数据终端设备与无线通信模块之间串行通信链路复用协议TS27010在嵌入式系统上的开发Word文件下载.docx
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数据终端设备与无线通信模块之间串行通信链路复用协议TS27010在嵌入式系统上的开发Word文件下载.docx
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雪需要通过这个串口交换各种类型的数据,例如:
语音、传真、数据、SMS、CBS、电话号码本的维护、电池状态、GPRS、USSD等。
如何在一个串口上同时支持这么多的业务?
例如,在数据通信过程中,怎样发送或接收SMS?
为了解决这些问题,3GPP提出了一个协议——TS27.010协议。
有了Multiplexer,即使在数据连接过程中,也可以发送SMS。
其它业务组合也可以同时进行。
例如,数字语音和SMS同时发送。
Multiplexer的存在使得一个完整的系统能够根据需要进行划分。
3GPP的Multiplexer设计非常灵活,并且独立于MS/TE平台,已有的应用程序不需要改动即可工作。
在设计Multiplexer时,特别考虑到采用电池供电的设备的需求,所以包含了省电模式控制等很重要的功能,并且Multiplexer本身在运行时也尽量使用最小的功耗和内存。
Multiplexer基于ISO的HDLC标准设计,工作于有多种选项的单模式下。
但是BasicOption并不遵从HDLC。
在基本选项模式下,Multiplexer没有透明机制,也没有错误恢复功能。
但是在高级选项模式下,使用HDLC的透明机制,且Multiplexer有一个方便的再同步机制,能够在DC1/DC3流控打开的链路上工作,且包含了错误恢复功能。
3GPP的Multiplexer依赖于一个控制信道。
在这个控制信道上,TE和MS交换控制信息,例如参数协商、节电控制信息、流控信息等。
Multiplexer是一个可选项,如果支持这个功能,就应使用AT+CMUX命令激活它。
Multiplexer为TE和MS在一个起始/停止模式的、具有分帧功能的串行链路上传输数据流提供了一套机制。
图1给出了不同的协议层及其功能示意。
Multiplexer层负责将数据按字节流的方式传输,不再进行进一步的组帧;
如果数据需要按一定结构传输,就需要增加一个会聚层来完成这些功能。
Multiplexer为TE上的进程和MS上相对应的进程提供了一条虚连接,这样TE和MS上的进程就可以通过这条虚连接通信。
例如,TE上的SMS应用程序可以通过一条Multiplexer通道与MS上的SMS处理程序连接起来。
TS27.010规范使用8bit字符的start-stop传输模式,两个Mulitplexer实体间的通信使用了规定的帧格式。
TE和MS之间的每个信道称为一条数据链路连接DLC,这些DLC被依次独立地建立起来。
每个DLC都可以有自己的流控机制。
Multiplexer有三种工作模式:
Basic、Advancedwithouterrorrecovery和Advancedwitherrorrecovery。
这三种模式特点
·
Basic:
长度标识代替HDLC的透明机制;
使用与HDLC不同的标志字;
不能用于具有XON/XOFF流控的链路;
从同步丢失状态中恢复需要更长的时间。
Advancedwithouterrorrecovery:
遵从ISO/IEC13239的异步HDLC过程;
可以用于具备XON/XOFF流控的链路上;
可以更快地从失同步状态恢复。
Advancedwitherrorrecovery:
使用了HDLC的错误恢复过程。
2WavecomGSM/GPRS模块Multiplexing协议介绍
笔者选用了Wavecom的Q2403A,这是一款E-GSM/GPRS900/1800的双频模块。
这个模块支持大部分常用的AT命令,但不支持标准的TS27.010协议。
为了能够数据/命令复用,Wavecom定义了自己的multiplex协议。
Wavecom的复用协议允许一条串行链路上同时进行两个会话:
一个AT命令的会话和一个数据通信的会话。
AT+WMUX=1将激活模块的复用模式。
在这种模式下,AT命令和数据都被封装成数据包。
通过包头,可以区分是数据包还是AT命令包。
2.1AT命令包格式
AT命令包帧格式如图2所示。
第一个字节用于标识这是一个命令包,第二个字节是AT命令长度的低八位。
第三个字节由两部分组成:
低3位是AT命令长度的高3位;
高3位用于标识
一个AT命令。
AT命令的最大长度可以为2047字节。
校验和?
穴checksum?
