??? 摘 要：介紹了基于GPRS的無線數據終端的總體結構，闡述了采用S3C2410作為微控制器的硬件平臺設計方案,移植了Linux操作系統，最后對應用程序的設計進行了介紹。運行結果表明，數據終端工作穩(wěn)定，數據傳輸安全可靠，有實際參考價值。
??? 關鍵詞：GPRS；S3C2410；Linux
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??? 無線通信技術的飛速發(fā)展，促進了無線通信技術在工業(yè)監(jiān)視、控制、檢測中的應用。無線通信包括短距離無線通信和無線移動通信。其中短距離無線通信的通信距離一般在幾十米，而無線移動通信則沒有距離限制，只要在移動網絡的覆蓋范圍之內都可以。目前的移動網絡主要有GPRS/GSM和CDMA 2種，雖然CDMA網絡采用的是碼分多址技術，在理論上比GPRS更為先進，但考慮到信號覆蓋范圍和成本等因素，在許多實際工業(yè)應用中，仍然選擇了GPRS網絡[1]。數據終端是一種通過GPRS接入Internet的設備，它為客戶提供穩(wěn)定、高速、永遠在線、成本低廉的數據傳輸通道，因此廣泛應用于各種遠程數據傳輸與監(jiān)控系統。
??? 控制領域中，傳統無線數據終端一般采用單片機與GPRS模塊的系統結構，受硬件運算能力的限制，其整體功能較弱，尤其是在網絡協議的開發(fā)與支持上都有相當的難度。而近年來，以ARM為代表的嵌入式32位微處理器技術得到了飛速發(fā)展，無論是在功耗還是在硬件成本上，許多高性能的ARM芯片已經與單片機相差無幾，因此在許多工業(yè)應用中，使用ARM芯片取代傳統的8/16位單片機已經是一個非常經濟、理想的選擇。本文以ARM和GPRS模塊的系統架構取代傳統的無線數據終端設計方案。
1 系統硬件設計
??? 采用三星公司的S3C2410為控制器，和西門子的GPRS模塊MC39I組成的系統架構取代傳統的無線數據終端設計方案，不僅可以利用ARM芯片豐富的片內、片外資源簡化系統硬件結構，而且可以通過移植Linux等嵌入式操作系統來利用其豐富的協議接口[2]，減小實際應用的開發(fā)難度，便于向高端系統應用升級。系統結構如圖1所示。
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??? 系統通過GPRS模塊連接到GSM/GPRS網絡，實現數據的無線傳輸；且通過UART接口和S3C2410連接，實現與S3C2410的通信并接受S3C2410的控制，圖中的其他功能模塊實現系統所需的基本功能。
??? 本文設計的無線數據終端選用S3C2410處理器作為系統的核心處理單元，外接GPRS模塊，作為整個系統的硬件平臺。S3C2410是三星公司的一款基于ARM920T核的32位微處理器。主頻最高可達266 MHz，在本系統中工作于200 MHz。
??? GPRS模塊采用西門子的MC39I模塊，它支持900/1 800 MHz的雙頻，通過一個40針對接口與外接連接，包括電源接口、SIM卡接口、音頻接口、串口接口和其他的一些控制接口[3]。
1.1 電源部分
??? MC39I在突發(fā)傳輸過程中電流高達2 A，當天線不匹配時電流可能更大，并且要保證在大電流的情況下，電壓VBATT+不能低于3.3 V，當低于3.3 V時MC39I自動關閉。
??? 基于上述考慮，采用了開關電源芯片。當負載電流在0～3V之間時，可以確保輸出電壓不超過150 mV。電源部分原理圖如圖2所示。
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1.2 S3C2410和MC39I的通信接口設計
??? S3C2410和MC39I通過標準的RS-232串行接口進行通信，用戶可以使用AT指令通過串口對MC39I進行操作。S3C2410和MC39I的通信連接如圖3所示。
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??? 當S3C2410與MC39I模塊通信時，可以只使用TXD、RXD引腳。但是若要通過模塊上網，則應該盡量使用全部的串口信號線引腳，包括TXD、RXD、RTS、CTS、DTR、DSR、DCD、RING。另外，可以將MC39I的RI信號線與S3C2410的中斷引腳相連，表示來電呼入[4]。
1.3 SIM卡接口設計
??? 在40針的接口中有6個接口是SIM卡接口：CCVCC為SIM卡提供電源；CCRST為SIM卡復位引腳；CCLK為SIM卡時鐘信號線；CCGDN為地線；CCIN，利用此信號線，MC39I可以檢測SIM的一些狀態(tài)，比如SIM卡是否在SIM卡座之中；CCIO為I/O串行數據線。這6個接口可以直接與SIM卡座相連，另外，在CCVCC和CCGND處都使用一個100 pF的電容，并且盡量靠近引腳，在布線時采用低阻抗走線。MC39I與SIM卡的接口如圖4所示。
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1.4 其他信號線
