基于嵌入式Linux 的移动终端的软件设计
来源： 作者： 发布时间：2016-09-28 09:28:33 浏览量：当应用层的 GPS 信号接收程序开始运行时，它会向文件系统发出读请求，文件系统发现此请求的对象为 tty 设备，于是调用函数 tty_read( )，接着调用函数 read_chan( ) 读取 tty 缓冲区中的数据。
3.3 GPS 数据处理程序
GPS 接收器与嵌入式 Linux 平台之间的通信协议有很多种，这里采用的通信协议是 NMEA-0183，它规定了 GPS 数据的输出速率为 4,800 波特，其输出都是 ASCII 字符，工作模式为 8-N-1。通信协议 NMEA-0183 中包含的语句有 GPGGA、GPGLL、GPGSA、GPGSV、GPRMC、GPVTG 等，要想知道车辆的位置信息，至少要提取出 GPGGA、GPGLL、GPRMC 中的一种。NMEA-0183 协议报文的语句格式如图 3 所示。
图 3 NMEA0183 的报文格式
其中，$ 为串头，表示串的开始；AA 为识别符；XXX 为语句名；ddd…ddd 为数据字段，字母或数字；* 表示串尾；hh 表示 $ 与 * 之间所有字符代码的校验和；< CR > 为回车控制符；< LF > 为换行控制符。
在车辆监控系统中，主要关心的是时间、车辆的位置和速度等信息。因此，在移动终端上，GPS 数据处理程序的主要功能是从 GPS 接收器接收到的数据中提取出 GPRMC 定位语句，忽略掉其他信息[3]。此后，移动终端上的 GPRS 通信程序负责将相关的数据发送给监控中心。
3.4 GPRS 通信程序
3.4.1 拨号到 GPRS 网络的基本原理
移动终端要想通过 GPRS 通信模块访问 Internet，首先得附着在 GPRS 网络上，然后发起 PDP（Packet Data Protocol，分组数据协议）上下文激活过程[4]，如图 4 所示。只有通过此过程，GPRS 通信模块才能与 GGSN 建立一条逻辑通路，从而访问 Internet。
图 4 PDP 上下文激活过程示意图
3.4.2 移动终端上拨号程序的实现
在嵌入式 Linux 系统平台下，移动终端利用 pppd（包含 chat）拨号到 GPRS 网络。pppd 是一个用户空间的后台服务进程（daemon），而 chat 是 pppd 所带一个辅助工具，用来与 GPRS 通信模块建立会话。在 PDP 上下文激活过程中，chat 完成了第 ① 步，而 pppd 完成了第 ②、③、④、⑩ 步。pppd 拨号程序的层次结构如图 5 所示。
图 5 pppd 拨号程序的层次结构
其中，N_PPP 层就是 PPP 协议层。PPP 协议模块不仅提供简单的数据链路层功能，它还提供诸如鉴权（如PAP/CHAP），数据压缩/解压（如CCP）和数据加密/解密（如ECP）等扩展功能。由于 GPRS 通信程序要求透明化地使用这些扩展功能，而 PPP 协议模块本身无法对各种策略进行选择，于是 pppd 应运而生。PPP 协议模块中策略性的内容都移到了 pppd 中，由 pppd 完成对鉴权、压缩/解压和加密/解密等扩展功能的选用。
在运行 pppd 的时候，pppd 首先读取配置文件中的配置信息，其中包含了设置 PPP 协议模块的参数、GPRS 通信模块连接的端口（/dev/ttyS1）以及对 chat 进行调用的语句，等等。随后 pppd 调用 chat，chat 也会读取相应的配置文件（其中包含一些应答语句对和 AT 命令），然后使用默认的行规程 N_TTY 向 GPRS 通信模块发送 AT 命令，接着 chat 将控制权返还给 pppd。pppd 将行规程切换为 N_PPP，而 pppd 与 PPP 协议模块之间采用了设备文件来进行通信，设备文件名是 /dev/ppp。通过 read 系统调用，pppd 可以读取 PPP 协议模块的数据包（当然，PPP 协议模电感厂家块只会把应该由 pppd 处理的数据包发给 pppd）。通过 write 系统调用，pppd 可以把要发送的数据包传递给 PPP 协议模块，而通过 ioctl 系统调用，pppd 可以设置 PPP 协议模块的参数，可以建立/关闭连接。
此后，pppd 执行了 PDP 上下文激活过程的第 ②、③、④ 步。等 PDP 上下文激活过程的第 ⑤－⑨ 步（与移动终端不直接相关）完成之后，pppd 执行第 ⑩ 步，在函数 make_ppp_unit( ) 中调用 ioctl(PPPIOCNEWUNIT) 创建一个网络接口（如ppp0）。当 PPP 协议模块在处理 PPPIOCNEWUNIT 时，调用函数 register_netdev( ) 向内核注册 PPP 网络接口，该网络接口的传输函数指向函数 ppp_start_xmit( )。值得注意的一点是，如果关闭进程 pppd，行规程会由 N_PPP 切换回默认的 N_TTY，因此，在移动终端与监控电感器命名中心通信的过程中不能关闭 pppd 进程。
至此，移动终端完成了向 GPRS 网络的拨号，这样它就拥有了一个可以用于与监控中心进行通信的网络接口（如ppp0）。
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