雪是包中所有字节之和对256取模。
2.2数据包格式
数据包各个字段意义与AT命令包相同,其帧格式如图3所示。
数据包有以下几种类型
Type=0——DATA包:
这个包是发送到无线链路上或者从无线链路上接收到的数据
Type=1——STATUS包:
这个包给出了SA、SB、X和中断条件编码的信息。
状态包的长度总为1字节。
任何一个状态改变时,所有的状态位都要发送出去。
缺省情况下,所有的状态位都是关闭的,所以在打开复用开关准备传送数据之前,一定要发送一个状态包。
Type=2——READY包:
这个包表示发送READY包的一方可以接收数据了。
包中没有数据,所以长度字段为0。
Type=3——BUSY包:
这个包表示发送READY包的一方忙,无法接收数据。
包中没有数据。
3Linux下串口通信系统的组成
要在Linux系统上实现TS27.010协议,就必须了解Linux下串口驱动软件模块的结构。
图4不但给出了Linuxkernel中串口通信模块的组成结构,还形象地表示出了数据是如何在用户和硬件接口之间流动的。
从图4可以看到串口通信模块可在逻辑上分为三层:
TTY层、linediscipline层和底层驱动层。
TTY层是用户空间和内核空间的桥梁,用户程序和内核需要通过tty层交换数据;
Low-leveldriver则负责硬件的交互,它对硬件进行控制和读写操作;
linediscipline层是整个串行通信模块中最灵活、设计最巧妙的一层,它要为一个串行口的使用定下数据交互的“规程”,在Linux内核中已经存在了许多linediscipline,例如PPP、SLIP、TTY等。
缺省使用TTYlinediscipline。
可以根据需要将linediscipline替换成Linux已经定义的linediscipline结构,甚至替换为自己的linediscipline结构。
在图4中,向硬件接口写数据的过程是显而易见的。
但是,用户程序从硬件读取数据的过程却要复杂一些,这是因为硬件与用户空间之间没有直接的联系。
解决的办法就是使用缓冲技术,硬件接收数据存储于kernelbuffer中,等待用户程序请求这些数据;
如果用户程序请求数据时,这个buffer是空的,那么用户程序就会被挂起,直到buffer中有数据时,它才被唤醒。
实际上,TTY相关的缓冲是由两级构成的:
一个“常规”buffer和一个“flip”buffer。
flipbuffer由两个物理的缓冲实现,并被交替地写入,这样中断处理函数就会总有一个缓冲可用。
Linux下串口软件的这种分层结构虽然增加了复杂性,但是它带来的好处是多方面的。
第一,串口模块更加灵活,在为新的串口硬件编写驱动程序时,只需修改和增加最底层的软件即可;
第二,上层应用程序可以根据需要改变linediscipline的处理软件,在使用PPP、SLIP等协议进行拨号连接时,都需要将原有的linediscipline替换为PPP或者SLIP协议本身的linediscipline?
鸦第三,可以根据需要,在层与层之间加入一层自己的处理软件。
事实上,笔者在实现Multiplex协议时正是这样做的。
4Multiplexing协议的实现
4.1协议实现时的考虑
在实现TS27.010协议时,基于以下考虑:
第一,使用串口的上层应用程序不需要改动。
这一点很重要,因为系统中有许多用户程序使用串口进行通信。
如果需要对它们进行改动,那么由此付出的代价显然是不值得的。
在这一点上,尤其需要特别考虑PPP软件,因为在Linux下通过GPRS上网必须使用PPP协议进行拨号。
PPP存在于用户空间和内核空间两个地方,用户空间的pppd应用程序完成拨号连接的管理功能;
内核空间的ppp协议软件实现PPP包的组帧/分帧等核心功能。
PPP定义了自己的linediscipline模块,且到此为止,往下就不再有PPP相关的软件模块。
第二,尽可能多地实现TS27.010协议。
虽然这个协议的内容很丰富,但是由于Wavecom通信模块只支持有限的几种格式,并且帧头部分还略有不同。
这样实现起来就存在许多困难,只能在保证实现Wavecom复用协议并可靠工作的前提下,尽量实现TS27.010协议,以便于以后硬件和软件的升级。
4.2muxdriver的实现方案
正是基于以上两点考虑,决定将这个协议的实现放在Linediscipline和Low-leveldriver两层之间,参看图5。
这样,不需要对Linux的TCP/IP协议栈软件和PPP软件作任何修改,就可以在复用模式下实现原有的无线上网功能。
图5给出了MUX模块的函数调用和数据流程。
TTYLayer、linediscipline和serialdriver是Linuxtty设备文件系统在内核中已有的三层,在前一节已经介绍。
正如笔者在实现TS27.010协议时所考虑的,为了不影响上层应用程序,MUX必须支持标准的Linux系统调用,如write、read、ioctl等。
write如果成功,则返回发送的字节数;
如果失败则返回-1,并将errno置为合适的值。
正如图5所示,write?
穴?
雪并不是将数据直接发送出去,要发送的数据首先按照TS27.010协议的要求组成MUX帧?
熏然后根据数据的优先级排队,优先级高的数据首先被发送。
同样,对设备/dev/muxN的标准的Linux调用read也不是由MUX直接支持的。
MUX不会知道一个用户应用程序何时读设备/dev/muxN。
read功能由MUX的上层支持。
MUX根据TS27.010协议(或者Wavec
om协议)将物理链路上接收到的MUX包解封装,然后将纯数据发送到设备/dev/muxN的读缓冲区中。
如果设备/dev/muxN没有足够的读缓冲空间,MUX就会将数据放到自己的接收缓冲区中。
4.3Wavecom复用协议特殊情况的处理
在实现TS27.010协议时,考虑到Wavecom协议的特殊情况,在完全实现Wavecom复用功能的同时,尽可能多地实现TS27.010协议。
由于Wavecom只能同时支持两个虚连接,所以这里的M=2。
其中,/dev/mux0用于AT命令,作为控制信息通道;
/dev/mux1用于PPP连接,作为数据通道。
作为Wavecom复用协议的一个严重缺陷,从图2、图3的帧结构可以看到,从串行链路提交来的数据只能
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