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(wú)線(xiàn)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(kāi)發(fā)GR64，使之成為具有簡(jiǎn)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(shí)現方法,并總結了開(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到的問(wèn)題和相應解決辦法。

關(guān)鍵詞 GPRS GR64 數傳單元(DTU) 內嵌腳本

引言

　　通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)GPRS（General Packet Radio Service）是在現有GSM網(wǎng)絡(luò )基礎上進(jìn)行的軟件升級，采用分組交換技術(shù)，可提供高速無(wú)線(xiàn)IP或X.25服務(wù)。它增加了SGSN (GPRS 業(yè)務(wù)支持節點(diǎn))和GGSN(GPRS 網(wǎng)關(guān)支持節點(diǎn))2 個(gè)服務(wù)節點(diǎn)，可提供端到端的、廣域的無(wú)線(xiàn)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(xié)議可以訪(fǎng)問(wèn)整個(gè)Internet，永遠在線(xiàn)和按流量收費。

　　GR64是Sony/Ericsson公司最新推出的一款內嵌TCP/IP協(xié)議棧的GSM/GPRS模塊，可向下兼容GR47，內嵌的ARM9 CPU可以開(kāi)放給用戶(hù)。GR64 具有豐富的存儲資源： 256 KB的腳本空間可同時(shí)容納2個(gè)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(dòng)，用戶(hù)只須編寫(xiě)自己的應用程序。GR64提供豐富的接口： 對外有2個(gè)自適應波特率和幀格式的串口，其中UART1用于A(yíng)T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(xiàn)、音頻接口，12根I/O線(xiàn)（8根復用），AD/DA轉換器，蜂鳴器和實(shí)時(shí)時(shí)鐘等內置外設。

　　GR64模塊有兩種開(kāi)發(fā)方式： 一種是內部腳本方式,即直接利用模塊開(kāi)放的CPU和系統資源,將類(lèi)C語(yǔ)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，逐行解釋執行，模塊通過(guò)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數據采集系統通信的實(shí)現

　　上位機服務(wù)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(kāi)放相應的偵聽(tīng)端口號，在接入網(wǎng)絡(luò )后要盡量保持在線(xiàn)。下位機(終端)工作后，會(huì )通過(guò)DTU主動(dòng)與服務(wù)器建立連接，隨后告知服務(wù)器自己的終端地址；服務(wù)器收到后將其加到動(dòng)態(tài)地址數據庫中，并自動(dòng)定時(shí)刷新數據庫以確定哪些表還掛在網(wǎng)絡(luò )上，再根據管理員設定的自動(dòng)查抄時(shí)間對連接在網(wǎng)絡(luò )上的終端進(jìn)行數據讀取、參數設定、校時(shí)等操作。

2 基于GR64的GPRS DTU實(shí)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(yè)}}

　　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(gè)發(fā)光二極管分別指示模塊GSM網(wǎng)絡(luò )注冊狀態(tài)，與GPRS網(wǎng)絡(luò )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(kāi)關(guān)機和檢測模塊開(kāi)關(guān)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(shí)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(kāi)發(fā)環(huán)境M2mpowerIDE腳本可通過(guò)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(dòng)運行。上電開(kāi)機、模塊注冊網(wǎng)絡(luò )后開(kāi)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(wǎng)絡(luò )連接參數，如GPRS接入點(diǎn)APN(GA:cmnet)、用戶(hù)名(GU∶wap)、密碼(GP∶wap)、主站IP及端口號(NS:061.183.125.114：10001)；系統參數，如通信協(xié)議(CP∶TCP/UDP/SMS)、TCP通信方式下工作模式（MD:RT實(shí)時(shí)在線(xiàn)/SA短信激活/DA振鈴激活）、連續登陸失敗停止登陸次數(CT∶10次)、激活模式下無(wú)數據傳輸自動(dòng)斷網(wǎng)時(shí)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(kāi))；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(guò)程中通過(guò)短信遠程更改各參數，但須在短信的開(kāi)頭加上預先設定好的短信控制密碼(PWD:whzydzCT:15；……)；另外還可通過(guò)通信串口及短信方式控制模塊上下線(xiàn)(SM:ONLINE/OFFLINE)及軟件重啟動(dòng)(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(jìn)程優(yōu)先級次序

