0 引言

　　車載移動終端包括國標(biāo)中規(guī)定的汽車行駛記錄儀、交通運輸行業(yè)中規(guī)定的車載視頻終端等裝在車上的車機系統(tǒng)。由于車載平臺的業(yè)務(wù)多樣化，導(dǎo)致車載終端的硬件類型也不同，比如車載終端上使用的無線通信模塊，同一款終端上，因為需求的不同，就得使用不同類型無線通信模塊；例如使用不同的運營商、不同網(wǎng)絡(luò)類型[1]。所以車載終端針對不同的無線通信模塊就要做出相應(yīng)的調(diào)整，包括硬件接口、軟件程序都要做針對性的設(shè)計。這樣就導(dǎo)致了產(chǎn)品種類多樣，代碼版本繁多，而且不同的產(chǎn)品還得對應(yīng)不同的代碼。這樣不僅導(dǎo)致很多代碼的重復(fù)和冗余，而且每次編譯耗費時間和精力，增加了人工成本，且出廠前需要針對不同型號的無線通信模塊進(jìn)行檢測，也容易造成編譯問題，甚至造成產(chǎn)品無法使用等問題。

　　針對該問題，本文提出了一種基于Linux的車載移動終端自適應(yīng)無線通信模塊的方法，該方法從硬件和軟件上分別進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，使得車載移動終端可自動識別當(dāng)前使用的是哪種型號的無線通信模塊(移動、聯(lián)通，3G、4G)，識別到無線通信模塊后，調(diào)用相對應(yīng)的模塊函數(shù)對該無線通信模塊進(jìn)行初始化，并開始進(jìn)入正常的工作模式。

1 硬件設(shè)計

　　1.1 硬件接口設(shè)計

　　由于不同無線通信模塊的引腳設(shè)計不同[2]，為了使一臺車載終端能夠同時兼容使用不同的無線通信模塊，必須把兩者分開設(shè)計后再通過統(tǒng)一接口對接。車載終端方面設(shè)計了一個固定的插槽，插槽上插的是一個叫作“轉(zhuǎn)接板”的硬件小板，無線通信模塊直接與轉(zhuǎn)接板整合在一起，轉(zhuǎn)接板內(nèi)部的設(shè)計根據(jù)不同的無線通信模塊作出相應(yīng)的變動，對外提供統(tǒng)一固定的引腳，以便與車載終端的插槽對接。這樣車載終端只需要提供一種硬件插槽，通過轉(zhuǎn)接板就可以與不同的無線通信模塊對接[3]。不同的無線通信模塊對應(yīng)不同的轉(zhuǎn)接板，轉(zhuǎn)接板對外提供的引腳如圖1所示。

　　通過這樣一種對接設(shè)計，就可以使車載終端實現(xiàn)在硬件上與不同的無線通信模塊建立連接。當(dāng)同一款車載終端需要使用不同的無線通信模塊時，直接換成對應(yīng)的無線通信模塊轉(zhuǎn)接板即可。

　　1.2 模塊時序控制

　　通過上述統(tǒng)一硬件接口設(shè)計后，車載終端就可以直接通過轉(zhuǎn)接板的“GSM_VCC”、“GSM_GND”、“POWERON”等引腳來控制無線通信模塊上下電。對無線通信模塊上下電需要特定的時序，不同的無線模塊上下電時序也不同[2]，圖2為某電信無線通信模塊的上電時序圖，圖3為某聯(lián)通模塊的上電時序圖。

　　由于車載移動終端需要兼容使用各種不同的無線通信模塊，并且在車載終端上電時無法知道當(dāng)前使用的是那種無線通信模塊，也就不能確定要用那種上電時序給通信模塊上電。為此，本文在綜合分析各種模塊的專用上電時序后，設(shè)計出了一種通用的上電時序，該時序可以對接入車載移動終端的多種無線通信模塊上電，如圖4。該通用時序是取自各無線通信模塊各自時序的共性點，比如在上電時序中，都必須把VBAT拉高，這個是供電腳；然后再拉低、拉高POWER ON引腳來完成上電。不同的POWER ON引腳拉低的持續(xù)時間不同，不過這個持續(xù)時間是有一個范圍的，如圖3中的電信模塊最少需要64 ms，圖4中聯(lián)通模塊最少需要30 ms。因此在通用時序中的POWER ON引腳的拉低時間只要大于所有的無線通信模塊各自的拉低時間即可，即：通用時序POWER ON拉低時間>MAX(無線通信模塊各自的POWER ON拉低時間)。

　　已測試可以使用通用時序上電的無線通信模塊列表如表1所示。

　　通過該時序，車載移動終端就可以在不知當(dāng)前是哪種無線通信模塊的情況下給通信模塊上電，為接來下的模塊識別工作奠定基礎(chǔ)。

2 軟件設(shè)計

　　2.1 識別無線通信模塊

　　成功給無線通信模塊上電后，就必須進(jìn)行模塊識別，模塊識別是根據(jù)模塊本身的特征屬性來實現(xiàn)的。本文使用了識別PID/VID加AT指令通信的組合方式來識別無線通信模塊類型。

