引言
本文研究的森林火災視頻監(jiān)控終端采用mC/OS-II作為嵌入式操作系統,，為了支持 GPRS網絡通信,，系統需要PPP或SLIP協議的支持。由于mC/OS-II不包括TCP/IP協議棧,，所以要編寫設備的網絡接口,。本文選用免費的 TCP/IP協議棧LwIP v0.6.4作為設計核心，在mC/OS-II上移植了LwIP以實現TCP/IP協議棧,，從而獲得了一個功能完善的嵌入式IP終端,。
視頻監(jiān)測終端網絡接口原理
圖像監(jiān)控系統工作流程
工作時，圖像監(jiān)控系統首先將接收服務器連入Internet,，取得服務器的公網IP地址,，確定服務的端口號，并將IP地址及端口信息以短消息方式發(fā)送給遠程站點的視頻監(jiān)控儀模塊,。視頻監(jiān)控儀模塊通過GPRS-Modem模塊連入Internet后即可與接收服務器連線,。視頻監(jiān)控儀在正常工作時(無火警)僅定時上傳含有本地特征編碼的短消息，接收服務器軟件會根據收到的短消息來分析各監(jiān)控儀的狀態(tài)并進行顯示,。當視頻監(jiān)控儀檢測到火警時,，它會將火災信息編碼，以短消息形式傳遞到服務器,，同時啟動視頻圖像壓縮及上傳服務,，供接收服務器分析判斷。
圖1 GPRS傳輸模塊工作原理
GPRS傳輸模塊工作原理
視頻監(jiān)控終端的GPRS傳輸模塊原理如圖1所示,，西門子公司的 MC35 GPRS模塊把從TCP/IP模塊接收的TCP/IP包和從基站接收的GPRS分組數據進行相應的協議處理后再轉發(fā),。MC35模塊主要由射頻天線、內部 Flash,、SRAM,、GSM基帶處理器、匹配電源和一個40腳的ZIF插座組成,。GSM基帶處理器是核心部件,，其作用相當于一個協議處理器,，用來處理外部系統通過串口發(fā)送過來的AT指令。射頻天線部分主要實現信號的調制與解調,，以及外部射頻信號與內部基帶處理器之間的信號轉換,。匹配電源為處理器及射頻部分提供所需的電源。MC35 GPRS模塊支持GSM900和GSMl800雙頻網絡,，接收速率可達86.20kbps,，發(fā)送速率可達21.5kbps。MC35模塊提供了9針的標準 RS232接口,，通過MAX3232電平轉換芯片和LPC2104的UART0口相連,，進行全雙工通信。MC35工作電壓為12V,，上電后由DTR上升沿跳變觸發(fā)啟動,。本系統指定LPC2104的P0.13信號線經MAX3232電平轉換后作為MC35的DTR。系統上電復位后,，首先進行工作頻率等參數設置,，然后進行撥號和PPP協商，得到系統本地IP,，完成GPRS的Internet接入,。ARM CPU將用戶數據先打成IP包，再經串口發(fā)送給MC35,，MC35把其封裝成GPRS分組數據包傳到GPRS網絡,。
網絡接口協議
本系統的視頻監(jiān)控儀網絡通信分層結構如圖2所示,，GPRS服務節(jié)點和網關節(jié)點等GPRS內部節(jié)點都簡化抽象為GPRS網絡,，GPRS內部協議及Internet網關協議等都簡化抽象為GPRS網關協議。
視頻監(jiān)控終端網絡通信各層的作用如下,。
物理層：ARM CPU利用AT指令對GPRS Modem進行撥號,。反饋應答后，一條物理通道即GPRS信道就在本系統中的GPRS Modem和Internet之間建立起來,。
數據鏈路層：PPP協議將原始的GPRS物理層連接改造成無差錯的數據鏈路,，系統遠程登錄Internet，并得到GPRS網關分配的A類IP地址,。
網絡層：采用IP協議作為網絡層協議,。IP協議將接入Internet、具有不同IP地址的終端都聯系起來,。經過IP路由選擇,，可以令本系統與連在Internet上的任一IP終端進行數據交互。
傳輸層：選擇TCP作為傳輸層協議，為數據傳輸提供面向連接的可靠服務,。
圖2 視頻監(jiān)控儀網絡通信分層結構
視頻監(jiān)測終端網絡接口軟件設計
LwIP在mC/OS-II上的實現
LwIP協議棧在設計時就考慮到了將來的移植問題,，因此把所有與硬件、操作系統,、編譯器相關的部份都獨立出來,，放在/src/arch目錄下。 LwIP在mC/OS-II上的實現就是要修改該目錄下的文件,，其它的文件一般不應該修改，主要的工作包括以下幾部分,。
與CPU或編譯器
相關的include文件
在/src/arch/include/arch 目錄下的cc.h,、cpu.h、perf.h中有一些與CPU或編譯器相關的定義,，如數據長度,、字的高低位順序等，這應該與用戶實現mC/OS-II時定義的數據長度等參數一致,。一般情況下C語言的結構體struct是4字節(jié)對齊的,，但是在處理數據包的時候，LwIP是通過結構體中不同數據的長度來讀取相應數據的,，所以,，一定要在定義struct的時候使用_packed關鍵字，讓編譯器放棄struct的字節(jié)對齊,。
sys_arch操作系統相關部份
sys_arch. [ch]中的內容是與操作系統相關的一些結構和函數,。mC/OS-II實現了消息隊列結構OSQ及其操作，但沒有對消息隊列中的消息進行管理,，因此不能直接使用,，必須重新實現。對隊列本身的管理可利用mC/OS-II自己的OSQ操作完成,，然后使用mC/OS-II中的內存管理模塊實現對消息的創(chuàng)建,、使用、刪除回收,，兩部分綜合起來即可形成LwIP的消息隊列功能,。
sys_thread_new 創(chuàng)建新線程
在mC/OS-II 中，沒有線程(thread)的概念,，只有任務(Task),。它已經提供了創(chuàng)建新任務的系統API調用OSTaskCreate，因此只要把 OSTaskCreate封裝一下,，就可以實現sys_thread_new,。需要注意的是LwIP中的thread并沒有mC/OS-II中優(yōu)先級的概念，實現時要由用戶事先為LwIP中創(chuàng)建的線程分配好優(yōu)先級,。
lib_arch中庫函數的實現
LwIP協議棧中用到了8個外部函數,，這些函數通常與用戶使用的系統或編譯器有關,，因此應由用戶自己實現。
LwIP的設備驅動程序接口
LwIP與PPP的程序結構簡要描述如下：
#define NTHREADS 3
#define STACKSIZE( CYG NUM_HAL_STACK_SIZE_TYPICAL + 4096 )
#define NTHREADS 3
#define STACKSIZE ( CYG NUM_HAL_STACK_SIZE_TYPICAL + 4096 )
err = cyg_io_lookup( "/dev/ser1", &handle1 );
if (ENOERR == err) {
middleblink();
} else {
leftblink();
};
pppInit();
pppSetAuth(PPPAUTHTYPE_ PAP," pppuser","pppassword");
pd=pppOpen(handle1,ppp LinkStatus Callback,NULL);
void pppLinkStatusCallback (void * ctx, int errCode, void * arg) {
skipblink();
}
結語
本設計有機地結合了嵌入式終端設備和無線傳輸,，符合嵌入式和無線網絡結合的發(fā)展趨勢,。同時，這一接口設計也對其它視頻監(jiān)控系統的發(fā)展起到一定的借鑒意義,。