基于MC35i的M2M終端設(shè)計(jì)與研究

數(shù)據(jù)的封裝和傳輸

通過GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸需要經(jīng)過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)過封裝傳輸?shù)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/MC35i">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)絀nternet網(wǎng)絡(luò)中。通過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，通過在各層中建立相應(yīng)功能的線程，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)對應(yīng)一個(gè)模塊。對每個(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，通過采用信號量和郵箱的方式實(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信號量來激活PPPRxTask()任務(wù)，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(yīng)的函數(shù)對接收數(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)過傳輸層解析數(shù)據(jù)從而判定對數(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如果還沒有接收到數(shù)據(jù)，則任務(wù)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(gè)相反的過程。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)對任務(wù)進(jìn)行管理簡化了軟件的編寫難度，同時(shí)提高了程序的可讀性和可移植性。

結(jié)語

基于GPRS M2M產(chǎn)品的無線數(shù)據(jù)傳輸以及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是目前國內(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。

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