基于mc35i的m2m终端设计与研究

 　　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。

　　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#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。

　　总结

　　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。

　　参考文献

1 余先涛，张涛，莫易敏.基于GPRS技术的无线远程抄表的实现[J].机电一体化，2005,(2):52-55
2 摩托罗拉工程学院主编. GPRS网络技术[M]. 北京-电子工业出版社，2005
3 Siemens mobile.MC35i Hardware InteRFace DescripTIon. MC35i_HD_V00.02. 2003.2
4 www.FreeRTOS.Org
5 Simpson. The Point-to-Point Protocol (PPP). RFC 1661. 1994