基于GR64模塊的通用GPRS數傳單元設計

摘要 GPRS數傳單元(DTU)在遠程數據采集終端與主站之間建立起無線IP連接和可靠的數據傳輸通道。本文提出采用內嵌腳本方式開發(fā)GR64，使之成為具有簡單控制接口，可方便配置參數和靈活切換工作模式的通用DTU的硬件和軟件實現方法,并總結了開發(fā)過程中遇到的問題和相應解決辦法。

關鍵詞 GPRS GR64 數傳單元(DTU) 內嵌腳本

引言

　　通用分組無線業(yè)務GPRS（General Packet Radio Service）是在現有GSM網絡基礎上進行的軟件升級，采用分組交換技術，可提供高速無線IP或X.25服務。它增加了SGSN (GPRS 業(yè)務支持節(jié)點)和GGSN(GPRS 網關支持節(jié)點)2 個服務節(jié)點，可提供端到端的、廣域的無線IP 連接。相對于其他數傳方式，GPRS更具優(yōu)勢： 建設成本低，數據傳輸可靠性高，傳輸速率可達171 kbps，基于IP 協議可以訪問整個Internet，永遠在線和按流量收費。

　　GR64是Sony/Ericsson公司最新推出的一款內嵌TCP/IP協議棧的GSM/GPRS模塊，可向下兼容GR47，內嵌的ARM9 CPU可以開放給用戶。GR64 具有豐富的存儲資源： 256 KB的腳本空間可同時容納2個腳本，可用于CSD方式下腳本遠程升級，至少50 KB的數據NVM空間和100 KB RAM；豐富的功能庫涵蓋所有的底層驅動，用戶只須編寫自己的應用程序。GR64提供豐富的接口： 對外有2個自適應波特率和幀格式的串口，其中UART1用于AT命令控制或本地腳本下載，UART3為通用串口；另外，還有USB2.0（等同GR47 UART2，可用于模塊自身固件升級和腳本調試信息輸出）、SPI、I2C、天線、音頻接口，12根I/O線（8根復用），AD/DA轉換器，蜂鳴器和實時時鐘等內置外設。

　　GR64模塊有兩種開發(fā)方式： 一種是內部腳本方式,即直接利用模塊開放的CPU和系統(tǒng)資源,將類C語言腳本下載到模塊的NVM(Nonvolatile Memory)中，在模塊的CPU中運行。內部腳本解釋器從NVM中讀入腳本，逐行解釋執(zhí)行，模塊通過UART3與數據終端接口。另一種是外部控制器方式，控制程序在外部微控制器中運行，微處理器向GR64的UART1發(fā)送AT命令控制其工作。

1 GPRS數據采集系統(tǒng)通信的實現

　　上位機服務器不管采用哪種方式接入Internet都必須有固定IP地址，并對各終端開放相應的偵聽端口號，在接入網絡后要盡量保持在線。下位機(終端)工作后，會通過DTU主動與服務器建立連接，隨后告知服務器自己的終端地址；服務器收到后將其加到動態(tài)地址數據庫中，并自動定時刷新數據庫以確定哪些表還掛在網絡上，再根據管理員設定的自動查抄時間對連接在網絡上的終端進行數據讀取、參數設定、校時等操作。

2 基于GR64的GPRS DTU實現

2.1 DTU硬件電路

　　DTU硬件電路如圖1所示。

圖1 DTU硬件電路圖{{分頁}}

　　模塊工作電壓VCC為3.2~4.5 V，可由降壓芯片MIC29302bu將5 V降至典型工作電壓3.6 V提供，5個發(fā)光二極管分別指示模塊GSM網絡注冊狀態(tài)，與GPRS網絡交互，通信串口數據收發(fā)狀態(tài)；由于模塊引腳數字高電平為2.75 V,RS232電平轉換芯片最好使用MAX3232等；ON/OFF腳和VREF分別提供給終端，用于控制模塊硬件開關機和檢測模塊開關機狀態(tài)；USB口為調試信息和打印信息輸出口。

