Android的GPRS的車載通信終端設(shè)計(jì)

　　采用Android操作系統(tǒng)和MD231GPRS模塊，以S3C6410嵌入式處理器為核心，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于車輛故障參數(shù)的GPRS遠(yuǎn)程傳輸?shù)耐ㄐ沤K端，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理、遠(yuǎn)程傳輸。通過通信終端能對(duì)車輛狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，出現(xiàn)故障時(shí)，可以根據(jù)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的修理，減少車輛的拋錨時(shí)間。

0 引 言

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，通信終端由單一的通話工具變成信息綜合處理平臺(tái)，成為辦公、野外作業(yè)重要工具。

隨著半導(dǎo)體制作工藝的發(fā)展和芯片設(shè)計(jì)水平的進(jìn)步，微處理器的性能大幅度地提高，ARM（Advanced RISCMachines）以其體積小、低功耗、低成本、高性能的特點(diǎn)逐漸在工業(yè)、無線通信、網(wǎng)絡(luò)消費(fèi)電子等領(lǐng)域占據(jù)主流。

其中，在無線通信領(lǐng)域85%的無線通信設(shè)備采用了ARM 技術(shù)。另外，Android是Google于2007年11月5日宣布的基于Linux平臺(tái)的開源手機(jī)操作系統(tǒng)，它開放性好，功能擴(kuò)展性強(qiáng)，并可集成Google應(yīng)用。

車輛故障遠(yuǎn)程監(jiān)控是一個(gè)實(shí)時(shí)的過程，當(dāng)有故障數(shù)據(jù)出現(xiàn)就通過GPRS發(fā)送到監(jiān)控中心，同時(shí)監(jiān)控中心給終端發(fā)送相應(yīng)的執(zhí)行命令，減少汽車拋錨時(shí)間。本文中使用了訊研通信息技術(shù)有限公司的MD231GPRS模塊和三星公司的S3C6410芯片。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

終端由ARM11?1 e衂芯片模塊通過串口線控制GPRS模塊的數(shù)據(jù)收發(fā)，連接到移動(dòng)公司的GPRS網(wǎng)絡(luò)，再連接到遠(yuǎn)程的計(jì)算機(jī)監(jiān)控中心，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)傳輸功能。

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件部分包括處理器的選型、Android內(nèi)核移植等等，主要是為軟件部分搭建環(huán)境。軟件部分基于Java環(huán)境在Eclipse下編程，完成GPRS的數(shù)據(jù)傳輸功能。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1 總體設(shè)計(jì)流程

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

本終端硬件由GPRS模塊和ARM11芯片處理模塊組成。由于Android系統(tǒng)對(duì)硬件的要求及經(jīng)濟(jì)考慮，處理器選擇為ARM11,內(nèi)核版本選擇為Android-Kernel-2.6.36,Android操作系統(tǒng)版本為Android-2.3.

ARM11芯片模塊主要由S3C6410A 處理器、256MDDR RAM 內(nèi)存、1GB NAND FLASH 存儲(chǔ)器、串口、7寸LCD顯示器組成，NAND FLASH存儲(chǔ)器用于存放已調(diào)試好的應(yīng)用程序和嵌入式Android操作系統(tǒng)，串口用于調(diào)試系統(tǒng)及與終端設(shè)備進(jìn)行通信，7寸LCD液晶顯示屏用于顯示系統(tǒng)信息和相關(guān)的狀態(tài)。目前，GPRS技術(shù)比較成熟，GPRS模塊選擇實(shí)惠型MD321模塊。

GRPS模塊外圍有電源、天線和串口線，其中，串口線用于與ARM11處理器進(jìn)行通信，能完成數(shù)據(jù)傳輸、短信收發(fā)、語音等系統(tǒng)框圖如圖2所示[1].

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

2.2 Android操作系統(tǒng)移植

有了ARM11的硬件，就可以進(jìn)行Android操作系統(tǒng)的移植。Android基于Linux內(nèi)核，Google提供的內(nèi)核源代碼中除了Linux部分外，有很大一部分是與虛擬處理器Qemu和模擬硬件平臺(tái)Goldfish相關(guān)。所以欲將Android移植到實(shí)際的硬件平臺(tái)上，需要編譯出一個(gè)適合目標(biāo)平臺(tái)運(yùn)行的系統(tǒng)內(nèi)核。

在這里，電腦虛擬機(jī)上安裝的是Ubuntu系統(tǒng)，用于Uboot移植和Android 內(nèi)核裁剪和編譯，并在Ubuntu 上安裝交叉編譯器arm-none-linuxgnueabi-gcc.

