關鍵字：GPRS網絡 嵌入式系統
1系統硬件平臺設計與實現
1.1 終端硬件平臺總體介紹
本文的終端平臺的無線接入模塊采用西門子最新推出的 MC39i模塊，并以 32位基于ARM920T的微處理 S3C2410X為核心。按照功能分類，本文所實現的硬件平臺主要由微處理器單元、存儲器單元、串口通訊單元、USB接口單元、電源單元、GPRS通訊模塊單元以及JTAG接口單元組成，硬件總框圖如圖 1所示。
1.2 嵌入式微處理器單元
本文硬件平臺的 CPU采用的 Samsung的基于ARM920T內核的 S3C2410X微處理器，該微處理器是 Samsung公司為手持設備和一般類型應用提供一種低價格、低功耗、高性能小型微控制器的解決方案。S3C2410X采用了 0.18um工藝的 CMOS標準宏單元和存貯器單元。它的低功耗、精簡和出色的全靜態設計特別適用于對成本和功耗敏感的應用。
S3C2410X的顯著特性是它的 CPU核心，是一個由 Advanced RISC Machine(ARM)有限公司設計的 16/32位的高速緩沖體系結構。這一結構具有獨立的 16KB指令 Cache和 16KB數據 Cache，每個都是由 8字節長的行構成。通過提供一系列完整的系列外圍設備， S3C2410X大大減少了整個系統的成本，消除了為系統配置額外器件的需要。
1.3 GPRS模塊 MC39i
MC39i是西門子公司最近推出的新一代雙頻 GSM/GPRS通訊模塊的無鉛產品，它簡潔的封裝是很多應用系統中無線高速數據傳輸的理想解決方案，可以進行數據、語音、SMS和FAX各個方面的應用，且功耗低。它為用戶提供了永遠在線、高速度、更簡單的移動數據通信接入手段。MC39i具有豐富的 AT指令，功能強大，操作靈活方便，是繼 GPRS手機外有一種非常重要的 GPRS移動通信系統的終端設備。它的出現給 GPRS的發展注入了新的活力。
MC39i具有體積小、重量輕、功耗低等特點。MC39i的工作電壓為 3.3伏一 4.8伏，典型電壓為 4.2伏。最大工作電流為 2安。模塊可以工作在 EGSM900和 GSM1800兩個頻段。工作于 EGSM900時功耗為 2瓦，工作于 GSM1800時功耗為 1瓦。利用 AT指令進行控制，支持文本和 PDU模式的短消息、第三組的二類傳真。模塊常用的工作模式有省電模式、IDLE、TALK、數據等模式。通過獨特的 40腳的連接器(ZIF)實現電源連接、指令、數據、語音信號及控制信號的雙向傳輸。
MC39i模塊主要由 GSM基帶控制器、射頻模塊、供電模塊、閃存、ZIF連接器、射頻功率放大器、天線接口六部分組成。
1.4 存儲器單元設計
本系統的外部存儲器主要由非易失性存儲器 Flash和易失性存儲器 SDRAM構成，其中Flash用來存放需要固化的程序，如操作系統和 BootLoader等，掉電后不易丟失，而 SDRAM相當于 PC機的內存，用來運行系統和程序，掉電后易消失。
本終端的存儲系統包含 8MB Flash存儲器和 32M SDRAM。其中 8M的 Flash用來存放內部啟動代碼、Linux內核以及初始化的 ramdisk映像。剩余的存儲空間可存放用戶程序。本文采用的 Flash為 Intel公司的28F640J3A，BGA封裝。這塊芯片有 23根地址線，16根數據線，容量為8MB，128KB的可擦除塊;擦除塊之間相互獨立，每一塊的擦除操作可在 1s內完成，并可單獨被擦寫 100000次;支持8位及16位兩種數據寬度工作模式。在采用8位數據寬度模式時，有效地址線為AO-A22;采用 16位數據寬度模式時，有效地址線為Al-A22。在此我們采用 16位數據寬度模式。我們把 16位數據寬度的 Flash存儲器映射到 S3C2410X的 ROM Bank()。
2 基于GPRS的終端設計
目前硬件上的實現方案有兩種，二者各有優缺點，分別敘述如下: 方案1:使用 TCP/IP協議芯片。 此方案利用了硬件協議棧，由單片機調用指令控制芯片，其系統結構如圖 2所示。
本方案對處理器性能的要求相對不高，因為協議棧的工作交給 TCP/IP協議芯片去完成。 處理器通過調用協議棧接口函數可以較方便地連接上網，繼而再加上 GPRS通訊模塊就可以實現遠程無線傳輸。本設計方案的優點是開發時間短，硬件上是成熟的芯片，運行比較穩定。但是本方案的缺點是硬件體積會相應增大，成本也較大。 方案2:嵌入式操作系統。