??? IGT觸發(fā)引腳在下降沿時觸發(fā)MC39I，低電平需保持100 ms以上。利用S3C2410的GPIO口產生大于100 ms的低電平。
引腳當低電平時間大于3.2 s時將關閉MC39I。同樣可以利用S3C2410的GPIO口產生大于3.2 s的低電平。SYNC引腳用來控制一個LED燈，LED燈的狀態(tài)反映系統當前的狀態(tài)。
2? 系統軟件設計
??? 系統的軟件設計包括2部分：操作系統的移植和應用程序的設計。
2.1 Linux的移植
??? Linux內核采用模塊化設計，具有良好的可移植性和可定制性，因此成為一種主流的嵌入式操作系統。Linux 2.6.10以后，Samsung S3C2410已經成為Linux的一個標準支持平臺，不需要任何patch就可以在S3C2410的目標板上運行得很好。所以在系統中移植了Linux2.6.11版本。主要包括3項工作：(1)修改makefile文件，將ARCH設置為arm，CROSS_COMPILE設置為arm-Linux-；(2)進行Flash分區(qū)的設置；(3)進行Linux內核的配置，去掉一些系統不再需要的模塊，使內核映像減小到最小，使系統更加穩(wěn)定。另外，無線數據終端中采用了U-boot-1.1.4作為bootloader。最后，為了能夠保存一些重要的數據，增加了YAFFS2文件系統，專門針對nandflash做了優(yōu)化，可以充分利用nandflash的特點。
2.2 應用程序設計
??? 系統應用程序是通過ARM模塊對MC39I模塊的控制實現快速的短信收發(fā)，ARM模塊通過串口并使用AT指令來對MC39I模塊進行控制[5]。例如，通過串口向MC39I寫入AT+CMGS=“5955176621”
??? 主函數main.c主要完成GPRS模塊的初始化(包括設置短信中心號碼、采用AT+CMEE=1來設置MC39I返回詳細的錯誤信息、采用AT+CNMI=2，2，0，0，1來選擇新消息的提示方式、采用AT+CMGF=1來設置消息為TEXT格式等)、串口的初始化(包括打開串口、設置串口的波特率、奇偶校驗等)，然后等待輸入命令(是發(fā)送短信還是接收短信，比如接收到的命令是發(fā)送短信時將發(fā)送文件中的內容發(fā)送出去，接收到的命令是接收短信時再根據接收到的短信內容進行相應的操作)。主函數的流程如圖5所示。
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??? SendSMS.c主要用于發(fā)送文件內容。先打開串口；然后保存已經打開串口的各種屬性值，設置ARM和MC39I模塊通信時采用的各種串口屬性值；以只讀方式打開需要發(fā)送的文件，將文件內容讀取到緩沖區(qū)；然后通過AT+CMGF=1設置消息為文本格式，通過AT+CMGS將文件內容發(fā)送到指定的手機中，在使用AT指令的過程中，要注意分析返回信息來判斷發(fā)送是否成功。短信發(fā)送流程如圖6所示。
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??? ReceiveSMS.c主要完成短信的接收并且將接收到的內容寫入文件中。與發(fā)送短信相同，先打開串口；然后保存已經打開串口的各種屬性值，設置ARM和MC39I模塊通信時采用的各種串口屬性值；采用AT+CNMI=2，1，0，0，0將接收到的短信存儲到SIM卡中；再采用AT+CMGR從SIM卡中讀取短信內容到緩沖區(qū)；最后以讀寫方式打開文件并將短信內容寫入文件。短信接收到流程如圖7所示。
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??? 通過實驗，無線數據終端與平時所用的手機能夠進行很好的短信通信。作為實驗通過手機對無線數據終端上的LED燈進行控制，為遠程的無線控制打下了基礎。同時，基于GPRS/GSM網絡的無線數據終端采用ARM和Linux作為平臺，使應用程序的設計和升級會比較容易一些。例如MC39I沒有帶TCP/IP協議，所以在以后的升級中可以使用Linux中的TCP/IP協議，從而很方便地實現GPRS的無線上網。
參考文獻
[1]?BATES R J.通用分組無線業(yè)務(GPRS)技術與應用 [M].朱洪波，譯.北京：人民郵電出版社，2004.
[2]?劉淼.嵌入式系統接口設計與Linux 驅動程序開發(fā)[M].北京：北京航空航天大學出版，2006.
[3]?MC39I Hardware Interface Description[Z] .Siemens mobile，2003.
[4]?管耀武，楊宗德.ARM嵌入式無線通信系統開發(fā)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.
[5]?MC39I AT Command Set[Z] .Siemens mobile，2003.