　　3G、4G無線通信模塊是使用USB口來進(jìn)行通信，因而可以看做是一個USB設(shè)備，而根據(jù)USB規(guī)范的規(guī)定，每個USB設(shè)備都必須有產(chǎn)商ID（VID）和產(chǎn)品ID（PID），而且都應(yīng)該是唯一的。并且該PID/VID會在車載移動終端給無線通信模塊上電后，注冊到車載終端的Linux系統(tǒng)總線上，因此可以通過查找并匹配系統(tǒng)總線上的PID/VID來識別當(dāng)前無線通信模塊的型號[4]。由于各種原因，一個廠商的不同型號的產(chǎn)品往往只使用一組PID/VID，因此如果一組PID/VID對應(yīng)了多種無線通信模塊，就必須再通過AT指令通信的方式來進(jìn)一步識別。這里的AT指令是通過USB口來進(jìn)行通信的。

　　2G無線通信模塊不是使用USB口來進(jìn)行通信的，而是使用串口來通信，因此不能通過PID/VID來進(jìn)行識別，只能通過串口的AT通信才能識別。AT通信的主要目的是直接獲取模塊的版本類型。識別無線通信模塊的具體步驟如下所示：

　　(1)設(shè)計一種通用的上電時序，在車載移動終端系統(tǒng)啟動后，終端就通過該時序?qū)o線通信模塊進(jìn)行上電，上電后，無線通信模塊就會接入終端系統(tǒng)中。

　　(2)判斷是否能夠從Linux系統(tǒng)總線獲取到無線通信模塊的PID/VID，若可以，則提取無線通信模塊的PID/VID，并且查找預(yù)設(shè)對應(yīng)文件，獲取當(dāng)前PID/VID對應(yīng)的無線通信模塊型號。其中預(yù)設(shè)對應(yīng)文件是一個前期就擬定好的對應(yīng)表，列出目前在用的所有無線通信模塊型號和其對應(yīng)的PID/VID，不同的PID/VID對應(yīng)著各自的模塊，這樣方便查找和增加模塊，部分預(yù)設(shè)對應(yīng)文件如表2所示。接著判斷當(dāng)前PID/VID是否僅對應(yīng)一個無線通信模塊，如果是，則獲取無線通信模塊型號后，以面向?qū)ο笾卸鄳B(tài)的方法調(diào)用該無線通信模塊對應(yīng)的初始化函數(shù)，進(jìn)行模塊初始化。如果當(dāng)前PID/VID不止對應(yīng)一個無線通信模塊，則打開USB通信口，車載終端系統(tǒng)通過USB通信口給無線通信模塊發(fā)送獲取版本類型的AT指令，獲取無線通信模塊的版本類型，然后再查找預(yù)設(shè)的對應(yīng)文件來獲取模塊型號，最后進(jìn)行模塊初始化。

　　(3)如果不能夠從Linux系統(tǒng)總線中獲取到無線通信模塊的PID/VID，則說明該模塊不是使用USB口來通信的，因此需要打開串口，車載終端系統(tǒng)通過串口給無線通信模塊直接發(fā)送獲取版本類型的AT指令，直接獲取無線通信模塊的版本類型，然后再查找預(yù)設(shè)的對應(yīng)文件來獲取模塊型號，最后進(jìn)行模塊初始化。

　　經(jīng)過上述步驟，基本就可以確認(rèn)當(dāng)前使用的無線通信模塊是那種型號。圖5是識別模塊的流程圖。

　　上述步驟中獲取PID/VID的方法是通過移植Linux的開源框架代碼lsusb模塊，通過裁剪分離出特定的功能后加以使用。打開串口或者USB口進(jìn)行AT查詢指令的發(fā)送這個步驟中，使用通用的AT指令“AT+CGMM”，無線通信模塊在接收到該指令后，會產(chǎn)生一條應(yīng)答指令，如“SIMCOM_SIM5218C OK”，這樣就可以通過應(yīng)答指令獲取到模塊相關(guān)信息[5]。

　　2.2 業(yè)務(wù)軟件框架設(shè)計

　　無線通信模塊的基本功能包括電話、短信、撥號上網(wǎng)等。 由于無線通信模塊的多樣性，為了使軟件設(shè)計一次、編譯一次就可以同時支持多種無線通信模塊，并且要求設(shè)計上通用、簡潔、可擴展性強、維護(hù)性高。因此使用了面向?qū)ο缶幊讨械亩鄳B(tài)的設(shè)計思想。多態(tài)性指的是相同對象收到不同的消息或者不同對象收到相同消息時產(chǎn)生不同的實現(xiàn)動作，使得不管傳遞過來的是哪個類的對象，函數(shù)都可以通過一個接口調(diào)用到不同的無線通信模塊所關(guān)聯(lián)的實現(xiàn)方法。

