嵌入式GPS由GPRS接入Internet的实现
随着全球定位系统的不断改进,软、硬件的不断完善,应用领域正在不断地开拓,目前已遍及国民经济各种部门,并开始逐步深入人们的日常生活。随着卫星导航定位设备的小型化甚至芯片化,嵌入式GPS产品越来越广泛的应用到人们生活的各个领域,而嵌入式产品的网络化就成为当今研究的一个方向。1 系统原理及结构
GPS接收机应用GPRS数据传输方式及网络结构如图1所示:
通过GPRS服务,GPS设备可采用互联网Internet的标准方式与在互联网上的服务器交换数据。GPRS的基础是以IP包的形式进行数据的传输,GPRS无线终端接入GPRS 网络的方法与普通有线MODEM 类似, 都采用建立PPP(Point-to-Point Protocol) 连接方式。PPP协议是一种被广泛采用的串行点对点链路上传输数据报的方法,包括LCP、PAP、IPCP、NCP等。GPRS MODEM通过PPP协议获得动态分配的IP地址。连接建立后,在PPP协议的基础上通过数据传输协议,该系统采用TCP实现与互联网上其它计算机的数据通讯。
2 系统硬件组成
3 系统软件设计与实现
3.1 微型TCP/IP协议栈的移植
如果在嵌入式系统中实现一个完整的TCP/IP协议栈,其难度可能会超出应用本身,所以本系统选用了一种简易的免费TCP/IP协议栈uip0.6作为设计的核心。uip0.6是瑞典计算机科学研究所Adam Dunkels开发的源码公开的免费简易TCP/IP协议栈[3,4]。uip实现了TCP/IP协议集的四个基本协议:ARP地址解析,IP网际互联协议,ICMP网络控制报文协议和TCP传输控制协议;它具备极少的代码占用量和RAM资源要求,尤其适用于8/16位单片机;支持多个主动连接和被动连接并发,支持连接的动态分配和释放;拥有简易的应用层接口和设备驱动层接口。由于本系统采用GPRS网络方式,所以其四个协议集中只保留IP网际互连协议和TCP传输控制协议,并其进行一定的修改。uip协议栈中实现IP网际互联协议时对原协议进行了极大的简化,它没有实现分片和重组。本设计中由于发送接收数据量较小,所以不必进行分片与重组,即对IP网际互联协议的实现部分不作修改。为了减少存储器的使用,uip里的TCP没有实现发送和接收数据的调整窗口。输入的TCP段不会通过uip缓存,而是由应用程序处理。输出数据时,uip不能在每个连接有超过一个未解决的TCP段。在本系统的设计中,为了避免数据丢失,应用中设计一个大的缓冲区send_recbuf[]接收应用要发送的数据,一个较小的发送缓冲区send_buf[]。对uipopt.h中的部分内容进行修改,删去UIP_IPADDR部分,应用文件头文件改为本系统中的应用文件的头文件#include “appcomm.h”,做为客户端本系统中定义#define UIP_ACTIVE_OPEN 1。由于数据链路层采用PPP协议,所以uip_buf[]中IP头的偏移量定义为:#define UIPLLHLEN 0
3.1.1 uip与PPP的接口
当PPP协议从网络接收到一个IP包时,把它放入到uip_buf中,系统调用uip_input()函数。此函数将处理这个包,在需要时会调用应用程序。当uip_input()返回时,uip_buf中放入了一个输出包,包的大小由全局变量uip_len约束,若uip_len为0,则说明没有包要发送,否则,PPP将此包加上PPP包头发送到网上。
3.1.2 uip与应用的接口
uip使用基于事件的编程模式,在响应一定的事件时,应用被当作uip调用的一个C函数UIP_APPCALL来实现,故在应用中要设置#define UIP_APPCALL appcomm,在uip中的标志uip_flags用于uip与应用之间的联系,在接收到数据、数据发送成功、建立了新的连接或数据被重发时,uip调用应用,应用根据uip_flags标志进行相应的处理。
3.2 PPP协议的实现
PPP是运行在硬件接口之上的,它提供LCP、PAP和IPCP协商所需要的合适的机制。这些协商由被PPPEntery()函数调用的固定的状态机执行,它基于接受到的内容建立响应。而PPPReceived()函数,对接收到的每个字节进行转义处理,当一个完整的PPP帧准备好要处理时,PPPReceived()设置整帧标示Isframe,此标志在应用主循环中被PPPEntery()函数轮询。PPP包格式如图1所示:
图1 PPP包格式