ARM处理器结合GPRS模块设计M2M终端的总体设计方案

发布者:dong125612最新更新时间:2013-12-09 来源: eefocus关键字:ARM处理器  GPRS模块  M2M终端 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

引言
    目前,对输油管道、电力装置、油井等进行远程监控主要采用人工巡逻的方式,这种方式存在实时性差、成本高、浪费人力资源、无法对环境恶劣的地区进行监控、可能出现误报等缺点。随着工业领域现代化水平的提高和通信技术的发展,这种生产方式亟待得到改善。

M2M是指应用无线移动通信技术,实现机器与机器、机器与人之间数据通信和交流的一系列技术及其组合的总称。GPRS具有覆盖地域广、通信距离远、网络可靠性高等优点。随着GPRS的推广和应用,以及基于GPRSM2M产品的推出,采用GPRS技术来解决上述问题成为一种较好的方案。
嵌入式系统是当前国内外研究的热点之一。采用嵌入式系统技术设计一种可以解决远程监控领域数据传输问题的通用终端是必要的。本文重点阐述了基于嵌入式ARM处理器,结合GPRS模块MC35i设计M2M终端的总体设计方案。
系统硬件组成
M2M终端的硬件核心为GPRS通信模块MC35iARM处理器AT91SAM7S64,它们的接口设计如图1所示。M2M终端对外留有2RS232串口。通过发送预先定义好的数字指令,可以实现M2M终端的启动、关闭等。当M2M终端与Internet建立连接后,只需把封装好的数据通过串口发送到M2M终端,由其完成向监控中心发送数据的功能。
GPRS模块
GPRS模块是实现M2M终端平台的核心部分,设计中采用西门子公司的GPRS通信模块MC35i。本模块包括CPU接口电路、SIM卡接口电路和MC35i外围电路。MC35i支持GPRS的四种编码协议CS-1CS-2CS-3CS-4,理论上最高传输速率可达172kbps。它具备完整的GSMGPRS功能,可以广泛应用在相关的M2M数据传输平台上。MC35i提供了标准AT命令界面和一个RS232接口,用于与外部应用系统连接。
ARM处理器
本数据传输平台处理器采用ATMEL公司生产的32ARM7TDMI体系结构处理器AT91SAM7S64。该芯片采用3.3V电压进行供电,支持低功耗模式。它具有64kBFLASH16kBSRAM,具备丰富的外围设备资源,其中包括3UART通信串口和1USB2.0全速设备,利用本芯片完成系统功能的同时可以实现系统的高性价比。CPU模块硬件电路包括:时钟电路、JTAG接口电路,RS232接口电路等。
电源设计
系统采用9V电源进行供电。经过TI公司LDO降压芯片UA7805进行一次降压,使电压降至5VGPRS模块MC35i要求的电源电压为3.3V4.8V,而且要求电源必须能够提供2A的尖峰电流,因此需要将5V电源通过一个0.7V压降的肖特基二极管1N5819后输入MC35i,同时需要接入耐压25V1000μF的电解电容,以为MC35i提供足够的尖峰电流。将5V电源经过TI公司电源模块REG1117-3.3将电压降至3.3V,为微处理器及其他芯片提供电源。
嵌入式软件设计
采用嵌入式实时操作系统可以更合理、有效地利用CPU的资源,简化应用软件的设计,缩短系统开发时间,更好地保证系统的实时陛和可靠性。FreeRTOS是在Sourceforge网站上发布的微内核嵌入式实时操作系统,它是完全免费的操作系统,具有源码公开、可移植、可裁减、调度策略灵活的特点。作为一个轻量级的操作系统,FreeRTOS提供的功能包括:任务管理、时间管理、信号量、消息队列、内存管理等。FreeRTOS支持优先级和轮换时间片两种调度算法,可根据用户需要设置为可剥夺型内核或不可剥夺型内核。本文基于FreeRTOS给出了M2M终端实现PPP协商以及数据封装传输的软件设计方案。
基于状态机设计GPRS连接任务
由于网络和信号较弱等原因,可能导致节点与GPRS网络连接的失败。采用基于状态机的结构设计方法对各个阶段产生的错误进行处理,能保障模块与GPRS网络建立可靠连接。程序状态机如图2所示。

