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參數設置完成后，通過(guò)發(fā)送AT*99***1#命令開(kāi)始MC35i模塊與GPRS網(wǎng)絡(luò )ISP(網(wǎng)絡(luò )服務(wù)提供商)的PPP協(xié)商軟件設計中采用LCPHandler()函數完成LCP協(xié)商，PAPHandler()完成認證，由IPCPHandler()完成IPCP協(xié)商，如果最后獲得ISP和本節點(diǎn)的IP地址，則進(jìn)入PPPOVER態(tài)，此后就能進(jìn)行數據的傳輸了，由于GPRS網(wǎng)絡(luò )等原因，PPP協(xié)商有時(shí)會(huì )失敗，此時(shí)應重啟MC35i模塊，再按照狀態(tài)機流程重新連接。

　　UDP數據傳輸態(tài)：當程序采用UDP方式進(jìn)行數據傳輸時(shí)，程序進(jìn)入此狀態(tài)，通過(guò)xDataTrsmtTask()任務(wù)進(jìn)行數據的UDP／IP封裝和解析。

　　TCP數據傳輸態(tài)：當節點(diǎn)調用uip_cionnect()函數與監控中心建立連接后，程序進(jìn)入TCP數據傳輸態(tài)，進(jìn)行基于TCP的數據傳輸。

　　數據的封裝和傳輸

　　通過(guò)GPRS進(jìn)行數據的傳輸需要經(jīng)過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行中轉，因而傳輸的數據封裝必須進(jìn)行TCP／IP協(xié)議。文中利用軟件進(jìn)行了數據封裝，需要傳輸的數據經(jīng)過(guò)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。

　　MC35i將接收到的數據透明地傳輸到Internet網(wǎng)絡(luò )中。通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò )路由器中轉，最終將數據傳輸到監控中心。接收端對接收到的數據按照相應的層次進(jìn)行解析，從而確定數據的目標程序。

　　系統軟件設計采用分層的結構，從底到上分別為：串口驅動(dòng)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)以及應用層。在移植好的LwIP協(xié)議棧中，通過(guò)在各層中建立相應功能的線(xiàn)程，實(shí)現數據的封裝。底層軟件為上層軟件提供函數支持，上層軟件利用底層軟件完成應用程序的編寫(xiě)和實(shí)現。軟件采用自底向上的設計方法逐步實(shí)現系統中各個(gè)函數的功能，各部分函數實(shí)現均采用模塊化的設計方法。每個(gè)任務(wù)對應一個(gè)模塊

　　對每個(gè)任務(wù)單獨進(jìn)行設計后，最終由FreeRTOS操作系統統一管理，通過(guò)采用信號量和郵箱的方式實(shí)現多個(gè)任務(wù)之間的通信，軟件各部分主要函數之間的關(guān)系如圖3所示。

　　在MC35SerialISR()中將接收的數據存放到xQRxChars隊列中后，發(fā)送SemMC35Rx信號量來(lái)激活PPPRxTask()任務(wù)，通過(guò)對接收數據的解析，確定數據包的類(lèi)型，然后由相應的函數對接收數據進(jìn)行處理。

　　如果接收的數據是應用程序的數據，將由IPRx()函數判斷目標主機是否正確，再經(jīng)過(guò)傳輸層解析數據從而判定對數據處理的應用程序。最后由應用程序解析數據并執行相應的功能，如將數據通過(guò)串口發(fā)送到主機、向數據采集系統發(fā)送控制命令、接收數據采集系統的數據并發(fā)送等。當接收隊列中所有數據均處理完畢后，延時(shí)250ms如果還沒(méi)有接收到數據，則任務(wù)通過(guò)等待信號量SemMC35Rx將自己掛起。數據的發(fā)送過(guò)程是一個(gè)相反的過(guò)程。

　　應用程序根據需要的功能建立UDPTxTask()或ICMPTxTask()任務(wù)，并將數據發(fā)送到xAPPTxQ隊列中。相應的任務(wù)再調用IPTx()和PPPTx()函數進(jìn)行數據的封裝并將數據發(fā)送到XqTxChar隊列中，從而喚醒MC35SerialISR()中斷程序將數據通過(guò)串口發(fā)送到MC35i中進(jìn)行傳輸。為提高系統的實(shí)時(shí)性，本文中FreeRTOS采用可剝奪內核方式進(jìn)行調度。采用FreeRTOS操作系統對任務(wù)進(jìn)行管理簡(jiǎn)化了軟件的編寫(xiě)難度，同時(shí)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(wú)線(xiàn)數據傳輸以及遠程監控系統是目前國內外研究的熱點(diǎn)。本文采用完全免費的操作系統和TCP／IP協(xié)議棧給出的系統設計方案具備成本低、性能好、可升級等優(yōu)點(diǎn)，為遠程監控系統相關(guān)領(lǐng)域的數據傳輸提供了一個(gè)可行的設計方案。