一種基于GPRS/CDMA 1X的無線路由器

摘要： 本文介紹了一種基于GPRS/CDMA 1X的無線路由器設備的組成結構，給出了硬件、軟件的設計方案。
關鍵詞：  GPRS；CDMA 1X；mClinux；移動互聯網；無線路由器

2008年4月29日收到本文。游向東：高級工程師，研究方向為移動數據通信應用及終端。

引言

　　無線路由器是一款基于GPRS/CDMA 1X公用移動網絡平臺，通過無線接入Internet或VPDN的網絡設備。它能提供可移動的、低成本的基于TCP/IP的數據傳輸通道。

　　無線路由器可廣泛應用于金融、保險、電力、監控、交通、氣象、水文監測等行業。利用穩定的GPRS/CDMA 1X無線網絡，無線路由器可以代替部分有線以太網路由器、HUB、有線MODEM，實現數據的無線傳輸。在公用移動網絡覆蓋的條件下，原先采用以太網接口，依靠有線以太網通信系統的各種終端設備，如PC機、工控機、ATM機、POS機、網絡攝像機等，都可以很方便地通過無線路由器接入到GPRS/CDMA 1X網絡中，利用移動互聯網提供的數據服務來進行數據通信。

圖1  模擬器工作原理示意圖

　　與傳統有線網絡接入相比，無線路由器設備具有以下優點：

　　·不受線纜的約束，能迅速提供無線TCP/IP服務。
　　·具有移動性，可以安裝在輪船、火車、汽車等移動載體上。
　　·靈活可變，根據需要隨時增減設備。

無線路由器硬件設計

　　無線路由器由無線通信模塊、以太網接口、嵌入式處理器及存儲器、電源模塊等四部分組成，如圖1所示，它一端通過無線通信模塊經天線接入GPRS/CDMA 1X網絡，另一端通過以太網接口連接網絡終端設備，如PC、網絡攝像機、多媒體終端等，無線路由器相當于在網絡終端設備和互聯網之間搭起了一座橋梁。無線通信模塊部分完成接入GPRS/CDMA 1X網絡的工作，相當于一部可以撥號上網的移動調制解調器。

　　無線路由器通過無線通信模塊連接GPRS或CDMA 1X移動互聯網絡，通過以太網接口連接內部網絡設備或者內部局域網。無線路由器具備網絡路由功能，能夠在兩個網絡之間轉發數據。各種終端設備發出的數據通過以太網口被處理器接收，處理器對數據進行相應處理后再通過串行口1發送給無線通信模塊，由它轉發到GPRS或CDMA網絡中。同理，從無線網絡來的反向數據經過相反的路徑最終送回網絡終端設備。

　　無線路由器硬件包括嵌入式處理器、存儲器、無線通信模塊、接口和電源等幾部分，如圖2所示。

圖2  無線路由器硬件設計框圖

　　處理器
　　無線路由器的嵌入式處理器采用ARM處理器S3C4510B，內核為ARM7TDMI，主頻為50MHz，它提供2個UART串行口、1個I2C總線控制器、1個實時時鐘和1個10/100Mbps以太網控制器。

　　存儲器
　　FLASH存儲器為1片1M×16位數據寬度的HY29LV160，它的容量為16M位(2M字節)，工作電壓為2.7V~3.6V。

　　SDRAM存儲器為1片16位數據寬度的HY57V641620，它的容量為4組×16M位(8M字節)，工作電壓為3.3V。

　　I2C存儲器為1片AT24C01，它提供了128字節的EEPROM存儲空間，可用于存放少量在系統掉電時需要保存的數據。

　　無線通信模塊
　　采用Wavecom公司生產的GPRS模塊Q2406B或CDMA 1X模塊Q2358C，嵌入式處理器通過串行口1與無線通信模塊的相連，模塊通過外接天線與公用移動網絡的蜂窩小區基站通信，收發無線數據。

　　對外接口
　　路由器對外有三個接口：一個SMA座的天線接口，50Ω阻抗；一個RJ45座的10M以太網口接口，連接各種網絡終端設備；一個DB9座的RS232串行口，既可以配置成控制臺接口，用來設置參數和設備運行監控，也可配置成串口數據轉換接口，用于將串口數據轉換成網口數據。

　　電源
　　考慮到車載電瓶電壓大都為+12V，為了方便連接汽車的點煙器或車載電瓶，無線路由器電源模塊采用直流電源+12輸入，輸出4V、2.8V、3.3V，分別供給無線通信模塊、S3C4510、FLASH等數字電路部分。

無線路由器的軟件設計

　　操作系統軟件
　　mClinux是一個完全符合GNU/GPL(通用公共許可證)公約的項目和完全開放代碼，它是標準Linux的一個分支，現在由Lineo公司支持維護。它專門針對沒有MMU的CPU，并且為嵌放式系統做了許多小型化的工作。

　　無線路由器的操作系統軟件采用mClinux，它是基于Linux內核公開源代碼的一種嵌入式操作系統。由于無線路由器的硬件電路是針對此應用專門設計的，mClinux并不能直接使用，所以重新修改mClinux操作系統軟件中與硬件電路相關的部分源代碼，使得mClinux操作系統能夠在無線路由器電路板上正常運行，針對mClinux進行的改動主要有：

　　·ARM S3C4510B和存儲器芯片的初始化程序；
　　·mClinux內核的引導程序bootloader；
　　·無線路由器各種網絡應用軟件的配置文件；
　　·針對ARM S3C4510B處理器，選擇合適的編譯工具和參數選項，重新編譯整個操作系統。