基于mC/OS-II的視頻監控終端無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接口設計

摘要：本文研究的視頻監控終端采用mC/OS-II作為其嵌入式操作系統，利用GPRS無(wú)線(xiàn)傳輸模塊接入互連網(wǎng)，接收服務(wù)器可以在監控中心實(shí)時(shí)監控多點(diǎn)傳來(lái)的視頻監控信號。文中給出了該系統的詳細設計方案。

　　引言

　　本文研究的森林火災視頻監控終端采用mC/OS-II作為嵌入式操作系統，為了支持 GPRS網(wǎng)絡(luò )通信，系統需要PPP或SLIP協(xié)議的支持。由于mC/OS-II不包括TCP/IP協(xié)議棧，所以要編寫(xiě)設備的網(wǎng)絡(luò )接口。本文選用免費的 TCP/IP協(xié)議棧LwIP v0.6.4作為設計核心，在mC/OS-II上移植了LwIP以實(shí)現TCP/IP協(xié)議棧，從而獲得了一個(gè)功能完善的嵌入式IP終端。

　　視頻監測終端網(wǎng)絡(luò )接口原理

　　圖像監控系統工作流程

　　工作時(shí)，圖像監控系統首先將接收服務(wù)器連入Internet，取得服務(wù)器的公網(wǎng)IP地址，確定服務(wù)的端口號，并將IP地址及端口信息以短消息方式發(fā)送給遠程站點(diǎn)的視頻監控儀模塊。視頻監控儀模塊通過(guò)GPRS-Modem模塊連入Internet后即可與接收服務(wù)器連線(xiàn)。視頻監控儀在正常工作時(shí)(無(wú)火警)僅定時(shí)上傳含有本地特征編碼的短消息，接收服務(wù)器軟件會(huì )根據收到的短消息來(lái)分析各監控儀的狀態(tài)并進(jìn)行顯示。當視頻監控儀檢測到火警時(shí)，它會(huì )將火災信息編碼，以短消息形式傳遞到服務(wù)器，同時(shí)啟動(dòng)視頻圖像壓縮及上傳服務(wù)，供接收服務(wù)器分析判斷。

　　圖1 GPRS傳輸模塊工作原理

　　GPRS傳輸模塊工作原理

　　視頻監控終端的GPRS傳輸模塊原理如圖1所示，西門(mén)子公司的 MC35 GPRS模塊把從TCP/IP模塊接收的TCP/IP包和從基站接收的GPRS分組數據進(jìn)行相應的協(xié)議處理后再轉發(fā)。MC35模塊主要由射頻天線(xiàn)、內部 Flash、SRAM、GSM基帶處理器、匹配電源和一個(gè)40腳的ZIF插座組成。GSM基帶處理器是核心部件，其作用相當于一個(gè)協(xié)議處理器，用來(lái)處理外部系統通過(guò)串口發(fā)送過(guò)來(lái)的AT指令。射頻天線(xiàn)部分主要實(shí)現信號的調制與解調，以及外部射頻信號與內部基帶處理器之間的信號轉換。匹配電源為處理器及射頻部分提供所需的電源。MC35 GPRS模塊支持GSM900和GSMl800雙頻網(wǎng)絡(luò )，接收速率可達86.20kbps，發(fā)送速率可達21.5kbps。MC35模塊提供了9針的標準 RS232接口，通過(guò)MAX3232電平轉換芯片和LPC2104的UART0口相連，進(jìn)行全雙工通信。MC35工作電壓為12V，上電后由DTR上升沿跳變觸發(fā)啟動(dòng)。本系統指定LPC2104的P0.13信號線(xiàn)經(jīng)MAX3232電平轉換后作為MC35的DTR。系統上電復位后，首先進(jìn)行工作頻率等參數設置，然后進(jìn)行撥號和PPP協(xié)商，得到系統本地IP，完成GPRS的Internet接入。ARM CPU將用戶(hù)數據先打成IP包，再經(jīng)串口發(fā)送給MC35，MC35把其封裝成GPRS分組數據包傳到GPRS網(wǎng)絡(luò )。

　　網(wǎng)絡(luò )接口協(xié)議

　　本系統的視頻監控儀網(wǎng)絡(luò )通信分層結構如圖2所示，GPRS服務(wù)節點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)等GPRS內部節點(diǎn)都簡(jiǎn)化抽象為GPRS網(wǎng)絡(luò )，GPRS內部協(xié)議及Internet網(wǎng)關(guān)協(xié)議等都簡(jiǎn)化抽象為GPRS網(wǎng)關(guān)協(xié)議。

　　視頻監控終端網(wǎng)絡(luò )通信各層的作用如下。

　　物理層：ARM CPU利用AT指令對GPRS Modem進(jìn)行撥號。反饋應答后，一條物理通道即GPRS信道就在本系統中的GPRS Modem和Internet之間建立起來(lái)。

　　數據鏈路層：PPP協(xié)議將原始的GPRS物理層連接改造成無(wú)差錯的數據鏈路，系統遠程登錄Internet，并得到GPRS網(wǎng)關(guān)分配的A類(lèi)IP地址。

　　網(wǎng)絡(luò )層：采用IP協(xié)議作為網(wǎng)絡(luò )層協(xié)議。IP協(xié)議將接入Internet、具有不同IP地址的終端都聯(lián)系起來(lái)。經(jīng)過(guò)IP路由選擇，可以令本系統與連在Internet上的任一IP終端進(jìn)行數據交互。

　　傳輸層：選擇TCP作為傳輸層協(xié)議，為數據傳輸提供面向連接的可靠服務(wù)。

　　圖2 視頻監控儀網(wǎng)絡(luò )通信分層結構

　　視頻監測終端網(wǎng)絡(luò )接口軟件設計

　　LwIP在mC/OS-II上的實(shí)現

　　LwIP協(xié)議棧在設計時(shí)就考慮到了將來(lái)的移植問(wèn)題，因此把所有與硬件、操作系統、編譯器相關(guān)的部份都獨立出來(lái)，放在/src/arch目錄下。 LwIP在mC/OS-II上的實(shí)現就是要修改該目錄下的文件，其它的文件一般不應該修改，主要的工作包括以下幾部分。