2.2 DTU功能實現及程序流程

　　該應用中GR64工作于內部腳本方式，利用集成開發(fā)環(huán)境M2mpowerIDE腳本可通過計算機串口從模塊UART1下載到內部腳本空間，并設置為上電自動運行。上電開機、模塊注冊網絡后開始運行腳本： DTU先從數據NVM中讀出運行參數，初始化后按預設運行。其中包括： 網絡連接參數，如GPRS接入點APN(GA:cmnet)、用戶名(GU∶wap)、密碼(GP∶wap)、主站IP及端口號(NS:061.183.125.114：10001)；系統(tǒng)參數，如通信協議(CP∶TCP/UDP/SMS)、TCP通信方式下工作模式（MD:RT實時在線/SA短信激活/DA振鈴激活）、連續(xù)登陸失敗停止登陸次數(CT∶10次)、激活模式下無數據傳輸自動斷網時間間隔(IT∶30 min)，以及短信控制密碼(SP:whzydz)等。所有參數均向數據通信串口（UART3）發(fā)送“+++”后，按上面的格式本地修改(可以一次更改多項,各參數間用分號隔開)；改后向DTU發(fā)送LS,將得到所有參數的當前值。也可在運行過程中通過短信遠程更改各參數，但須在短信的開頭加上預先設定好的短信控制密碼(PWD:whzydzCT:15；……)；另外還可通過通信串口及短信方式控制模塊上下線(SM:ONLINE/OFFLINE)及軟件重啟動(RESET)，掉電重上電后將按最近一次更改的參數運行。程序流程如圖2、圖3和圖4所示。

圖2 進程優(yōu)先級次序

圖3 進程相互作用關系

圖4 程序流程圖{{分頁}}

2.3 內部腳本方式下程序實現要點

　　以下粗體部分表示模塊內建功能庫函數。

① 內部腳本不支持中斷，須通過內部gtf()函數查詢系統(tǒng)標志位方式檢測觸發(fā)類事件的發(fā)生，或者通過gtb()函數查詢系統(tǒng)狀態(tài)字節(jié)的值確定各項系統(tǒng)狀態(tài)。例如，收到新短信時標志位SMS_RCV將被置位。其中： int SMS_RCV=29。

if(gtf()(SMS_RCV)){

OSA[MR]=OSA[MR]|REQ;/*開短信處理進程*/

prtf("n New SMS received!"); }

　　同樣，接收到IP數據時標志位IP_DT_RCV將被置位。其中：IP_DT_RCV = 13。

　　通過查詢來電狀態(tài)字節(jié)，即if(gtb(CAL_STA)==RING)判斷是否有來電撥入。其中： CAL_STA=12,RING=1。

② 是否接收到串口數據，通過判斷內部函數utrl()返回的串口接收緩沖內數據的長度是否大于0確定。例如：

if(utrl()&&(!(OSA[RS]&REQ))){

OSA[RS]=OSA[RS]|REQ; /*開啟串口處理進程*/

prtf("n UART 3 received!"); }

　　此函數的值只能確定串口是否接收到數據，因此在進入串口處理進程后，須先通過查詢定時器超時時間內utrl()返回值的變化來檢查數據鏈路，待一包數據接收完畢后再作處理。

③ 內部腳本方式下，TCP連接需要完成以下步驟。

（a） 待注冊GPRS網絡(開機后模塊自動完成)后，進入GPRS初始化進程。

◆ 調用atcrt()創(chuàng)建內部AT命令通道；

◆ 調用atsnd()發(fā)送命令“AT+CGDCONT=1,"IP","cmnet"”設置APN(由從記錄中讀出的全局變量GA決定，此處默認為cmnet)；{{分頁}}

◆ 調用atsnd()發(fā)送AT命令“AT*ENAD=1,"GPRS 1","wap","wap"”設置接入用戶名和密碼(由GU、GP決定，此處默認為wap和wap)；