　　本文的軟件設(shè)計使用的是C++語言，C++支持兩種多態(tài)性：編譯時的多態(tài)性和運行時的多態(tài)性。編譯時的多態(tài)性是通過重載函數(shù)來實現(xiàn)，本文使用的是運行時的多態(tài)性，是通過虛函數(shù)來實現(xiàn)的[6]。無線通信模塊多態(tài)實現(xiàn)的流程如下：

　　(1)構(gòu)建無線通信模塊基類；

　　(2)構(gòu)建H330類、LC6311+類、SIM5218C類等特定類型的派生類；

　　(3)聲明無線通信模塊基類指針；

　　(4)獲取無線通信模塊類型；

　　(5)設(shè)定基類指針指向特定派生類；

　　(6)業(yè)務(wù)功能類中通過基類指針來實現(xiàn)各派生類的功能。

　　實現(xiàn)流程圖如圖6所示。其中基類中實現(xiàn)的是各種無線通信模塊都必須用到的而且基本都相同的功能，這些功能都是以虛函數(shù)定義的，在必要的情況下派生類可以以超載的形式實現(xiàn)各自個性化的需求。比如在基類中實現(xiàn)的一個撥號虛函數(shù)DialUp()里的內(nèi)容中使用的指令是“ATD”，這個“ATD”指令適用于多種無線通信模塊，而MC703無線通信模塊中使用的撥號指令為“AT+CDV”，因此在MC703通信模塊的派生類中就必須對DialUp()進(jìn)行超載。同時使用虛函數(shù)也是為了在繼承時實現(xiàn)運行時的多態(tài)性。

　　該類中還設(shè)計了一些純虛函數(shù)，純虛函數(shù)是指在基類中只聲明而沒有定義的虛函數(shù)，但要求任何派生類都要定義自己實現(xiàn)的方法。在基類中實現(xiàn)純虛函數(shù)的方法是在函數(shù)的原型后加“=0”（例virtual void FunCtion=0;）。這里使用純虛函數(shù)的主要目的是在各個派生類中規(guī)范出一個統(tǒng)一的框架結(jié)構(gòu)。

　　完成基類的設(shè)計，就可以通過繼承來實現(xiàn)各種派生類，派生類中主要是實現(xiàn)自己的個性化功能和新的功能，比如上電時序差異性、初始化設(shè)置的不同等。由于基類中都已經(jīng)定義好了函數(shù)接口，所以派生類中只需在基類的接口上進(jìn)行超載（重寫實現(xiàn)過程）。為了更好地使用，派生類使用了公有繼承的方式。

　　通過上述業(yè)務(wù)軟件框架的設(shè)計，就可以實現(xiàn)運行時的多態(tài)效果，在設(shè)計好的無線通信模塊范圍內(nèi)，無論目前使用的是哪種無線通信模塊，系統(tǒng)都能在運行時用與之相對應(yīng)的代碼函數(shù)來實現(xiàn)相應(yīng)的功能。還能提供快速添加一款新的無線通信模塊的功能， 即只需通過基類繼承出一個派生類，然后在派生類中實現(xiàn)自己的個性化需求即可。

3 總結(jié)

　　本文涉及了車載移動終端智能控制領(lǐng)域，具體介紹了車載移動終端自適應(yīng)無線通信模塊的方法。首先在硬件上設(shè)計了一款車載終端和不同通信模塊對接的轉(zhuǎn)接板，通過綜合分析各種模塊的專用上電時序后設(shè)計出了一種通用的上電時序，并通過無線通信模塊本身的PID/VID屬性加AT指令操作的方式進(jìn)行模塊識別，最后通過C++多態(tài)的思想，構(gòu)建基類，以基類繼承出各種不同無線通信模塊的派生類，實現(xiàn)運行時的多態(tài)功能。通過該方法成功實現(xiàn)了一臺車載移動終端自適應(yīng)多種無線通信模塊的功能，提高了效率，縮短了各種生產(chǎn)和維護(hù)的成本。

參考文獻(xiàn)

　　[1] 趙晗．現(xiàn)代無線通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢[J]．企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2011，30(16)：88-89．

　　[2] SIMCOM Tech.SIM6320C_hardware design_V1.00[Z].2012.

　　[3] 武明虎，劉曉靜，陳曉林．基于MC35i模塊的GSM移動通信終端的硬件設(shè)計[J]．計算機與數(shù)字工程，2010，38(2)：152-154．

　　[4] 劉泉承.基于S3C2440A嵌入式Linux系統(tǒng)USB驅(qū)動的研究與應(yīng)用[D]．南昌：江西科技師范大學(xué)，2012．

　　[5] SIMCOM Tech.SIMCOM_SIM5218_ATC_EN_V1.07[Z].2011.

　　[6] 譚浩強．C++程序設(shè)計(第二版)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011．