        空闲待命态: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。[page]
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)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UDPIP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TCPIP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(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。
    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()ICMPTxTask()任务,并将数据发送到xAPPTxQ队列中。相应的任务再调用IPTx()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TCPIP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。
关键字:ARM处理器  GPRS模块  M2M终端 引用地址:ARM处理器结合GPRS模块设计M2M终端的总体设计方案

上一篇:一种ARM单片机的条码精密测量系统设计方案
下一篇:用AVR单片机产生随机数

推荐阅读最新更新时间:2024-03-16 13:31

传苹果将抛弃英特尔拥抱ARM处理器:代码为证
    日前有消息传出,苹果将在10月举办Mac电脑的发布会,据称这将是一次大调整。现在外媒TechTastic报道,苹果Mac产品线的调整升级真的很大,因为最新macOS系统的源代码的中出现对ARM处理器支持的信息。 传苹果将抛弃英特尔拥抱ARM(图片来自新浪)   新 CPU的代码是ARM Hurricane(飓风),而苹果手机上的ARM处理器内部代号正是“龙卷风”的类型。如A7 = Cyclone(旋 风);A8 = Typhoon (台风);A9 = Twister (龙卷风)。又比如iPhone 7 采用的处理器A10 Fusion,是苹果 首次采用四核心设计。     对此,TechTastic认为Hurri
[手机便携]
ARM处理器部门市场营销总监:ARM如何助力IoT发展
日前,ARM处理器部门市场营销总监Ian Smythe介绍了ARM对于IoT发展所作的准备,包括处理器、开发工具以及推出的DesignStart廉价开发环境等,以下是详细发言: 可能不同的人对于IoT的看法是不一样的。这里面包括了提供连接性和智能。这里面包括了各行各业、各方面的应用,包括医疗、农业,包括智能路灯等等的。这是我们一个很大、很广的机会。刚才这些转变成市场机会,我们可以看到在这三个垂直领域的年增长量的数据。未来4年在消费和健康领域,包括智能城市、物流、汽车和运输这些领域都会有非常高的年增长率,所以所有设备被连接是非常重要的。 有这么大的机会,我们怎么样提供基础设施?对于每一个垂直领域,怎么样获得成功?其实核心就是我们要
[手机便携]
基于ARM处理器的嵌入式WEB服务器设计
0 引言 随着计算机技术、网络技术和微电子技术的深入发展,特别是各种高性能SOC(system onchip)的设计开发和嵌入式操作系统的出现,嵌 入式系统日益广泛地被用于航空航天、工业控制、移动通讯、家用电器以及消费电子等设备中。“设备即网络”是后PC时代对嵌入式系统的 客观要求。因此,需要建立嵌入式的web服务器,以便在智能家居系统中通过智能终端设备(如掌上电脑等),实现对信息家电的远程控制,而信息家电也可以根据需要自动将设备运行的状态信息发送给设定的目标对象。因此。嵌入式web技术给人们的日常生活和工作带来了极大的方便,在各种企业和工业系统中也都有非常重要的实际意义。 嵌入式web服务器以其低成本、小体积、低功耗等诸
[单片机]
基于<font color='red'>ARM处理器</font>的嵌入式WEB服务器设计
ARM处理器事业部行销策略副总裁:Cortex处理器路线图
