ARM处理器结合GPRS模块设计M2M终端的总体设计方案

M2M 是指应用无线移动通信技术，实现机器与机器、机器与人之间数据通信和交流的一系列技术及其组合的总称。 GPRS 具有覆盖地域广、通信距离远、网络可靠性高等优点。随着 GPRS 的推广和应用，以及基于 GPRS 的 M2M 产品的推出，采用 GPRS 技术来解决上述问题成为一种较好的方案。

嵌入式系统是当前国内外研究的热点之一。采用嵌入式系统技术设计一种可以解决远程监控领域数据传输问题的通用终端是必要的。本文重点阐述了基于嵌入式 ARM 处理器，结合 GPRS 模块 MC35i 设计 M2M 终端的总体设计方案。

系统硬件组成

M2M 终端的硬件核心为 GPRS 通信模块 MC35i 和 ARM 处理器 AT91SAM7S64 ，它们的接口设计如图 1 所示。 M2M 终端对外留有 2 个 RS232 串口。通过发送预先定义好的数字指令，可以实现 M2M 终端的启动、关闭等。当 M2M 终端与 Internet 建立连接后，只需把封装好的数据通过串口发送到 M2M 终端，由其完成向监控中心发送数据的功能。

GPRS 模块

GPRS 模块是实现 M2M 终端平台的核心部分，设计中采用西门子公司的 GPRS 通信模块 MC35i 。本模块包括 CPU 接口电路、 SIM 卡接口电路和 MC35i 外围电路。 MC35i 支持 GPRS 的四种编码协议 CS-1 、 CS-2 、 CS-3 和 CS-4 ，理论上最高传输速率可达 172kbps 。它具备完整的 GSM 和 GPRS 功能，可以广泛应用在相关的 M2M 数据传输平台上。 MC35i 提供了标准 AT 命令界面和一个 RS232 接口，用于与外部应用系统连接。

ARM 处理器

本数据传输平台处理器采用 ATMEL 公司生产的 32 位 ARM7TDMI 体系结构处理器 AT91SAM7S64 。该芯片采用 3.3V 电压进行供电，支持低功耗模式。它具有 64kB 的 FLASH 和 16kB 的 SRAM ，具备丰富的外围设备资源，其中包括 3 个 UART 通信串口和 1 个 USB2.0 全速设备，利用本芯片完成系统功能的同时可以实现系统的高性价比。 CPU 模块硬件电路包括：时钟电路、 JTAG 接口电路， RS232 接口电路等。

电源设计

系统采用 9V 电源进行供电。经过 TI 公司 LDO 降压芯片 UA7805 进行一次降压，使电压降至 5V 。 GPRS 模块 MC35i 要求的电源电压为 3.3V ～ 4.8V ，而且要求电源必须能够提供 2A 的尖峰电流，因此需要将 5V 电源通过一个 0.7V 压降的肖特基二极管 1N5819 后输入 MC35i ，同时需要接入耐压 25V 、 1000μF 的电解电容，以为 MC35i 提供足够的尖峰电流。将 5V 电源经过 TI 公司电源模块 REG1117-3.3 将电压降至 3.3V ，为微处理器及其他芯片提供电源。

嵌入式软件设计

采用嵌入式实时操作系统可以更合理、有效地利用 CPU 的资源，简化应用软件的设计，缩短系统开发时间，更好地保证系统的实时陛和可靠性。 FreeRTOS 是在 Sourceforge 网站上发布的微内核嵌入式实时操作系统，它是完全免费的操作系统，具有源码公开、可移植、可裁减、调度策略灵活的特点。作为一个轻量级的操作系统， FreeRTOS 提供的功能包括：任务管理、时间管理、信号量、消息队列、内存管理等。 FreeRTOS 支持优先级和轮换时间片两种调度算法，可根据用户需要设置为可剥夺型内核或不可剥夺型内核。本文基于 FreeRTOS 给出了 M2M 终端实现 PPP 协商以及数据封装传输的软件设计方案。

基于状态机设计 GPRS 连接任务

由于网络和信号较弱等原因，可能导致节点与 GPRS 网络连接的失败。采用基于状态机的结构设计方法对各个阶段产生的错误进行处理，能保障模块与 GPRS 网络建立可靠连接。程序状态机如图 2 所示。

空闲待命态：此时 MC35i 处在离线关闭状态，节点处在低功耗模式下，系统复位后处于此状态。