嵌入式ARM處理器在M2M終端總體設計中的應用

　　PPP協商態：GPRS參數設置完成后，通過發送AT*99***1#命令開始MC35i模塊與GPRS網絡ISP(網絡服務提供商)的PPP協商軟件設計中采用LCPHandler()函數完成LCP協商，PAPHandler()完成認證，由IPCPHandler()完成IPCP協商，如果最后獲得ISP和本節點的IP地址，則進入PPPOVER態，此后就能進行數據的傳輸了，由于GPRS網絡等原因，PPP協商有時會失敗，此時應重啟MC35i模塊，再按照狀態機流程重新連接。

　　UDP數據傳輸態：當程序采用UDP方式進行數據傳輸時，程序進入此狀態，通過xDataTrsmtTask()任務進行數據的UDP／IP封裝和解析。

　　TCP數據傳輸態：當節點調用uip_cionnect()函數與監控中心建立連接后，程序進入TCP數據傳輸態，進行基于TCP的數據傳輸。

　　數據的封裝和傳輸

　　通過GPRS進行數據的傳輸需要經過Internet網絡進行中轉，因而傳輸的數據封裝必須進行TCP／IP協議。文中利用軟件進行了數據封裝，需要傳輸的數據經過傳輸層UDP協議頭封裝，然后是IP協議頭的封裝，最后進行PPP協議的封裝。

　　MC35i將接收到的數據透明地傳輸到Internet網絡中。通過Internet網絡路由器中轉，最終將數據傳輸到監控中心。接收端對接收到的數據按照相應的層次進行解析，從而確定數據的目標程序。

　　系統軟件設計采用分層的結構，從底到上分別為：串口驅動層(物理層)、PPP協議層(鏈路層)、IP協議層(網絡層)、UDP協議和ICMP層(傳輸層)以及應用層。在移植好的LwIP協議棧中，通過在各層中建立相應功能的線程，實現數據的封裝。底層軟件為上層軟件提供函數支持，上層軟件利用底層軟件完成應用程序的編寫和實現。軟件采用自底向上的設計方法逐步實現系統中各個函數的功能，各部分函數實現均采用模塊化的設計方法。每個任務對應一個模塊

　　對每個任務單獨進行設計后，最終由FreeRTOS操作系統統一管理，通過采用信號量和郵箱的方式實現多個任務之間的通信，軟件各部分主要函數之間的關系如圖3所示。

　　在MC35SerialISR()中將接收的數據存放到xQRxChars隊列中后，發送SemMC35Rx信號量來激活PPPRxTask()任務，通過對接收數據的解析，確定數據包的類型，然后由相應的函數對接收數據進行處理。

　　如果接收的數據是應用程序的數據，將由IPRx()函數判斷目標主機是否正確，再經過傳輸層解析數據從而判定對數據處理的應用程序。最后由應用程序解析數據并執行相應的功能，如將數據通過串口發送到主機、向數據采集系統發送控制命令、接收數據采集系統的數據并發送等。當接收隊列中所有數據均處理完畢后，延時250ms如果還沒有接收到數據，則任務通過等待信號量SemMC35Rx將自己掛起。數據的發送過程是一個相反的過程。

　　應用程序根據需要的功能建立UDPTxTask()或ICMPTxTask()任務，并將數據發送到xAPPTxQ隊列中。相應的任務再調用IPTx()和PPPTx()函數進行數據的封裝并將數據發送到XqTxChar隊列中，從而喚醒MC35SerialISR()中斷程序將數據通過串口發送到MC35i中進行傳輸。為提高系統的實時性，本文中FreeRTOS采用可剝奪內核方式進行調度。采用FreeRTOS操作系統對任務進行管理簡化了軟件的編寫難度，同時提高了程序的可讀性和可移植性。

　　總結

　　基于GPRS M2M產品的無線數據傳輸以及遠程監控系統是目前國內外研究的熱點。本文采用完全免費的操作系統和TCP／IP協議棧給出的系統設計方案具備成本低、性能好、可升級等優點，為遠程監控系統相關領域的數據傳輸提供了一個可行的設計方案。