系統(tǒng)mC/OS-II編程。系統(tǒng)具有多種無線通信方式，具有較高的實時性、可靠性。

關(guān)鍵詞：嵌入式Internet；GPRS；mC/OS-II

引言

　　隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，Internet技術(shù)已經(jīng)深入到人們的生活之中。在工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)、智能儀器、安防系統(tǒng)等很多場合存在的大量電子設(shè)備都有接入Internet的需求。因為，通過接入Internet，可以在Internet網(wǎng)絡(luò)到達(dá)任何地區(qū)實現(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程維護(hù)等操作。Internet技術(shù)與嵌入式系統(tǒng)相結(jié)合可稱之為嵌入式Internet技術(shù)。目前廣泛使用的8、16位的單片機(jī)系統(tǒng)硬件資源有限，在其上實現(xiàn)Internet協(xié)議比較困難。如何使這些大量存在的嵌入式設(shè)備上網(wǎng)，已經(jīng)成為業(yè)界關(guān)注的熱點。

　　目前，比較成熟的幾種解決方案有：1、單片機(jī)＋硬件協(xié)議芯片＋以太網(wǎng)接口控制芯片。2、代理方式。即通過輕量型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(如RS232、RS485、CAN總線)將多個嵌入式設(shè)備接入作為代理的PC機(jī)，利用PC機(jī)與外部Internet通訊。3、高性能CPU＋實時操作系統(tǒng)＋以太網(wǎng)接口控制芯片。以上3種方式均是采用有線方式接入Internet。

　　通用分組無線業(yè)務(wù)(GPRS)是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務(wù)。它提供了基于IP的服務(wù)，可以與外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(如Internet )互聯(lián)互通，而GPRS網(wǎng)絡(luò)可以視為Internet的無線延伸，附著于GPRS網(wǎng)絡(luò)的移動臺(MS)也就相當(dāng)于局域網(wǎng)內(nèi)的主機(jī)。因此，MS可以與Internet上的主機(jī)進(jìn)行通訊，如網(wǎng)頁瀏覽、數(shù)據(jù)下載等。GPRS網(wǎng)絡(luò)理論上最大傳輸速率可達(dá)171.2kbps。

　　在監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域中，如江河中用于測試水位的浮標(biāo)、移動送貨車等情況,需要給監(jiān)控中心傳輸自身采集到的數(shù)據(jù)，并接受監(jiān)控中心的指令，此類應(yīng)用不適合采用有線接入Internet的方案。針對此類情況，本文設(shè)計了一種基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的無線接入Internet的解決方案。

　　圖1 給出了一個典型的基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的無線監(jiān)控系統(tǒng)示意圖。監(jiān)控中心通過數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)(DDN)專線與Internet互聯(lián)，具有固定的IP地址。遠(yuǎn)程設(shè)備由數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)和具有GPRS功能的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備(DCE)組成，DTE與DCE之間通過RS232通訊。DCE接入GPRS網(wǎng)絡(luò)后，透明收發(fā)數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)將DTE接入Internet，與監(jiān)控中心之間的通訊功能。

硬件實現(xiàn)

　　本系統(tǒng)采用了基于ARM核的微處理器S3C44B0X作為CPU，外部擴(kuò)展了516Kbyte的Flash和1Mbyte的SRAM，采用西門子公司的MC35作為GPRS通訊模塊。電源部分采用LM2596、TPS7133、TPS76325芯片，實現(xiàn)了寬電平4.5V至40V輸入，輸出4.2V、3.3V、2.5V，分別對MC35和CPU供電。采用串口電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3221進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。同時，采用看門狗芯片TPS3705來提高系統(tǒng)的抗干擾性。

　　下文介紹了系統(tǒng)的主要硬件功能：

　　SRAM用作臨時數(shù)據(jù)交換區(qū)，亦用作運(yùn)行整個程序。

軟件部分實現(xiàn)

　　本GPRS數(shù)據(jù)傳輸裝置要達(dá)到以下功能：系統(tǒng)以GPRS業(yè)務(wù)為主要通訊方式，以SMS和USSD為備份通訊方式，數(shù)據(jù)透明收發(fā)，系統(tǒng)具有高可靠性和實時性。

　　使用MC35模塊實現(xiàn)GPRS業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸，需要在用戶側(cè)實現(xiàn)PPP等上層協(xié)議，發(fā)送數(shù)據(jù)時，設(shè)備從RS232接口處接收到欲發(fā)送的用戶數(shù)據(jù)，經(jīng)協(xié)議處理模塊封裝后發(fā)送到無線界面上。接收數(shù)據(jù)時，從無線界面上接收到數(shù)據(jù)幀，經(jīng)協(xié)議處理模塊拆封后，提取用戶數(shù)據(jù)發(fā)送給RS232接口。

　　本文軟件采用了在mC/OS-II實時嵌入式操作系統(tǒng)下編程實現(xiàn)GPRS功能。mC/OS-II下編程，就是將應(yīng)用劃分成多個任務(wù)來具體實現(xiàn)，并給任務(wù)分配唯一的優(yōu)先級。任務(wù)間可以通過信號量、郵箱和隊列等機(jī)制進(jìn)行通訊。mC/OS-II的詳細(xì)介紹可以參考資料。

　　根據(jù)模塊功能不同，分六個部分介紹軟件的具體實現(xiàn)：

　　在線檢測的軟件實現(xiàn)流程如圖3所示。

結(jié)語

　　本文所實現(xiàn)的GPRS數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備運(yùn)用于路燈監(jiān)控系統(tǒng)中，系統(tǒng)運(yùn)行良好，能夠滿足無線監(jiān)控需要。與同類產(chǎn)品相比較，本系統(tǒng)具有在線檢測、掉線重?fù)芄δ芤约癎PRS、SMS以及USSD多種通訊方式。本設(shè)備在無線監(jiān)控、信息家電及遠(yuǎn)程抄表等領(lǐng)域應(yīng)有廣泛的應(yīng)用前景。■

參考文獻(xiàn)：

1. 鐘章隊，蔣文怡，李紅君等編著，‘GPRS通用分組無線業(yè)務(wù)’，人民郵電出版社.

2. Jean J.Leabrosse著，邵貝貝譯，‘mC/OS-II源碼公開的實時嵌入式操作系統(tǒng)’，中國電力出版社，2001.8.