圖3 進(jìn)程相互作用關(guān)系

圖4 程序流程圖{{分頁(yè)}}

2.3 內部腳本方式下程序實(shí)現要點(diǎn)

　　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(guò)內部gtf()函數查詢(xún)系統標志位方式檢測觸發(fā)類(lèi)事件的發(fā)生，或者通過(guò)gtb()函數查詢(xún)系統狀態(tài)字節的值確定各項系統狀態(tài)。例如，收到新短信時(shí)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(kāi)短信處理進(jìn)程*/

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

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

　　通過(guò)查詢(xún)來(lái)電狀態(tài)字節，即if(gtb(CAL_STA)==RING)判斷是否有來(lái)電撥入。其中： CAL_STA=12,RING=1。

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

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

OSA[RS]=OSA[RS]|REQ; /*開(kāi)啟串口處理進(jìn)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(jìn)入串口處理進(jìn)程后，須先通過(guò)查詢(xún)定時(shí)器超時(shí)時(shí)間內utrl()返回值的變化來(lái)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(wǎng)絡(luò )(開(kāi)機后模塊自動(dòng)完成)后，進(jìn)入GPRS初始化進(jìn)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(yè)}}

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

◆ 調用atdst()關(guān)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(jìn)入IP連接進(jìn)程。

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

　　->執行TCP連接： tcpc(ScNm,Port,IP)。連接成功后，即可透明傳輸TCP數據。同時(shí)不停查詢(xún)TCP連接狀態(tài)字節和IP異常標志位時(shí)，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(shí)，Log()進(jìn)程將調用ipc(ScNm)關(guān)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(guān)閉或斷開(kāi)偵聽(tīng)后重新打開(kāi)）或數據傳輸過(guò)程中發(fā)生異步時(shí)序錯誤時(shí)自動(dòng)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(jìn)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(shí)，腳本將自動(dòng)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(shí)際運用中需注意的問(wèn)題及解決辦法

① 若GPRS模塊在線(xiàn)、長(cháng)時(shí)間無(wú)數據傳輸時(shí)，可能被GPRS網(wǎng)絡(luò )踢掉，大多GPRS模塊都不能在短時(shí)間內檢測到。同樣，GR64也會(huì )發(fā)生實(shí)際連接已斷，但TCP狀態(tài)字節仍為已連接的情況。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)字節為斷開(kāi)（此時(shí)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(lèi)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(cháng)時(shí)間不能建立連接時(shí)（例如主站偵聽(tīng)不開(kāi)），調用ipc(ScNm)關(guān)閉IP可能發(fā)生不響應的情況，腳本中設定連續5次關(guān)閉IP失敗，模塊將調用rst()自動(dòng)軟件重啟。

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

結語(yǔ)

　　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(wú)線(xiàn)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(jìn)行網(wǎng)絡(luò )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(jìn)行配置和更改，掉電不會(huì )丟失；TCP/UDP/SMS三種通信方式可滿(mǎn)足大多數情況下網(wǎng)絡(luò )數據通信的需要，并為網(wǎng)絡(luò )不通時(shí)預留了短信通道，以便在網(wǎng)絡(luò )故障和維護期間上報重要事件，或告警重要人員；實(shí)時(shí)在線(xiàn)/短信激活/振鈴激活3種工作方式可靈活切換，有利于實(shí)際應用中節省流量，有效控制運行費用；內部腳本方式直接使用GR64對外開(kāi)放的CPU和功能庫，簡(jiǎn)化硬件和軟件開(kāi)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、遠程控制系統中。

　　本文采用嵌入式腳本方式開(kāi)發(fā)GR64模塊，實(shí)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的靈活性和實(shí)用性。