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(多图) 采用北斗BDM100模块的两种家庭监护终端设计

时光?? 马维华?? 魏金文?? 2014年12月22日 ?? 收藏3

2 3G方案设计与实现

以3G方案设计的监护终端采用ARM926EJ-S为内核的AT91SAM9260芯片作为主控芯片,该芯片具有性能稳定,外围接口丰富,内嵌以太网,具备快速RAM和ROM,支持LINUX操作系统的特性。消息回传的3G芯片采用EVDO模块MC8630,3G服务要求网络具有较高的数据吞吐量,EVDO模块支持中国电信CDMA2000提供的所以数据分组业务,对于无线数据接入业务,EVDO的接入速度已经接近有限ADSL上网的水平,而且采用此种方式,数据传输稳定,为以后的性能扩展留下空间,满足方案设计要求。

2.1硬件设计

3G方案硬件连接框图如下:

图3 3G方案框图
图3 3G方案框图

其中BDM100模块和主控芯片AT91SAM9260通过UART接口连接,而3G芯片MC8630通过USB口与主控芯片连接,这样在保证接收与发送稳定性的同时,还可以为以后的性能扩展提供空间。对BDM100模块和主控芯片的连接具体电路见图2,而对3G模块和主控芯片的连接见下图:

图4 3G模块和主控芯片连接图
图4 3G模块和主控芯片连接图

2.2 软件设计

在主控芯片AT91SAM9260上使用linux作为操作系统,该操作系统已经在众多嵌入式设备上面使用,其稳定性已经得到了验证。

2.2.1 BDM100模块的连接

BDM100模块采用UART串口和主控芯片通信,在linux中配置完内核之后,利用串口通信接口进行初始化和定位信息的传送。本方案中,具体的串口通信函数如下:

在进行串口通信时,要先对串口进行初始化,对应执行Serial_init函数。

具体格式:

int serial_init(char *dev, int speed, int is_block)

其中dev是设备文件地址,speed是串口波特率,is_block是设置在初始化不成功时,是否阻塞等待,直到初始化成功。

初始化函数通过调用static int open_dev(char *dev, int is_block)函数来打开设备文件,其中dev和is_block参数和初始化函数中的意义一致。打开成功,返回设备文件描述符,否则返回-1。通过调用static void set_speed(int fd, int speed)来设置波特率,其中fd表示设备描述符,speed表示速率,在调用此函数时,要停止串口工作。

初始化完成后,就可以进行数据的读写,读函数为:

int serial_read_timeout(int fd, char *str, unsigned int len, unsigned int timeout/*ms*/)

此读函数是带有超时机制的串口读,接收的数据放在str的字符串中,fd表示设备文件地址,len表示读取的长度,timeout 表示超时时间,ms级别,函数返回读取的长度。

所谓的超时机制,是指程序利用此函数读取数据时,会启动一个线程,有数据时运行,无数据时阻塞,当线程有数据时,读完数据,程序再继续,如果超时还没有读完,则放弃读取,程序继续,一般在设置的时间内,程序都能读完数据,这样做是为了防止线程死锁,无法结束线程。

串口发送函数具体格式为:

int serial_send(int fd,char *str,unsigned int len)

其中fd表示设备文件地址,发送数据放置在str中,长度为len。发送成功返回发送长度,否则返回小于0的值。

通过这样的三个函数,就可以实现BDM100模块与主控芯片AT91SAM9260的通信,可以完成相关的模块初始化操作和信息的传输。

2.2.2 MC8630模块的连接

本方案所用到EVDO射频模块,起初是无法被识别的,因为Linux默认配置中并没有打开这个选项,属于自定义电路,故需要手动配置。根据MC8630模块的电路图可以看出,CPU与MC8630通过USB口通讯,因此需要将处理器的USB口配置为3G功能。Linux对3G模块的驱动支持主要是将USB转换为串口,应用程序就可以像操作串口一样操作USB。

所以除了打开“USB driver for GSM and CDMA modems”内核选项之外,还需打开内核选项中USB功能和USB转串口转换支持,3G模块还会用到第三方的拨号软件,所以还需打开PPP拨号功能,配置完之后,编译内核。烧录系统后,重启进入/dev目录,若出现USBtty0~USBtty3这四个设备文件,表明3G模块的驱动已被正确加载。具体如下:

图5 3G模块驱动加载
图5 3G模块驱动加载

在程序初始化时,利用编写好的拨号脚本绑定PPP0网卡,这样程序就可以像操作本地网卡一样操作3G模块,使用socket机制进行消息的传送。具体的拨号脚本如下:

If [‘ifconfig|grep ppp0|awk ‘(print($1))’’]

Then

echo “the ppp0 has existed!”

else

pppd call evdo &

until[‘ifconfig|grep ppp0|awk ‘(print($1))’’]

do

sleep 1

done

route del default

route add default dev ppp0

fi

在执行ifconfig命令后,系统会列出了所有的网卡,一般情况下只有eth0和lo两个网卡:eth0是常用的RJ45接口的网口,插上普通网线即可上网;lo是本地网卡;当使用pppd拨号成功之后就会出现ppp0无线网卡,此时3G模块已经连接上互联网。然而在操作系统启动的时候,一般默认网卡为eth0,故在拨号成功之后,必须修改默认的路由路径,这样如果在应用程序使用socket编程之时没有绑定指定网卡,所有网络数据都会从ppp0网卡传输。 绑定完ppp0网卡就可以使用linux socket机制进行与后台服务器的通信,本方案中采用的UDP方式和后台服务器进行通信,UDP协议的通信不需要像TCP一样事先建立链接,只需要绑定ip地址和端口号即可,但是本方案中为了以后的可扩展性,设计了socket_connect和socket_send函数,不论是TCP还是UDP,只要调用这两个函数即可,采用同样的接口,这样便于使用和扩展功能。具体如下:

int socket_connect(const int sock_fd, const char *ip_str, const unsigned int port_ui)

其中sock_fd是套接字,它是通过函数int socket_create(const int af, const int type, const int protocol, const int stime, const int rtime, const char *ifname)创建得到。ip_str是ip地址,port_ui是端口号。

int socket_send(const int sock_fd, const char * data, const int len, const int flags)

其中data是要发送的数据,len表示长度,flags一般取0即可。

接收函数:

int socket_recv_timeout(int sock_fd, char *buff, unsigned int len, unsigned int timeout/*ms*/)

具体功能用来接收网络数据,直到长度等于len,或者超时(timeout)后返回。

2.2.3服务器与3G模块通信协议

主控芯片AT91SAM9260收到BDM100模块发来的消息后,会将消息进行重组,通过3G模块传送到后台进行解析。因为系统的定位终端具有实时性,对于年月日信息的需求不是很强调,所以在初始化北斗时接收了GLL信息,它只含有时分秒的信息,本方案中采用的消息通信协议规定如下:

表4 自定义通信协议
表4 自定义通信协议

其中起始位和校验位均用unsigned short表示,校验采用每两个字节异或操作,编译时,强迫两个字节对齐编译。

3G模块采用这种格式将消息传输到后台服务器进行处理,这样有利于保持信息的稳定和简洁性。


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北斗定位? BDM100? 家庭监护终端? 3G?

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