◆ 調用atdst()關閉AT命令通道，然后由字符串變量NS("061.183.125.114:10010")計算出32位IP(0x3db77d72)和Port(10010)，為IP連接作準備。

（b） 進入IP連接進程。

　　先激活PDP，pdpa(1,1)；然后選擇IP連接類型（CM=1,為TCP;CM=0,為UDP），ipo( CM, &ScNm )。UDP方式下此時已可透明傳輸UDP數據，不需要以下步驟：

　　->執(zhí)行TCP連接： tcpc(ScNm,Port,IP)。連接成功后，即可透明傳輸TCP數據。同時不停查詢TCP連接狀態(tài)字節(jié)和IP異常標志位時，當檢測到TCP連接狀態(tài)不是已連接或IP異常標志位置位時，Log()進程將調用ipc(ScNm)關閉IP，然后跳轉到ipo()重連接。如此往復循環(huán)，就可以在檢測到連接丟失（如主站軟件關閉或斷開偵聽后重新打開）或數據傳輸過程中發(fā)生異步時序錯誤時自動重新接入。

④ 利用功能庫中的數據庫函數存儲非易失性參數。

　　由于數據庫函數對公用的NVM數據空間進行操作，即使下載新腳本，原腳本建立的數據庫及數據庫中的內容仍然存在，因此若用到數據庫腳本就必須包含刪除數據庫的部分。此應用設計為當串口收到“DEL”字符串時，腳本將自動刪除當前已建立的所有數據庫。具體如下：

if(!scmp(TBf,"DEL")){

/*dbadm()為數據庫管理函數，參數2表示刪除數據庫*/

prtf("n Delete %d db",dbadm(2));

}

2.4 實際運用中需注意的問題及解決辦法

① 若GPRS模塊在線、長時間無數據傳輸時，可能被GPRS網絡踢掉，大多GPRS模塊都不能在短時間內檢測到。同樣，GR64也會發(fā)生實際連接已斷，但TCP狀態(tài)字節(jié)仍為已連接的情況。雖然只要終端上發(fā)一包數據，GR64內部將馬上更改TCP連接狀態(tài)字節(jié)為斷開（此時腳本即可控制模塊重連接），但此包數據不能被發(fā)送至主站，需重新發(fā)送。為避免此類情況發(fā)生，也可適當發(fā)送上行心跳幀，以保持連接。

② 當GR64長時間不能建立連接時（例如主站偵聽不開），調用ipc(ScNm)關閉IP可能發(fā)生不響應的情況，腳本中設定連續(xù)5次關閉IP失敗，模塊將調用rst()自動軟件重啟。

③ 內部腳本方式下,GR64工作時不安裝天線,將導致腳本運行緩慢，但只要安裝天線，即使信號強度較弱也不會影響腳本運行速度。

結語

　　基于GR64 GSM/GPRS模塊的通用數傳單元(DTU)為數據終端建立起同主站的無線IP連接和數據傳輸通道，具有ARM9內核的GR64的出色性能決定了DTU能夠快速進行網絡連接、數據傳輸及處理，并支持大數據包傳輸。運行參數可方便地進行配置和更改，掉電不會丟失；TCP/UDP/SMS三種通信方式可滿足大多數情況下網絡數據通信的需要，并為網絡不通時預留了短信通道，以便在網絡故障和維護期間上報重要事件，或告警重要人員；實時在線/短信激活/振鈴激活3種工作方式可靈活切換，有利于實際應用中節(jié)省流量，有效控制運行費用；內部腳本方式直接使用GR64對外開放的CPU和功能庫，簡化硬件和軟件開發(fā)，降低成本。此數傳單元具有通用性，完全可以用于各種遠程采集、遠程控制系統(tǒng)中。

　　本文采用嵌入式腳本方式開發(fā)GR64模塊，實現了DTU的單片解決方案；多工作模式和通信方式使該DTU具有應用于各種遠程采集和控制系統(tǒng)的靈活性和實用性。