基于73M2901的远程数据传输系统

摘要 介绍一种远程数据传输系统。该系统是通信电缆健康状况监测系统的一部分，它基于μC／OS-II软件平台，使用LPC2132控制Modem芯片73M2901，通过电话线实现数据远程传输。该方案工作可靠，成本低，易于升级，可以广泛应用于工业远程监控、智能家居、无人值守场所等各个领域。
关键词 μC／OS-II LPC2132 73M2901 远程数据传输

引 言
    远程数据传输系统应用广泛，尤其是在一些特殊的应用场合，监测或者控制对象由于距离较远或者现场比较危险，只能把采集的数据传输到远离现场的地方进行分析处理，因此需要一种可以进行远程数据传输的嵌入式系统，以便能够实现在远处对工作系统的监视、控制和故障排除，避免恶劣的环境对身体造成损害。本系统是通信电缆健康状况监测系统的一部分，将通信电缆的工作状况远程传输，从而实现异地监测。本文提出了一种体积小、重量轻、成本低、实施方便，基于LPC2132芯片的，以电话线为数据传输媒质的嵌入式应用系统，从硬件和软件方面对系统的设计进行了详细说明，并给出具体实现方法。

1 硬件设计
1.1 系统原理
    如图l所示，远程数据传输系统由主控LPC2132、Modem芯片73M2901、RS232串口转换电路组成。LPC2132通过UART0接收通信电缆数据采集仪的数据，进行CRC校验后通过UARTl发给Modem。LPC2132是Philips公司基于32／16位ARM7TDMI-S内核开发的微控制器。由于LPC2132内嵌64 KB的高速Flash存储器和16KB片内静态RAM，具有2个符合16C550工业标准的串行接口，且其中一个包含标准的调制解调器接口信号，因此非常适合用来控制Modem芯片进行远程数据传输。73M2901是TDK公司推出的低功耗、低速、单片式调制解调器，具有很高的集成度，与LPC2132一起可以构成一个轻便小巧的嵌入式远程终端。

1．2 73M2901芯片简介
    73M2901内置标准的8032微处理器和1个协处理器，因此在处理复杂信号的同时还可以实现多种控制功能。其数据终端采用异步串行传输方式，最多町以支持2 400 bps个双工数据传送；此外，还支持AT指令集，其主要引脚功能如表l所列。

    73M2901由数据终端接口、调制解调部件和模拟终端接口3部分构成。
    ①数据终端接口：主要功能是完成数据终端设备(DTE)与调制解调器之间的连接。73M2901芯片提供的串行数据终端接口包括TXD、RXD、RTS、CTS、DSR、DCD、TXCLK、RXCLK等。
    ②调制解调部件：核心是调制解调芯片。Modem的绝大多数功能都是由这片大规模集成电路来实现的，包括调制解调过程、扰码解扰码过程、信道分割、线路均衡和指示工作状态等。
    ③模拟终端接口：包括拨号脉冲电路、振铃检测电路和音频信号通道3部分。通过这部分电路可以将Modem与通信信道连接起来。
    ◆拨号脉冲电路：摘挂机信号由73M2901／5V的RELAY引脚给出，完成摘挂机动作。当RELAY发出高电平时为挂机，发出低电平时为摘机。
    ◆振铃检测电路：用于检测电话线送来的铃流信号。当信道内没有振铃信号时，73M290l的RING端为无效的高电平；当振铃信号来到时，RING变为有效的低电平，完成振铃检测。
    ◆音频信号通道：模拟信号发送端是73M2901／5V芯片的TXAN和TRAP引脚，提供差分信号输出。73M290l／5V还提供一个输入引脚RXA，RXA端是非平衡的模拟输入端口，接收的音频信号为单端对地的模拟信号。
    模拟接口电路主要功能如下：
    ◇调制解调器内部不平衡电路与平衡型通信信道之间的转换；
    ◇调制解调器内部四线电路与二线通信信道之间的转换；
    ◇识别通信信道传来的交流振铃信号，并将其转换成TTL直流电平；
    ◇拨号时能发出符合规定的脉冲串或双音多频信号。
1．3 UARTl串口传输
    本系统直接将73M290l连接到LPC2132的UARTl串口上，进行数据传输工作，接口结构如图2所示，UARTl的引脚功能描述如表2所列。

