基于mC/OS-II的視頻監(jiān)控終端無線網(wǎng)絡接口設計

摘要：本文研究的視頻監(jiān)控終端采用mC/OS-II作為其嵌入式操作系統(tǒng)，利用GPRS無線傳輸模塊接入互連網(wǎng)，接收服務器可以在監(jiān)控中心實時監(jiān)控多點傳來的視頻監(jiān)控信號。文中給出了該系統(tǒng)的詳細設計方案。

　　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(tǒng)，為了支持 GPRS網(wǎng)絡通信，系統(tǒng)需要PPP或SLIP協(xié)議的支持。由于mC/OS-II不包括TCP/IP協(xié)議棧，所以要編寫設備的網(wǎng)絡接口。本文選用免費的 TCP/IP協(xié)議棧LwIP v0.6.4作為設計核心，在mC/OS-II上移植了LwIP以實現(xiàn)TCP/IP協(xié)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(wǎng)絡接口原理

　　圖像監(jiān)控系統(tǒng)工作流程

　　工作時，圖像監(jiān)控系統(tǒng)首先將接收服務器連入Internet，取得服務器的公網(wǎng)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(jù)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(shù)據(jù)進行相應的協(xié)議處理后再轉發(fā)。MC35模塊主要由射頻天線、內(nèi)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(xié)議處理器，用來處理外部系統(tǒng)通過串口發(fā)送過來的AT指令。射頻天線部分主要實現(xiàn)信號的調制與解調，以及外部射頻信號與內(nèi)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(wǎng)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(tǒng)指定LPC2104的P0.13信號線經(jīng)MAX3232電平轉換后作為MC35的DTR。系統(tǒng)上電復位后，首先進行工作頻率等參數(shù)設置，然后進行撥號和PPP協(xié)商，得到系統(tǒng)本地IP，完成GPRS的Internet接入。ARM CPU將用戶數(shù)據(jù)先打成IP包，再經(jīng)串口發(fā)送給MC35，MC35把其封裝成GPRS分組數(shù)據(jù)包傳到GPRS網(wǎng)絡。

　　網(wǎng)絡接口協(xié)議

　　本系統(tǒng)的視頻監(jiān)控儀網(wǎng)絡通信分層結構如圖2所示，GPRS服務節(jié)點和網(wǎng)關節(jié)點等GPRS內(nèi)部節(jié)點都簡化抽象為GPRS網(wǎng)絡，GPRS內(nèi)部協(xié)議及Internet網(wǎng)關協(xié)議等都簡化抽象為GPRS網(wǎng)關協(xié)議。

　　視頻監(jiān)控終端網(wǎng)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(tǒng)中的GPRS Modem和Internet之間建立起來。

　　數(shù)據(jù)鏈路層：PPP協(xié)議將原始的GPRS物理層連接改造成無差錯的數(shù)據(jù)鏈路，系統(tǒng)遠程登錄Internet，并得到GPRS網(wǎng)關分配的A類IP地址。

　　網(wǎng)絡層：采用IP協(xié)議作為網(wǎng)絡層協(xié)議。IP協(xié)議將接入Internet、具有不同IP地址的終端都聯(lián)系起來。經(jīng)過IP路由選擇，可以令本系統(tǒng)與連在Internet上的任一IP終端進行數(shù)據(jù)交互。

　　傳輸層：選擇TCP作為傳輸層協(xié)議，為數(shù)據(jù)傳輸提供面向連接的可靠服務。

　　圖2 視頻監(jiān)控儀網(wǎng)絡通信分層結構

　　視頻監(jiān)測終端網(wǎng)絡接口軟件設計

　　LwIP在mC/OS-II上的實現(xiàn)

　　LwIP協(xié)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(tǒng)、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(xiàn)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。