基于ARM9處理器的嵌入式網(wǎng)絡(luò)撥號設(shè)計與實現(xiàn) - 全文

隨著網(wǎng)絡(luò)時代的深入，Internet己成為重要的基礎(chǔ)信息設(shè)施，越來越多的設(shè)備需要接入Internet，對于PDA等一些嵌入式智能系統(tǒng)，實現(xiàn)無線通信是十分必要的。撥號上網(wǎng)方式是家用電器利用互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)智能化的途徑之一，目前在接入網(wǎng)絡(luò)的眾多方式中，比較經(jīng)濟實用的方式是通過撥號連接ISP的接入模式。這種模式下使用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議主要是PPP。

本文分析了撥號上網(wǎng)的PPP協(xié)商過程，對網(wǎng)絡(luò)拔號功能程序設(shè)計進行了深入研究，并在基于ARM9處理器為核心的嵌入式硬件平臺上驗證實現(xiàn)。

1 系統(tǒng)硬件平臺的搭建

本文采用基于ARM920T內(nèi)核的芯片S3C2410X，它是美國ARM公司推出的一款32位嵌入式RISC微處理器。該處理器主要面向手持式設(shè)備以及高性價比、低功耗的應(yīng)用。

無線通信模塊采用GPRS模塊。wavecom Q2403A是一款基于GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)的無線Modem，能夠?qū)崿F(xiàn)語音呼叫、短消息服務(wù)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋2403A對用戶提供了多種接口，包括電源接口、液晶顯示器接口、SIM卡接口、充電器接口、耳機接口、麥克風接口，以及用于其他特殊目的的多種外圍設(shè)備接口。Q2403A通過GPRS發(fā)送數(shù)據(jù)時的下載速度是26．8 Kb／s，上傳速度為13．4 Kb／s?；贏RM微處理器的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2網(wǎng)絡(luò)撥號連接過程

在眾多接入網(wǎng)絡(luò)的方式中，本文以GPRS為例，說明具體網(wǎng)絡(luò)撥號連接過程。網(wǎng)絡(luò)撥號接入Internet是使用PPP協(xié)議創(chuàng)建連接，利用GPRS進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。其中PPP鏈路建立過程分為創(chuàng)建階段、認證階段和網(wǎng)絡(luò)協(xié)商階段。

（1）創(chuàng)建PPP鏈路

鏈路控制協(xié)議LCP（Link Control Protocol）負責創(chuàng)建鏈路。在這個階段，將對基本的通信方式進行選擇。

（2）用戶驗證

在這個階段，客戶端會將自己的身份發(fā)送給遠端的接入服務(wù)器。該階段使用一種安全驗證方式避免第三方竊取數(shù)據(jù)或冒充遠程客戶接管與客戶端的連接。在認證完成之前，禁止從認證階段前進到網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議階段。如果認證失敗，認證者應(yīng)該躍遷到鏈路終止階段。

最常用的認證協(xié)議有口令驗證協(xié)議PAP（Password AuthentICation Protoc01）和取得IP選項和IP地址IPCP（Internet Protocol Control Protocol）。

（3）調(diào)用網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議

認證階段完成后，PPP將調(diào)用在鏈路創(chuàng)建階段選定的網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP（Network Control Protocol）。選定的NCP解決PPP鏈路之上的高層協(xié)議問題。例如，在該階段IP控制協(xié)議（IPCP）可以向撥入用戶分配動態(tài)地址。

這樣，經(jīng)過三個階段以后，一條完整的PPP鏈路就建立起來了。

3 網(wǎng)絡(luò)撥號設(shè)計實現(xiàn)

本文選用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，因為Linux自帶TCP／IP協(xié)議，所以該系統(tǒng)省去了TCP／IP協(xié)議的移植。當系統(tǒng)上電后，首先啟動Linux系統(tǒng)，建立主任務(wù)，進行串口和GPRS模塊的初始化，然后通過串口信號線驅(qū)動Q2403A串口，通過AT指令集進行一系列串口參數(shù)設(shè)置，并附著與GPRS網(wǎng)絡(luò)，撥號到GGSN，新建PPP任務(wù)進行數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)商，得到IP地址，完成上網(wǎng)過程。本文采用Qt作為網(wǎng)絡(luò)撥號功能程序開發(fā)的基礎(chǔ)。同時在功能架構(gòu)設(shè)計方面，為了使程序更加合理，將網(wǎng)絡(luò)撥號分成兩部分，即網(wǎng)絡(luò)（network.h和network.cpp）和撥號（dailup.cp-p）。它們之間的調(diào)用由network．h完成。關(guān)系類圖如圖2所示。

（1）network．h頭文件定義了撥號請求結(jié)果和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。

①請求結(jié)果定義如下：

②狀態(tài)定義如下：

（2）network．cpp由類NetworkServer和Network組成，說明如下：

第一：類Network主要成員函數(shù)：

①成員函數(shù)：choICes

功能：得到所有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)配置。

原型：static QStringList choices（QListBox*=0，const QString＆dir=QString：：null）

②成員函數(shù)：createServer

功能：創(chuàng)建NetworkServer實例，為qpe使用。

原型：static void createServer（QObject*parent）

③成員函數(shù)：serviceName

功能：通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)配置文件得到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)名。