2.2.1 Uboot移植

下載U-boot源碼，在解壓文件夾里，刪除與該硬件版本無關(guān)的文件。在board目錄下建立Mini6410文件夾，把smdk6400目錄下的所有文件都拷貝到Mini6410目錄下，并建立自己的配置文件Mini6410.h,配置MakeFile文件；修改start.S文件、添加nand.c文件和修改Mini6410.h,使其支持從NAND FLASH 啟動(dòng)；在Mini6410.h里，對(duì)網(wǎng)卡DM9000A、默認(rèn)下載地址、環(huán)境變量等進(jìn)行配置；修改網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)。最后編譯Uboot生成Uboot.bin二進(jìn)制文件[2].

2.2.2 Android內(nèi)核的移植

下載Android內(nèi)核源碼，進(jìn)入解壓的Kernel.git文件夾。修改common-smdk.c文件中的NAND FLASH使其為4個(gè)分區(qū)，分別為BootLoader區(qū)，內(nèi)核區(qū)，文件系統(tǒng)區(qū)，其他區(qū)；更改MakeFile文件中目標(biāo)體系結(jié)構(gòu)ARCH為ARM 和交叉編譯工具CROSS_COMPILE為arm-none-linux-gnueabi-;從Android SDK模擬器提取。config配置文件；配置內(nèi)核，選中與S3C6410有關(guān)的選項(xiàng)；從其他Linux 內(nèi)核中拷貝DM9000.h 和DM9000.c文件，并將兩個(gè)文件拷貝到內(nèi)核代碼目錄中，修改相應(yīng)的配置文件，配置內(nèi)核支持DM9000A 網(wǎng)卡；編輯mach-smdk6410.c中LCD 驅(qū)動(dòng)使其為7寸LCD,拷貝KConfig中相關(guān)內(nèi)容和文件到新內(nèi)核，并添加相應(yīng)的代碼，修改devs.h文件，然后對(duì)內(nèi)核進(jìn)行配置選擇ADC和觸摸屏選項(xiàng)。最后編譯內(nèi)核生成zImage文件[3].

2.2.3 Android文件系統(tǒng)的制作

下載Android源碼并編譯并生成out文件夾。其中root/就是root文件系統(tǒng)，將system/文件夾下的內(nèi)容拷貝到root/system 下，這樣root/文件夾就是一個(gè)基本的文件系統(tǒng)。將Ubuntu系統(tǒng)/dev下文件夾內(nèi)容拷貝到root/dev下面，并通過mknod命令創(chuàng)建需要的device[4].

2.3 硬件平臺(tái)測試

通過SD卡燒寫Uboot、內(nèi)核和文件系統(tǒng)的鏡像文件到NAND FLASH,上電重啟開發(fā)板，系統(tǒng)能正常運(yùn)行如圖3所示。運(yùn)用XP系統(tǒng)上超級(jí)終端對(duì)串口進(jìn)行通信測試，超級(jí)終端能收發(fā)信息，圖4為超級(jí)終端對(duì)Mini6410開發(fā)板根目錄的查詢，串口RS 232可用。

圖3 Android系統(tǒng)運(yùn)行界面

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3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 Android軟件開發(fā)環(huán)境的搭建

Android作為一個(gè)開放式的平臺(tái)，并將Java語言作為它的官方語言，這不僅是考慮到Java語言的強(qiáng)大功能，而且考慮Android平臺(tái)上絕大部分的程序都是基于Java的程序。Eclipse作為時(shí)下最流行的Java開發(fā)第15期唐奇明，等：基于Android的GPRS的車載通信終端的設(shè)計(jì)139工具之一，其良好的開放性、開發(fā)效率高、便于使用的特點(diǎn)非常符合OHA（Open Handset Alliance,開放手機(jī)聯(lián)盟）的主旨，非常適合作為Android的開發(fā)工具來使用。

圖4 超級(jí)終端查詢Android系統(tǒng)根目錄界面

在官方網(wǎng)站下載基于XP系統(tǒng)下的JDK6,安裝完成后需要配置環(huán)境變量、系統(tǒng)變量和路徑；在官方網(wǎng)站下載并安裝XP 系統(tǒng)下的Android SDK,啟動(dòng)SDKManager下載并安裝Android 2.3的相關(guān)Packages;在官方網(wǎng)站下載Eclipse、安裝Android DevelopmentTools插件和配置Eclipse（選擇SDK的安裝路徑）；啟動(dòng)SDK Manager,創(chuàng)建Android 2.3-API Level 9模擬器如圖5所示[5].

