ARM处理器结合GPRS模块设计M2M终端的总体设计方案

GPRS 参数设置态：处理器控制启动 MC35i 模块后进入此状态，通过发送 AT 命令对模块及必要的网络参数进行设置，为使各个参数均设置成功，软件设计中增加了容错重试机制。

PPP 协商态： GPRS 参数设置完成后，通过发送 AT*99***1#CR> 命令开始 MC35i 模块与 GPRS 网络 ISP( 网络服务提供商 ) 的 PPP 协商。软件设计中采用 LCPHandler() 函数完成 LCP 协商， PAPHandler() 完成认证，由 IPCPHandler() 完成 IPCP 协商，如果最后获得 ISP 和本节点的 IP 地址，则进入 PPPOVER 态，此后就能进行数据的传输了。由于 GPRS 网络等原因， PPP 协商有时会失败，此时应重启 MC35i 模块，再按照状态机流程重新连接。

UDP 数据传输态：当程序采用 UDP 方式进行数据传输时，程序进入此状态。通过 xDataTrsmtTask() 任务进行数据的 UDP ／ IP 封装和解析。

TCP 数据传输态：当节点调用 uip_cionnect() 函数与监控中心建立连接后，程序进入 TCP 数据传输态，进行基于 TCP 的数据传输。

数据的封装和传输

通过 GPRS 进行数据的传输需要经过 Internet 网络进行中转，因而传输的数据封装必须进行 TCP ／ IP 协议。文中利用软件进行了数据封装。需要传输的数据经过传输层 UDP 协议头封装，然后是 IP 协议头的封装，最后进行 PPP 协议的封装。经过封装传输到 MC35i 的数据格式如表 1 所示。

MC35i 将接收到的数据透明地传输到 Internet 网络中。通过 Internet 网络路由器中转，最终将数据传输到监控中心。接收端对接收到的数据按照相应的层次进行解析，从而确定数据的目标程序。

系统软件设计采用分层的结构，从底到上分别为：串口驱动层 ( 物理层 ) 、 PPP 协议层 ( 链路层 ) 、 IP 协议层 ( 网络层 ) 、 UDP 协议和 ICMP 层 ( 传输层 ) 以及应用层。在移植好的 LwIP 协议栈中，通过在各层中建立相应功能的线程，实现数据的封装。底层软件为上层软件提供函数支持，上层软件利用底层软件完成应用程序的编写和实现。软件采用自底向上的设计方法逐步实现系统中各个函数的功能，各部分函数实现均采用模块化的设计方法。每个任务对应一个模块。对每个任务单独进行设计后，最终由 FreeRTOS 操作系统统一管理，通过采用信号量和邮箱的方式实现多个任务之间的通信，软件各部分主要函数之间的关系如图 3 所示。

在 MC35SerialISR() 中将接收的数据存放到 xQRxChars 队列中后，发送 SemMC35Rx 信号量来激活 PPPRxTask() 任务，通过对接收数据的解析，确定数据包的类型，然后由相应的函数对接收数据进行处理。

如果接收的数据是应用程序的数据，将由 IPRx() 函数判断目标主机是否正确，再经过传输层解析数据从而判定对数据处理的应用程序。最后由应用程序解析数据并执行相应的功能，如将数据通过串口发送到主机、向数据采集系统发送控制命令、接收数据采集系统的数据并发送等。当接收队列中所有数据均处理完毕后，延时 250ms 如果还没有接收到数据，则任务通过等待信号量 SemMC35Rx 将自己挂起。数据的发送过程是一个相反的过程。应用程序根据需要的功能建立 UDPTxTask() 或 ICMPTxTask() 任务，并将数据发送到 xAPPTxQ 队列中。相应的任务再调用 IPTx() 和 PPPTx() 函数进行数据的封装并将数据发送到 XqTxChar 队列中，从而唤醒 MC35SerialISR() 中断程序将数据通过串口发送到 MC35i 中进行传输。为提高系统的实时性，本文中 FreeRTOS 采用可剥夺内核方式进行调度。采用 FreeRTOS 操作系统对任务进行管理简化了软件的编写难度，同时提高了程序的可读性和可移植性。

结语

基于 GPRS M2M 产品的无线数据传输以及远程监控系统是目前国内外研究的热点。本文采用完全免费的操作系统和 TCP ／ IP 协议栈给出的系统设计方案具备成本低、性能好、可升级等优点，为远程监控系统相关领域的数据传输提供了一个可行的设计方案。