一種基于GPRS/CDMA 1X的無線路由器

摘要： 本文介紹了一種基于GPRS/CDMA 1X的無線路由器設(shè)備的組成結(jié)構(gòu)，給出了硬件、軟件的設(shè)計方案。
關(guān)鍵詞：  GPRS；CDMA 1X；mClinux；移動互聯(lián)網(wǎng)；無線路由器

2008年4月29日收到本文。游向東：高級工程師，研究方向?yàn)橐苿訑?shù)據(jù)通信應(yīng)用及終端。

引言

　　無線路由器是一款基于GPRS/CDMA 1X公用移動網(wǎng)絡(luò)平臺，通過無線接入Internet或VPDN的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。它能提供可移動的、低成本的基于TCP/IP的數(shù)據(jù)傳輸通道。

　　無線路由器可廣泛應(yīng)用于金融、保險、電力、監(jiān)控、交通、氣象、水文監(jiān)測等行業(yè)。利用穩(wěn)定的GPRS/CDMA 1X無線網(wǎng)絡(luò)，無線路由器可以代替部分有線以太網(wǎng)路由器、HUB、有線MODEM，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。在公用移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋的條件下，原先采用以太網(wǎng)接口，依靠有線以太網(wǎng)通信系統(tǒng)的各種終端設(shè)備，如PC機(jī)、工控機(jī)、ATM機(jī)、POS機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等，都可以很方便地通過無線路由器接入到GPRS/CDMA 1X網(wǎng)絡(luò)中，利用移動互聯(lián)網(wǎng)提供的數(shù)據(jù)服務(wù)來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

圖1  模擬器工作原理示意圖

　　與傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)接入相比，無線路由器設(shè)備具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　·不受線纜的約束，能迅速提供無線TCP/IP服務(wù)。
　　·具有移動性，可以安裝在輪船、火車、汽車等移動載體上。
　　·靈活可變，根據(jù)需要隨時增減設(shè)備。

無線路由器硬件設(shè)計

　　無線路由器由無線通信模塊、以太網(wǎng)接口、嵌入式處理器及存儲器、電源模塊等四部分組成，如圖1所示，它一端通過無線通信模塊經(jīng)天線接入GPRS/CDMA 1X網(wǎng)絡(luò)，另一端通過以太網(wǎng)接口連接網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備，如PC、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、多媒體終端等，無線路由器相當(dāng)于在網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)之間搭起了一座橋梁。無線通信模塊部分完成接入GPRS/CDMA 1X網(wǎng)絡(luò)的工作，相當(dāng)于一部可以撥號上網(wǎng)的移動調(diào)制解調(diào)器。

　　無線路由器通過無線通信模塊連接GPRS或CDMA 1X移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，通過以太網(wǎng)接口連接內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或者內(nèi)部局域網(wǎng)。無線路由器具備網(wǎng)絡(luò)路由功能，能夠在兩個網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。各種終端設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)口被處理器接收，處理器對數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理后再通過串行口1發(fā)送給無線通信模塊，由它轉(zhuǎn)發(fā)到GPRS或CDMA網(wǎng)絡(luò)中。同理，從無線網(wǎng)絡(luò)來的反向數(shù)據(jù)經(jīng)過相反的路徑最終送回網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備。

　　無線路由器硬件包括嵌入式處理器、存儲器、無線通信模塊、接口和電源等幾部分，如圖2所示。

圖2  無線路由器硬件設(shè)計框圖

　　處理器
　　無線路由器的嵌入式處理器采用ARM處理器S3C4510B，內(nèi)核為ARM7TDMI，主頻為50MHz，它提供2個UART串行口、1個I2C總線控制器、1個實(shí)時時鐘和1個10/100Mbps以太網(wǎng)控制器。

　　存儲器
　　FLASH存儲器為1片1M×16位數(shù)據(jù)寬度的HY29LV160，它的容量為16M位(2M字節(jié))，工作電壓為2.7V~3.6V。

　　SDRAM存儲器為1片16位數(shù)據(jù)寬度的HY57V641620，它的容量為4組×16M位(8M字節(jié))，工作電壓為3.3V。

　　I2C存儲器為1片AT24C01，它提供了128字節(jié)的EEPROM存儲空間，可用于存放少量在系統(tǒng)掉電時需要保存的數(shù)據(jù)。

　　無線通信模塊
　　采用Wavecom公司生產(chǎn)的GPRS模塊Q2406B或CDMA 1X模塊Q2358C，嵌入式處理器通過串行口1與無線通信模塊的相連，模塊通過外接天線與公用移動網(wǎng)絡(luò)的蜂窩小區(qū)基站通信，收發(fā)無線數(shù)據(jù)。

　　對外接口
　　路由器對外有三個接口：一個SMA座的天線接口，50Ω阻抗；一個RJ45座的10M以太網(wǎng)口接口，連接各種網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備；一個DB9座的RS232串行口，既可以配置成控制臺接口，用來設(shè)置參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控，也可配置成串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，用于將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)口數(shù)據(jù)。

　　電源
　　考慮到車載電瓶電壓大都為+12V，為了方便連接汽車的點(diǎn)煙器或車載電瓶，無線路由器電源模塊采用直流電源+12輸入，輸出4V、2.8V、3.3V，分別供給無線通信模塊、S3C4510、FLASH等數(shù)字電路部分。

無線路由器的軟件設(shè)計

　　操作系統(tǒng)軟件
　　mClinux是一個完全符合GNU/GPL(通用公共許可證)公約的項(xiàng)目和完全開放代碼，它是標(biāo)準(zhǔn)Linux的一個分支，現(xiàn)在由Lineo公司支持維護(hù)。它專門針對沒有MMU的CPU，并且為嵌放式系統(tǒng)做了許多小型化的工作。

　　無線路由器的操作系統(tǒng)軟件采用mClinux，它是基于Linux內(nèi)核公開源代碼的一種嵌入式操作系統(tǒng)。由于無線路由器的硬件電路是針對此應(yīng)用專門設(shè)計的，mClinux并不能直接使用，所以重新修改mClinux操作系統(tǒng)軟件中與硬件電路相關(guān)的部分源代碼，使得mClinux操作系統(tǒng)能夠在無線路由器電路板上正常運(yùn)行，針對mClinux進(jìn)行的改動主要有：

　　·ARM S3C4510B和存儲器芯片的初始化程序；
　　·mClinux內(nèi)核的引導(dǎo)程序bootloader；
　　·無線路由器各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件的配置文件；
　　·針對ARM S3C4510B處理器，選擇合適的編譯工具和參數(shù)選項(xiàng)，重新編譯整個操作系統(tǒng)。