基于8051嵌入式系统的GPRS终端实现

    关键词：GPRS终端 嵌入式系统 实时操作系统 TCP/IP

随着数据无线传输需求的骤增和中画移动GPRS业务全面投入运营，无线数据通信的应用越来越广泛。GPRS网不但具有覆盖范围广、数据传输速度快、通信质量高、永远在线和按流量计费等优点，且其本身就是一个分组型数据网，支持TCP／IP协议，无需经过PSTN等网络的转接，可直接与Internet网互通。因此GPRS业务在无线上网、环境监测、交通监控、移动办公等行业中具有无可比拟的性价比优势。

为了满足GPRS终端的低成本、小型化和移动灵活等要求，现在广泛采用单片机对GPRS终端进行控制，并且引入嵌入式系统实现TCP／IP协议栈。目前主要的困难在于：运行TCP／IP协议对计算机存储器、运算速度等要求较高，会占用大量的系统资源；而嵌入式系统大多采用8位单片机，硬件资源非常有限，支持TCP／IP协议非常困难。本文采用了在嵌入式实时操作系统uC／OS-II中移植一种小型TCP／IP协议栈uIP的方法，使基于8051嵌入式系统的GPRS终端能够在网络中进行数据传输；同时改善了系统的性能，提高了系统的可靠性，增强了系统的可扩展性和产品开发的可延续性。

图1

1 基于GPRS网的数据传输

GPRS是在GSM的基础上引入了分组控制单元(PCU)、服务支持节点(SGSN)和网关支持节点(GGSN)等新部件而构成的无线数据传输系统，其用户能够在端到端分组方式下发送和接收数据。基于GPRS网的数据传输系统如图1所示。具体的数据传输流程为：

·GPRS终端通过接口从客户系统中取出用户数据；

·处理后以GPRS分组数据的形式发送到GSM基站(BSS)；

·分组数据经SGSN封装后，发送到GPRS IP骨干网；

·若分组数据是发送到另一GPRS终端，则先发送到目的SGSN，再经BSS发送到CPBS终端；若分组数据是发送到外部网络(如Internet)，则将分组数据包经GGSN进行协议转换后，发送到外部网络。

2 嵌入式实时操作系统uC／OS-II

uC／OS-II是由Jean J．Labrosse先生编写的、现在流行的一种免费公开源代码的实时操作系统。它可广泛应用于从8位到64位单片机的各种不同类型、不同规模的嵌入式系统。带有详细注解的uC／OS-II源代码只有200页左右；其中95％左右是用C语言编写的，与MCU类型相关的代码用8088汇编写成，不超过200行。uC／OS-II不仅具有结构小巧、可固化、可裁剪、多任务和可剥夺型的实时内核等特点；而且其实时性、稳定性裙可靠性也得到了广泛认可。uC／OS-II的最小内核可编译至2KB，一般情况占用内存在10KB数量级，适用基于8051的嵌入式系统的需要。在系统中嵌入uC／OS-II可以把整个程序分成许多任务，每个任务相对独立，然后在每个任务中设置超时函数，时间用完后，必须交出MCU的使用权。即使一个任务发生问题，也不会影响其他任务的运行。在单片机系统中嵌入uC／OS-II提高了系统的可靠性，并使调试程序变得简单，同时也增强了系统的可扩展性和产品开发的可延续性。

不过uC／OS-II仅仅是一个实时操作系统内核，与商业实时操作系统软件包比较，它缺少Utilities部分，如文件系统、远程函数调用库、通信软件库。通信软件包括：TCP／IP软件库、蓝牙通信软件库、IrDA红外通信软件库等。这一类软件的解决有两种途径：一个是购买第三方软件；另一个是自己编写。如果只是用单片机实现TCP／IP协议中的某些功能，可以选用免费公开源代码的小型TCP／IP协议栈，把它移植到uC／OS-II。 目前uC／OS-II的最新版本为V2．70，但现在广泛学习和应用的是V2．52。
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3 小型TCP／IP协议栈uIP

uIP是由瑞士计算机科学院的Adam Dunkels等开发的一种免费公开源代码的小型TCP／IP协议栈，它专门为8位和16位MCU编写。uIP完全是用C语言编写，它在保证一个完整的TCP／IP栈的前提下，只保留了最必要的一系列特征，使其代码最少、占用的RAM最小；它只能处理单一的网络接口。通常的TCP／IP栈采用BSD socket A