    假设LPC2132对仪器发送过来的数据进行校验之后，要通过73M290l向远程计算机发送，LPC2132和73M290l作为主叫端，远程计算机和标准Modem作为被叫端，则数据发送过程为：
    ①系统初始化，使数据终端就绪信号DTR有效，然后LPC2132向73M290l发出拨号指令，73M2901收到拨号指令后向被叫端Modem发出拨号音，使被叫端Modcm振铃。振铃次数达到软件设置的次数时，Modem将自动应答，进入摘机状态。
    ②被叫端摘机后一边向主叫端发送应答载波，一边向本端计算机发出DSR信号；然后被叫端计算机便开始监视DCD信号，等待对方载波信号的到来。主叫端73M2901检测到应答载波以后向LPC2132发出DCD信号，标志着呼叫成功。
    ③呼叫成功后，主叫端73M2901向LPC2132发出DSR信号；LPC2132收到该信号后，得知线路连接己完全建立，即向73M290l发出RTS信号。73M2901将向被叫端发出载波并回送CTS信号，当主叫端LPC2132收到CTS信号以后，表示握手成功。
    ④被叫端Modem检测到主叫端发来的载波信号后就发出DCD信号，通知被叫端计算机数据链路已经建立。
    ⑤数据链路建立以后，LPC2132便可以向计算机传送数据。
    ⑥LPC2132在数据传送完毕后向73M2901发出挂机命令，并发出无效的RTS信号；73M2901立即停发载波，并回送无效的CTS信号。被叫端Modem因收不到主叫端发来的载波信号而使DCD信号无效，计算机即向Modem发出挂机指令；Modem挂机后DSR信号无效，应答载波停发。主叫端73M290l因不发载波又收不到载波而使DCD、DSR信号无效。至此，数据链路拆除。系统处于待机状态，等待LPC2132再次要求建立连接。

2 系统软件设计
2．1 通信模块
    本系统软件基于μC／OS-II平台实现，采用ADSl．2集成开发环境调试。整个软件系统分为2个任务，包括4个模块：数据队列模块、UARTO的串口接收模块、CRC校验模块和UARTl的Modem通信模块。系统主程序流程如图3所示，系统的各个任务由μC／OS-II核统一协调分配CPU资源。
    在收发数据时，为了平衡通信电缆数据采集仪、LPC2132和73M290l三者间的传输速率，本程序使用数据队列作为数据缓存。数据队列采用先入先出(FIFO)的方式，其空间大小在项目中的config，h文件中定义。数据空间的地址惟一，且只对应一个数据队列。数据队列子程序(queue．c)定义了6个函数．分别为：QueueCreate，建立数据队列；QueueRead，获取队列中的数据；QueueWritc，FIFO方式发送数据；QueueFlush，清空队列；QueueNData．获取队列中数据数目；QuEueSize，获取队列空间容量。

    由于LPC2132是通过73M2901向远程设备发送数据的，因此只需要编写Modem发送子程序。Modem通信子程序包括8个函数，分别为：UARTlInit，初始化UARTl；UARTl_Exception，UARTl中断服务程序；GeTModemState，获取Modem的状态；ModemInit，初始化Modem；ModemWrite，通过Modem发送多个字节数据；ModemCommand，发送Modem命令；ModemDialUp，通过Modem拨号；ModemDialDown，挂断Modem。系统启动时需要对UARTl进行向量中断初始化，即在工程的target．c文件中编写初始化程序。
    LPC2132通过UART1发送AT指令控制Modem的工作状态，然后向MoEdem发送数据。uARTl的具体工作方式为：发送信号量初始值设为发送缓冲的大小，并且关闭发送中断。发送数据时，用户任务在信号量上等待，如果发送缓冲未满，则用户任务向发送缓冲巾写入数据。如果写入的是发送缓冲中的第一个字节，则允许发送中断，然后从发送缓冲中取出最早写入的字节输出至UART1，这个操作又触发了下一次的发送中断。如此循环直到发送缓冲中最后一个字节被取走，重新关闭发送中断。在向UART1输出的同时，给信号量发信号，发送任务据此信号量计数值来了解发送缓冲中是否有空间。数据发送流程图如图4所示。

2．2 CRC校验模块
    信号在物理信道中传输时，线路本身电器特性造成的随机噪声、信号幅度的衰减、频率和相位的畸变、相邻线路问的串扰以及各种外界因素(开关的跳线、外界强电流磁场的变化和电源的波动等)都会造成信号的失真。在数据通信中，将会使接收端收到的二进制数位和发送端实际发送的二进制数位不一致，从而造成由“0”变成“l”或由“l”变成“O”的差错。为了把差错限制在尽可能小的范围内，在数据的远程传送中，广泛采用循环冗余校验码(CRC)。其编码简单，误判率很低，检错能力强，占用系统资源少，用软硬件方式均能实现。CRC的英文全称为Cyclic Redundancy Check，电是采用给信息码加上几位校验码的方式来增大整个编码系统的码距，增强查错纠错能力。
2．3 μC／OS-II在LPC2132上的移植
    所谓“移植”，就是使一个实时内核能在其他的微处理器或微控制器上运行。要使同一个内核能适用于不同的硬件体系，就要存内核和硬件之间有一个中间层，即与处理器相关的移植代码，这部分代码因处理器而异。大部分μC／OS-II的代码是用C语言编写的，因此μC／OS-II的可移植性强。然而，仍需要用汇编语言编写一些与处理器硬件相关的代码，这是因为实现μC／OS-II读／写处理器寄存器时只能通过汇编语言来宴现。在μC／OS-II中，这部分代码分成3个文件：OS_CPU．H、IS_CPU_A．ASM和OS_CPU_C．C。因此，把μC／OS-II移植到LPC2132中时需要对上述3个文件进行部分修改。

结 语
    LPC2132硬件资源丰富，使得该系统具有体积小、重量轻、成本低等特点；采用了CRC校验，从而提高了通信的查错纠错能力。此外，基于μC/OS-II平台实现软件功能，使得该系统运行稳定，维护方便，升级简单。