原型：static QString serviceName（const QString＆service）

④成員函數(shù)：serviceType

功能：通過服務(wù)配置文件得到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)類型。正常為“dialup”。

原型：static QString serviceType（const QString＆service）

⑤成員函數(shù)：start

功能：開啟網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。如果網(wǎng)絡(luò)空閑，則開始新的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。如果有相同網(wǎng)絡(luò)服務(wù)在運行，應(yīng)用程序?qū)⑹褂靡汛嬖诘木W(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

原型：StatIC void start（const Quuid＆uuid，const QString＆service=QString：：null，const QString＆password=QString：：null）

⑥成員函數(shù)：stop

功能：停止網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。如果有其他應(yīng)用程序使用該網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)將不會斷開，僅僅終止該應(yīng)用程序。否則停止網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

原型：static void stop（const QUuid＆uuid）

第二：類NetworkServe主要成員函數(shù)：

①成員函數(shù)：EMItFaiLED

功能：發(fā)送失敗信息。

原型：void emitFailed（QUuid＆uuid，intstatus）

②成員函數(shù)：examineNetworks

功能：檢查網(wǎng)絡(luò)配置。

原型：void examineNetworks（）

③成員函數(shù)：networkOnline

功能：判斷網(wǎng)絡(luò)是否連接。

原型：bool networkOnline（）const

④成員函數(shù)：start

功能：開始網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

原型：void start（QUuid＆uuid，const QString＆file，const QString&password）

⑤成員函數(shù)：stop

功能：停止網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

原型：void stop（）

⑥成員函數(shù)：timeEvent

功能：若網(wǎng)絡(luò)連接，開啟定時器進行監(jiān)控；否則網(wǎng)絡(luò)斷開，終止定時器，并發(fā)送網(wǎng)絡(luò)斷開消息。

原型：void timerEvent（QTimerEvent*timer）

⑦成員函數(shù)：receive

功能：接收應(yīng)用進程發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)信息。

原型：void NetworkServer：：receive（const QCString&msg，const QByteArray＆data）

（3）dailup．cpp主要是進行撥號，由類PppMon，

Dailup和DialupImpl構(gòu)成。定義如下：

①類PppMon。功能：監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)；

②類Dialup。功能：實現(xiàn)一個撥號窗體；

③類DialupImpl。功能：撥號實現(xiàn)。

（4）網(wǎng)絡(luò)撥號建立

①應(yīng)用程序發(fā)起上網(wǎng)請求。

②如果當前網(wǎng)絡(luò)空閑，則自動撥號（配置撥號文件、開啟網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控和發(fā)送AT指令連接）。

③如果網(wǎng)絡(luò)已被占用，則表明其他應(yīng)用程序在使用網(wǎng)絡(luò)。

此時需判斷當前上網(wǎng)方式：CSD（按照時長來收費）或GPRS（按照產(chǎn)生的流量來收費）。若為CSD／GPRS方式，且該應(yīng)用程序也是以CSD／GPRS方式上網(wǎng)，則不要建立撥號連接，可共同使用網(wǎng)絡(luò)；若為CSD／GPRS方式，而該應(yīng)用程是以GPRS／CSD方式上網(wǎng)，則拒絕上網(wǎng)請求。撥號建立如圖3所示。

（5）網(wǎng)絡(luò)停止。網(wǎng)絡(luò)停止分兩種情況：一種情況是當前網(wǎng)絡(luò)三分鐘內(nèi)無數(shù)據(jù)傳輸，則停止應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)的連接。另一種情況，應(yīng)用程序主動要求與網(wǎng)絡(luò)斷開，若只有該應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)連接，則斷開網(wǎng)絡(luò)；若還有其他應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)連接，則結(jié)束該應(yīng)用進程。網(wǎng)絡(luò)停止如圖4所示。

（6）網(wǎng)絡(luò)斷開

①發(fā)送AT命令：AT+CGACT=0，1，2，3；

②殺死網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控進程；

③殺死PPP相關(guān)進程。網(wǎng)絡(luò)斷開如圖5所示。

4 測試結(jié)果

主要是對GPRS模塊進行無線接入Internet的功能測試，使用嵌入式Qt作為集成開發(fā)環(huán)境，界面友好，易于開發(fā)。圖6為QT設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)撥號界面。

測試結(jié)果表明，GPRS模塊可以很快無線接入Internet，可以瀏覽網(wǎng)頁和收發(fā)數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)撥號功能能正常準確的工作。

5 結(jié)語

在基于ARM9嵌入式硬件平臺和嵌入式Linux操作系統(tǒng)上，本文設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)拔號程序運行良好，并充分利用Qt／Embedded和Qtopia Phone系統(tǒng)關(guān)于網(wǎng)絡(luò)資源的特點，較好地實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)撥號的功能，該設(shè)計可廣泛應(yīng)用在PDA等嵌入式產(chǎn)品中，實現(xiàn)連接到Internet的無線網(wǎng)絡(luò)通信。