数据终端设备与无线通信模块之间串行通信链路复用协议（TS27.010）在嵌入式系统上的开发

２ Ｗａｖｅｃｏｍ ＧＳＭ／ＧＰＲＳ模块Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ协议介绍

笔者选用了Ｗａｖｅｃｏｍ的Ｑ２４０３Ａ，这是一款Ｅ－ＧＳＭ／ＧＰＲＳ ９００／１８００的双频模块。这个模块支持大部分常用的ＡＴ命令，但不支持标准的ＴＳ２７．０１０协议。为了能够数据／命令复用，Ｗａｖｅｃｏｍ定义了自己的ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ协议。

Ｗａｖｅｃｏｍ的复用协议允许一条串行链路上同时进行两个会话（即虚连接）：一个ＡＴ命令的会话和一个数据通信的会话。ＡＴ＋ＷＭＵＸ＝１将激活模块的复用模式。在这种模式下，ＡＴ命令和数据都被封装成数据包。通过包头，可以区分是数据包还是ＡＴ命令包。

２．１ ＡＴ命令包格式

ＡＴ命令包帧格式如图２所示。第一个字节（０ｘＡＡ）用于标识这是一个命令包，第二个字节是ＡＴ命令长度的低八位。第三个字节由两部分组成：低３位是ＡＴ命令长度的高３位；高３位用于标识一个ＡＴ命令。ＡＴ命令的最大长度可以为２０４７字节。校验和?穴ｃｈｅｃｋｓｕｍ?雪是包中所有字节（包括头和ＡＴ命令）之和对２５６取模。

图4 Linux下串行通信数据流和函数调用示意图

    ２．２ 数据包格式

数据包各个字段（除ｐａｃｋｅｔ ｔｙｐｅ外）意义与ＡＴ命令包相同，其帧格式如图３所示。数据包有以下几种类型：

·Ｔｙｐｅ＝０——ＤＡＴＡ 包：这个包是发送到无线链路上或者从无线链路上接收到的数据

·Ｔｙｐｅ＝１——ＳＴＡＴＵＳ包：这个包给出了ＳＡ、ＳＢ、Ｘ和中断条件编码的信息。

状态包的长度总为１字节。任何一个状态（除了ｂｒｅａｋ）改变时，所有的状态位都要发送出去。缺省情况下，所有的状态位都是关闭的（因此ＤＴＲ、ＲＴＳ都是关闭的），所以在打开复用开关准备传送数据之前，一定要发送一个状态包。

·Ｔｙｐｅ＝２——ＲＥＡＤＹ包：这个包表示发送ＲＥＡＤＹ包的一方可以接收数据了。包中没有数据，所以长度字段为０。

·Ｔｙｐｅ＝３——ＢＵＳＹ 包：这个包表示发送ＲＥＡＤＹ包的一方忙，无法接收数据。包中没有数据。

３ Ｌｉｎｕｘ下串口通信系统的组成

要在Ｌｉｎｕｘ系统上实现ＴＳ２７．０１０协议，就必须了解Ｌｉｎｕｘ下串口驱动软件模块的结构。

图４不但给出了Ｌｉｎｕｘ ｋｅｒｎｅｌ中串口通信模块的组成结构，还形象地表示出了数据是如何在用户和硬件接口之间流动的（笔者使用Ｌｉｎｕｘ ２．４．１９的内核）。从图４可以看到串口通信模块可在逻辑上分为三层：ＴＴＹ层、ｌｉｎｅ ｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅ层和底层驱动层。ＴＴＹ层是用户空间和内核空间的桥梁，用户程序和内核需要通过ｔｔｙ层交换数据；Ｌｏｗ－ｌｅｖｅｌ ｄｒｉｖｅｒ则负责硬件的交互，它对硬件进行控制和读写操作；ｌｉｎｅ ｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅ层是整个串行通信模块中最灵活、设计最巧妙的一层，它要为一个串行口的使用定下数据交互的“规程”，在Ｌｉｎｕｘ内核中已经存在了许多ｌｉｎｅ ｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅ，例如ＰＰＰ、ＳＬＩＰ、ＴＴＹ等。缺省使用ＴＴＹ ｌｉｎｅ ｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅ。可以根据需要将ｌｉｎｅ ｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅ替换成Ｌｉｎｕｘ已经定义的ｌｉｎｅ ｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅ结构，甚至替换为自己的ｌｉｎｅ ｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅ结构。

在图４中，向硬件接口写数据的过程是显而易见的。但是，用户程序从硬件读取数据的过程却要复杂一些，这是因为硬件与用户空间之间没有直接的联系。解决的办法就是使用缓冲技术，硬件接收数据存储于ｋｅｒｎｅｌ ｂｕｆｆｅｒ中，等待用户程序请求这些数据；如果用户程序请求数据时，这个ｂｕｆｆｅｒ是空的，那么用户程序就会被挂起，直到ｂｕｆｆｅｒ中有数据时，它才被唤醒。实际上，ＴＴＹ相关的缓冲是由两级构成的：一个“常规”ｂｕｆｆｅｒ（数据等待着ｌｉｎｅ ｄｉｓｃｐｌｉｎｅ取走，缺省情况下传到用户空间）和一个“ｆｌｉｐ”ｂｕｆｆｅｒ（硬件驱动函数将底层进来的数据尽可能快地存入这个缓冲，而不必考虑并发存取问题，因为这个ｂｕｆｆｅｒ是每个硬件驱动专有的）。ｆｌｉｐ ｂｕｆｆｅｒ由两个物理的缓冲实现，并被交替地写入，这样中断处理函数就会总有一个缓冲可用。

Ｌｉｎｕｘ下串口软件的这种分层结构虽然增加了复杂性，但是它带来的好处是多方面的。第一，串口模块更加灵活，在为新的串口硬件编写驱动程序时，只需修改和增加最底层的软件即可；第二，上层应用程序可以根据需要改变ｌｉｎｅ ｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅ的处理软件，在使用ＰＰＰ、ＳＬＩＰ等协议进行拨号连接时，都需要将原有的ｌｉｎｅ ｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅ替换为ＰＰＰ或