日前,ARM处理器事业部行销策略副总裁Nandan Nayampally日前介绍了ARM Cortex处理器近几年的演进,以及最新的Cortex-A73性能概要。Nandan的发言如下: 对于不同的计算应用和能耗要求,ARM提供不同架构的CPU支持。包括Cortex-A,Cortex-R以及Cortex-M。 对于产品形态来说,A系列是提供给一些需要高效能和一些高阶的系统,像安卓、Linux类似的高效能的作业系统的移动性。R系列是提供给一些需要及时运算的部分,比如车用的部分,或者是一些在实时应用部分;M系列是需要比较快的反应和需要长时间在操作的状态下的一些应用上,比较多的会在一些微处理器上面。 对于操作系统来说
[手机便携]
<font color='red'>ARM处理器</font>事业部行销策略副总裁:Cortex处理器路线图
基于ARM处理器中断处理的编程实现
  ARM编程特别是系统初始化代码的编写中通常需要实现中断的响应、解析跳转和返回等操作,以便支持上层应用程序的开发,而这往往是困扰初学者的一个难题。中断处理的编程实现需要深入了解ARM内核和处理器本身的中断特征,从而设计一种快速简便的中断处理机制。需要说明的是,具体的上层高级语言编写的中断服务函数不在本文的讨论范围之内。   ARM处理器异常中断处理概述   当异常中断发生时,系统执行完当前指令后,将跳转到相应的异常中断处理程序处执行。当异常中断处理程序执行完成后,程序返回到发生中断的指令的下一条指令处执行。在进入异常中断处理程序时,要保存被中断的程序的执行现场。从异常中断处理程序退出时,要恢复被中断的程序的执行现场。ARM体系
[单片机]
基于<font color='red'>ARM处理器</font>中断处理的编程实现
基于ARM处理器的车载GPS系统无线通信设计方案
1 引言 车载GPS定位终端在过去十年内已经成为汽车工业发展的焦点。在欧美国家和日本,车载GPS定位终端在最近几年内得以广泛的应用。车载GPS定位终端是融全球卫星定位技术(GPS)和现代无线通信技术于一体的高科技系统。该终端的主要功能是通过GPS模块从卫星获取GPS数据,将移动车辆的动态位置(经度、纬度、时间、速度)等信息实时地通过无线通信链路上传至监控中心,同时接收监控中心发送的控制命令。目前的车辆监控系统中大多采用GSM通信网以短信息的方式进行通信,不能充分满足实际应用的需要。而GPRS(General Packet Radio Service)通用分组无线业务是一种以分组交换技术为基础,采用IP数据网络协议的高效数据传输
[单片机]
基于<font color='red'>ARM处理器</font>的车载GPS系统无线通信设计方案
嵌入式Linux下ARM处理器与DSP的数据通信
摘要:本文通过一个开发实例详细说明如何通过DSP的HPI接口与运行Linux操作系统的ARM架构处理器进行数据通信。给出接口部分的实际电路和ARM-Linux下驱动程序的开发过程。 关键词:设备驱动程序 嵌入式Linux HPI ARM DSP 1 引言 基于ARM核心处理器的嵌入式系统以其自身资源丰富、功耗低、价格低廉、支持厂商众多的缘故,越来越多地应用在各种需要复杂控制和通信功能的嵌入式系统中。 内核源码开放的Linux与ARM体系处理器相结合,可以发挥Linux系统支持各种协议及存在多进程调度机制的优点,从而使开发周期缩短,扩展性增强。作为数字处理专用电路,DSP的数字信号处理能力十分强大,但对诸如任务管理、通信、
[嵌入式]
ARM与台积公司携手为下一代64位ARM处理器进行优化
2012年7月23日,中国上海——ARM®与台积公司今日共同宣布一项为期多年的合作协议,将双方的合作延续至20纳米工艺以下,通过台积公司的FinFET工艺提供ARM的处理器技术,让芯片设计商在应用处理器领域也能扩展其市场领先优势。此项合作将为ARMv8架构下的新一代64位ARM 处理器、ARM Artisan® 物理IP以及台积公司的FinFET工艺技术进行优化,以应用于要求高性能与节能兼具的移动及企业级市场。 此次合作涵盖了两家公司的技术信息共享与反馈,协助提升ARM硅知识产权与台积公司工艺技术的开发。ARM将藉助工艺信息,打造兼顾功耗、性能与面积(Power, Performance and Area, PPA)的优化完整解
[嵌入式]
小广播
添点儿料...
无论热点新闻、行业分析、技术干货……
设计资源 培训 开发板 精华推荐

最新单片机文章
何立民专栏 单片机及嵌入式宝典

北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved