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用GPRS modem实现嵌入式Internet接入系统

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:运用ARM单片机LPC2104及西门子公司的GPRSmodem设计一种嵌入式Internet接入系统,并提供相应的硬件原理图和嵌入式操作系统移植方案。
  关键词:uc/OS-IIuIPGPRSTCP/IP嵌入式Internet
  
  引言
  
  随着GPRS技术在无线通信领域的发展,GPRSmodem作为GPRS在Internet的PC机终端已得到了广泛应用。相应的,在单片机系统中运用GPRSmodem实现Internet接入也已开始为人们所重视。GPRS可以发挥永远在线、快速登录、按流量计费等优势。如果无线传输的仅仅只是低速数据,用成本较高的PC机来控制则成本过高。本文采用在嵌入式实时操作系统uC/OS-II中移植一种小型TCP/IP协议栈uIP的方法,提供了一套运用ARMCPU及西门子公司的GPRSmodem(MC35)来实现Internet接入的系统设计方案。
  
  1GPRS接入Internet模型设计
  
  如图1所示,GPRS网络主要由在GSM基站中新增加的GPRS业务节点组成,并通过GPRS网关节点实现与Internet的互联。在本系统设计中,要与Internet交互信息的数据先通过GPRSmodem与当地GSM基站中的GPRS业务节点进行无线通信,并进入GPRS网络,然后通过GPRS网关与Internet进行数据交互。在本系统中,设计的关键有二:一是ARMCPU与GPRSmodem的连接,即数据端的串行数据经ARMCPU的串口发送到GPRSmodem上;二是在ARMCPU中嵌入实时操作系统uC/OS-II,然后在uC/OS-II中移植uIP,实现TCP/IP协议栈。
  
  图1
  
  2系统的分层考虑与协议转换
  
  图2简单示意了本系统的分层结构,把GPRS服务节点和网关节点等GPRS内部节点简化抽象为GPRS网络,把GPRS内部协议及Internet网关协议等简化抽象为GPRS网关协议。
  
  物理层:ARMCPU利用AT指令对GPRSmodem进行拨号。反馈应答后,一条物理通道即GPRS信道就在本系统中的GPRSmodem和Internet之间建立起来。
  
  数据链路层:PPP协议将原始的GPRS物理层连接改造成无差错的数据链路,系统将成本远程登录Internet,并得到GPRS网关分配的A类IP地址。
  
  网络层:采用IP协议作为网络层协议。IP协议将接入Internet的具有不同IP地址的终端都联系起来。经过IP路由选择,可以实现本系统与连在Internet上的任一IP终端进行数据交互。
  
  传输层:选择TCP作为传输层协议,为数据传输提供面向连接、可靠服务。
  
  3uC/OS-II与小型TCP/IP协议栈uIP
  
  uC/OS-II是由JeanJ.Labrosse编写的一种免费公开源代码的实时操作系统。作为一个操作系统内核,它没有提供通信软件库。UIP是由瑞士计算机科学院的AdamDunkels等开发的一种免费公开源代码的小型TCP/IP协议栈,全C编写,提供了网络通信所必须的协议,包括:ARP、SLIP、IP、UDP、ICMP(PINC)和TCP。本系统在ARMCPU中嵌入实时操作系统uC/OS-II,再移植uIP实现TCP/IP协议栈,从而获得一个功能完善的嵌入式IP终端。
  
  4硬件设计
  
  整个系统的硬件框架如图3所示。
  
  ARMCPU采用飞利浦公司的LPC2104,内核为基于ARM7TDMI-S的精简指令集的通用32位高速微处理器。工作电压为3.3V,内核工作电压仅为1.8V;内置PLL锁相环可以设置CPU工作频率达60MHz;双UART口,提供数据的异步串行发送和接收;片内16KBRAM和128KBFlash程序存储器,为嵌入式uC/OS-II操作系统和移植uIP协议栈提供了必要的空间。
  
  GPRSmodem选用Siemens公司的MC35。该模块提供了9针的标准RS232接口,通过MAX3232电平转换芯片和LPC2104的UART0口相连,进行全双工通信。MC35工作电压为12V,上电后由DTR上升沿跳变触发启动。本系统指定LPC2104的P0.13信号线经MAX3232电平转换后作为MC35的DTR。GSM

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