嵌入式ARM處理器在M2M終端總體設計中的應用

　　PPP協(xié)商態(tài)：GPRS參數(shù)設置完成后，通過發(fā)送AT*99***1#命令開始MC35i模塊與GPRS網(wǎng)絡ISP(網(wǎng)絡服務提供商)的PPP協(xié)商軟件設計中采用LCPHandler()函數(shù)完成LCP協(xié)商，PAPHandler()完成認證，由IPCPHandler()完成IPCP協(xié)商，如果最后獲得ISP和本節(jié)點的IP地址，則進入PPPOVER態(tài)，此后就能進行數(shù)據(jù)的傳輸了，由于GPRS網(wǎng)絡等原因，PPP協(xié)商有時會失敗，此時應重啟MC35i模塊，再按照狀態(tài)機流程重新連接。

　　UDP數(shù)據(jù)傳輸態(tài)：當程序采用UDP方式進行數(shù)據(jù)傳輸時，程序進入此狀態(tài)，通過xDataTrsmtTask()任務進行數(shù)據(jù)的UDP／IP封裝和解析。

　　TCP數(shù)據(jù)傳輸態(tài)：當節(jié)點調(diào)用uip_cionnect()函數(shù)與監(jiān)控中心建立連接后，程序進入TCP數(shù)據(jù)傳輸態(tài)，進行基于TCP的數(shù)據(jù)傳輸。

　　數(shù)據(jù)的封裝和傳輸

　　通過GPRS進行數(shù)據(jù)的傳輸需要經(jīng)過Internet網(wǎng)絡進行中轉，因而傳輸?shù)臄?shù)據(jù)封裝必須進行TCP／IP協(xié)議。文中利用軟件進行了數(shù)據(jù)封裝，需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)過傳輸層UDP協(xié)議頭封裝，然后是IP協(xié)議頭的封裝，最后進行PPP協(xié)議的封裝。

　　MC35i將接收到的數(shù)據(jù)透明地傳輸?shù)絀nternet網(wǎng)絡中。通過Internet網(wǎng)絡路由器中轉，最終將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。接收端對接收到的數(shù)據(jù)按照相應的層次進行解析，從而確定數(shù)據(jù)的目標程序。

　　系統(tǒng)軟件設計采用分層的結構，從底到上分別為：串口驅(qū)動層(物理層)、PPP協(xié)議層(鏈路層)、IP協(xié)議層(網(wǎng)絡層)、UDP協(xié)議和ICMP層(傳輸層)以及應用層。在移植好的LwIP協(xié)議棧中，通過在各層中建立相應功能的線程，實現(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用程序的編寫和實現(xiàn)。軟件采用自底向上的設計方法逐步實現(xiàn)系統(tǒng)中各個函數(shù)的功能，各部分函數(shù)實現(xiàn)均采用模塊化的設計方法。每個任務對應一個模塊

　　對每個任務單獨進行設計后，最終由FreeRTOS操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理，通過采用信號量和郵箱的方式實現(xiàn)多個任務之間的通信，軟件各部分主要函數(shù)之間的關系如圖3所示。

　　在MC35SerialISR()中將接收的數(shù)據(jù)存放到xQRxChars隊列中后，發(fā)送SemMC35Rx信號量來激活PPPRxTask()任務，通過對接收數(shù)據(jù)的解析，確定數(shù)據(jù)包的類型，然后由相應的函數(shù)對接收數(shù)據(jù)進行處理。

　　如果接收的數(shù)據(jù)是應用程序的數(shù)據(jù)，將由IPRx()函數(shù)判斷目標主機是否正確，再經(jīng)過傳輸層解析數(shù)據(jù)從而判定對數(shù)據(jù)處理的應用程序。最后由應用程序解析數(shù)據(jù)并執(zhí)行相應的功能，如將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到主機、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。當接收隊列中所有數(shù)據(jù)均處理完畢后，延時250ms如果還沒有接收到數(shù)據(jù)，則任務通過等待信號量SemMC35Rx將自己掛起。數(shù)據(jù)的發(fā)送過程是一個相反的過程。

　　應用程序根據(jù)需要的功能建立UDPTxTask()或ICMPTxTask()任務，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到xAPPTxQ隊列中。相應的任務再調(diào)用IPTx()和PPPTx()函數(shù)進行數(shù)據(jù)的封裝并將數(shù)據(jù)發(fā)送到XqTxChar隊列中，從而喚醒MC35SerialISR()中斷程序?qū)?shù)據(jù)通過串口發(fā)送到MC35i中進行傳輸。為提高系統(tǒng)的實時性，本文中FreeRTOS采用可剝奪內(nèi)核方式進行調(diào)度。采用FreeRTOS操作系統(tǒng)對任務進行管理簡化了軟件的編寫難度，同時提高了程序的可讀性和可移植性。

　　總結

　　基于GPRS M2M產(chǎn)品的無線數(shù)據(jù)傳輸以及遠程監(jiān)控系統(tǒng)是目前國內(nèi)外研究的熱點。本文采用完全免費的操作系統(tǒng)和TCP／IP協(xié)議棧給出的系統(tǒng)設計方案具備成本低、性能好、可升級等優(yōu)點，為遠程監(jiān)控系統(tǒng)相關領域的數(shù)據(jù)傳輸提供了一個可行的設計方案。