此方案利用了包含完整 TCP/IP協議棧的嵌入式操作系統來控制整個系統的運行。由于引入了操作系統，因此本方案比較適合于系統資源豐富的高速 16/32位嵌入式系統使用。其系統結構示意圖如圖 3所示。
本設計方案不需要外加TCP/IP協議轉換芯片，所以硬件體積小，成本少。但是開發時間長，需要做大規模的軟件上的工作(比如操作系統的嵌入、TCP/IP協議棧、PPP協議的處理等都需要在一個處理器中完成)，對開發者要求很高。另外還要做大量的測試。 基于以上兩種方案，GPRS終端相當于Modem，用于連接設備和Internet網絡。利用GPRS網絡與分組數據網絡互聯互通的特性，實現了將設備接入最大的PDN網絡Internet。設備與GPRS終端之間采用串行接口通訊，在GPRS終端連接上網絡后，設備即可以通過其來實現與Internet上的主機進行數據通訊，GPRS終端透明收發數據。這種實現方法類似于使用家用PC做代理接入的方式，只是這里采用了無線方式，網關改為GPRS終端。
3 系統軟件設計
基于GSM/GPRS的無線數據傳輸模塊設計的目的是為無線網絡通信應用提供一個簡單實用的平臺，須在模塊內嵌TCP/IP協議棧，實現了數據在用戶終端和服務器之間的透明傳輸，使用戶可以方便地應用，實現遠程的無線數據傳輸。無線數據傳輸模塊的軟件結構框圖如圖4所示。
本系統中ETR186底層的硬件驅動已由英創公司做好并提供了豐富的接口，其中COM2口提供給MC35i通信使用，并提供相關例程演示通過COM2如何和無線模塊進行通信。因此該系統軟件部分主要是需要實現PPP協議、IP協議及TCP/UDP協議，并為應用程序提供一個簡單易用的接口。在此重點介紹TCP/UDP協議。
3.1 TCP/IP協議介紹TCP/IP協議集是當今使用最廣泛的Internet體系結構，根據相關協議標準，可把TCP/IP
協議集劃分為四個相對獨立的層次:網絡接口層、網絡層、傳輸層和應用層。
網絡接口層負責與物理網絡的連接，支持現有網絡的各種接入標準，如.X25分組交換網、DDN、ATM網、以太網(Ethernet)、PPP(Point-to-Point Protocol，點到點協議)、SLIP等。在本系統中將使用 PPP協議。
網絡層即 IP層，它主要完成的功能是:從底層來的數據包要由它來選擇繼續傳給其他網絡結點或是直接交給傳輸層;對從傳輸層來的數據包，要負責按照數據分組的格式填充報頭，選擇發送路徑，并交由相應的線路發送出去。
傳輸層提供端到端應用進程之間的通信，其對高層屏蔽了底層網絡的實現細節，同時它真正實現了源主機到目的主機的端到端的通信。傳輸層傳送的數據單位是報文。
在應用層用戶通過API(應用進程接口)調用應用程序來運用因特網提供的多種服務。應用程序負責收發數據，并選擇傳輸層提供的服務類型，按傳輸要求的格式遞交。
3.2 系統初始化
為了能利用 TCP/PI協議進行數據傳輸，必須對系統的硬件和軟件進行初始化。圖 5為系統初始化部分的流程圖。
(1)系統軟件在開始時首先需要通過檢查 0x90端口的輸入電平是否為高來判斷 MC35i模塊是否正常上電。若未能正常上電，軟件將通過 0x90端口的輸出使 MC35i模塊上電。
(2)MC35i模塊上電后，軟件將在內存中開辟一個緩存區做為包括PPP、IP、TCP、UDP等協議的數據緩存區，做為該緩存區內數據存放方式采用雙向鏈表的方式。
(3)為了 TCP協議實現中能夠進行超時檢測，軟件利用 R8822CPU模塊的內部定時器安裝一個 20ms的時鐘中斷。
(4)ETR186通過其串口 COM2和 MC35i模塊連接，軟件通過安裝串口中斷進行和 MC35i模塊的數據傳輸。
(5)完成上述操作后，系統就可以利用 AT命令登錄 GPRS網絡。不成功就進行重試，超過重試次數后出錯報告。
(6)最后進行 PPP鏈路的連接。
4 小結:
本文作者創新點是將嵌入式Linux系統技術與 GPRS無線通信網絡有機的結合在一起。平臺采用無線模塊MC39i，結合終端的嵌入式硬件結構和軟件環境，為終端上實現無線應用提供了一個可行的實現途徑。經實驗驗證，該終端平臺能有效的將采集到的數據通過GPRS網絡，傳輸至遠程服務器中心主機，也能接受服務器中心主機發送的命令，再根據命令的內容進行相應的操作，達到實現無線數據傳輸。