圖5 Android 2.3-API Level 9模擬器

3.2 GPRS通信應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件是在Eclipse環(huán)境下完成的。應(yīng)用軟件主要實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，連接遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，當(dāng)出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時(shí)，通過GPRS傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控中心，同時(shí)顯示遠(yuǎn)程監(jiān)控中心傳輸過來的命令。

3.2.1 通信應(yīng)用程序處理器通過串口與GPRS進(jìn)行通信

通信程序主要包括初始化、GPRS參數(shù)配置、建立連接、數(shù)據(jù)傳輸、斷開5個(gè)部分。GPRS通信應(yīng)用程序流程圖如圖6所示。

（1）初始化。處理器通過AT命令初始化串口，包括波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗(yàn)位等。

（2）GPRS參數(shù)配置。需要AT 命令配置GPRS一些參數(shù)才能進(jìn)行通信。參數(shù)包括GPRS模塊通信網(wǎng)絡(luò)、登陸網(wǎng)絡(luò)的用戶名和密碼、遠(yuǎn)端IP地址、端口號(hào)、通信協(xié)議類型、工作模式[6].

（3）建立連接。ARM 通過AT命令激活GPRS模式、控制GPRS進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，在正常反饋下，一條終端到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的物理通道就建立起來了。

（4）數(shù)據(jù)傳輸。在與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心連接成功后，就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)操作。當(dāng)接收數(shù)據(jù)時(shí)，終端從GPRS網(wǎng)絡(luò)上接收到數(shù)據(jù)幀，經(jīng)協(xié)議處理模塊拆封之后，提取用戶數(shù)據(jù)，然后傳輸給RS 232接口；當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，設(shè)備從RS 232接口收到要發(fā)送的數(shù)據(jù)，經(jīng)協(xié)議處理模塊封裝，然后發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)上。

（5）斷開連接。當(dāng)檢測到數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束標(biāo)志“+++”時(shí)，通過發(fā)送“AT#CONNECTIONSTOP”命令釋放數(shù)據(jù)鏈路。

圖6 GPRS通信應(yīng)用程序流程圖

3.2.2 應(yīng)用程序界面設(shè)計(jì)

應(yīng)用程序在Eclipse環(huán)境下完成的。在Eclipse上創(chuàng)建“Android Project”類型的工程，用widget（Text-View,Button,EditText等）構(gòu)建UI,生成相關(guān)xml文件，并對(duì)UI進(jìn)行事件處理（Button控件事件監(jiān)聽），軟件界面如圖7所示[7].

圖7 軟件界面

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3.3 軟件測試

通過adb工具把com.apk從模擬器中取出來，再通過adb工具把生成好的com.apk放入終端上，或者140 現(xiàn)代電子技術(shù)2012年第35卷在Eclipse編譯時(shí)直接選擇硬件MINI6410_2011W08,com.apk就直接生成在終端上了。圖8為軟件通信時(shí)的界面，在中心軟件上輸入IP地址222.212.77.78,端口號(hào)上輸入6000,點(diǎn)擊連接，接收區(qū)將顯示“connect:

addr=222.212.78.77,port=6000,type=tcp OATRACE:oa_soc_connect_req:sock_id=1connectblock waiting!”實(shí)時(shí)顯示區(qū)顯示傳感器數(shù)據(jù)，這里以車霧燈為例，車霧燈狀態(tài)0（0表示正常，1為異常），在串口發(fā)送區(qū)可手動(dòng)給監(jiān)控中心發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)以ASCII字符ESC作為結(jié)束符。為了測試能否發(fā)送數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)0為例，在發(fā)送區(qū)填寫30 1b點(diǎn)擊發(fā)送按鈕，在串口接收區(qū)有“SEND OK”字符串表示發(fā)送成功，有“SOCKET=0RECV=<datalen>:\r\n<30 1b>”字符串表示監(jiān)控中心收到數(shù)據(jù)。

圖8 數(shù)據(jù)發(fā)送界面

4 結(jié) 語

系統(tǒng)經(jīng)過集成測試，工作性能和可靠性良好，能夠在車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)有效通信，根據(jù)具體的情況給終端發(fā)送相應(yīng)的命令數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)了車輛遠(yuǎn)程的監(jiān)控。