0 引 言
    近年來，嵌入式技術(shù)發(fā)展迅速。嵌入式系統(tǒng)是指以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁減，適合應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域，嵌入式系統(tǒng)具有傳統(tǒng)的微機(jī)系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢。首先，硬件集成度高，程序可固化在FLASH／ROM等芯片中，不易破壞，因此系統(tǒng)可靠性大大提高；其次，隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，高端微型處理器和SoC廣泛應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)的體積不斷減小，攜帶和使用非常方便；再次，嵌入式系統(tǒng)易擴(kuò)展出輸入／輸出(I／O)接口來實(shí)現(xiàn)各種功能；最后，嵌入式系統(tǒng)具有成本低、開發(fā)周期短的特點(diǎn)。
    遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信可以采用多種形式，但主要的有兩大類：專用網(wǎng)絡(luò)和公用網(wǎng)絡(luò)。公用網(wǎng)絡(luò)由商業(yè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營公司建設(shè)和經(jīng)營，向用戶提供各種網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)，特別適合構(gòu)建低成本、高性能數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。公用網(wǎng)絡(luò)又分為有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)，而無線網(wǎng)絡(luò)具有接入方便等獨(dú)特的優(yōu)勢，因而可以非常方便地構(gòu)建移動數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。
    隨著我國電網(wǎng)的不斷擴(kuò)大，輸電線路越來越多、越來越復(fù)雜，給線路運(yùn)檢人員日常維護(hù)和檢修造成了一定的困難。輸電線路運(yùn)檢人員一般工作在野外，需要用導(dǎo)航系統(tǒng)來識別路徑，當(dāng)遇到危險(xiǎn)情況下尋求救援時(shí)也需要將自己的位置信息傳輸給監(jiān)控中心。而目前普遍使用的手持定位系統(tǒng)和車載定位系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)市區(qū)和主干道上的導(dǎo)航，不能滿足輸電線路運(yùn)檢導(dǎo)航的需要。輸電線路運(yùn)檢導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有效地解決了目前導(dǎo)航系統(tǒng)的弊端。
    本文重點(diǎn)是解決輸電線路運(yùn)檢導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸問題，采用GPRS技術(shù)結(jié)合Linux操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。關(guān)于應(yīng)用嵌入式技術(shù)和無線移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)出現(xiàn)了不同的研究方案，并充分展現(xiàn)了其廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和前景。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
    整個(gè)系統(tǒng)由手持終端和遠(yuǎn)端服務(wù)器構(gòu)成，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。手持終端設(shè)備通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控中心服務(wù)器之間的通信，使得當(dāng)監(jiān)控中心接入Internet網(wǎng)絡(luò)時(shí)能夠接收來自手持終端的數(shù)據(jù)，并在監(jiān)控中心大屏幕上顯示。

    手持終端采用ARM-Linux系統(tǒng)。系統(tǒng)的核心部件ARM(AdvancedRISC Machines)處理器是專門針對嵌入式設(shè)備設(shè)計(jì)的，是目前構(gòu)造嵌入式系統(tǒng)硬件平臺的首選，采用RISC(精簡指令集計(jì)算機(jī))架構(gòu)的ARM微處理器具有體積小、低功耗、低成本、高性能的特點(diǎn)。而Linux操作系統(tǒng)可公開獲得的源代碼已經(jīng)在性能、功能、驅(qū)動開發(fā)和可移植性等方面經(jīng)歷了無數(shù)的改進(jìn)、增強(qiáng)及擴(kuò)充，其操作系統(tǒng)代碼可裁減，所以采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)可以大大提高系統(tǒng)的可靠性，充分發(fā)揮處理器的多任務(wù)潛力，提高開發(fā)效率和縮短開發(fā)周期。

2 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)
    手持終端硬件結(jié)構(gòu)主要分為以下幾個(gè)部分：ARM處理器及其擴(kuò)展接口、觸摸屏、電源、GPS模塊、GPRS模塊等。手持終端硬件平臺以S3C2410控制器為核心，其他模塊通過它的內(nèi)部接口，輔助以設(shè)計(jì)的外部電路來完成相應(yīng)的功能。
    S3C2410自帶3通道UART，這里使用的串口2與GPRS模塊相連，如圖2所示。由圖中可以看出GPB6～8代替了串口2的CTS，DCD和DTR握手信號，因此要在串口驅(qū)動中將原來對于串口2“DCD，DTR，CTS”信號操作的地方，改成相應(yīng)對“GPB6～8”的操作；此外，因?yàn)橐oMC35i模塊“IGT”引腳至少100 ms的低脈沖用于啟動MC35i模塊，而這個(gè)脈沖是通過由軟件的方法對-GPB9腳寫0和1來產(chǎn)生，因此要在驅(qū)動中串口初始化的部分添加這個(gè)脈沖產(chǎn)生的代碼，用于啟動GPRS模塊。
    系統(tǒng)使用的嵌入式Linux內(nèi)核版本是2．6．14，其中串口驅(qū)動的部分位于ARM板內(nèi)核的kernel／driv-ers／serial和／kernel／drivers／char／目錄下。其中串口初始化部分位于／kernel／drivers／serial／serials3c2410．c文件中。對其進(jìn)行如下修改：

    對于握手信號的處理位于／home／guoguo／kernel／drivers／char／serial．c文件中。主要需要修改的函數(shù)有：check_modem_status()，get_modem_info()，block_til_ready()，line_info()，autoconfig()等函數(shù)。
    上述的函數(shù)中都有涉及到讀握手信號的狀態(tài)進(jìn)行判斷操作，而讀握手信號值主要是通過讀modem狀態(tài)寄存器的值來實(shí)現(xiàn)，在內(nèi)核中modem狀態(tài)寄存器被定義為UART_MSR，UART_MSR共8 b，從高到低每個(gè)bit依次代表的是DCD，RI，DSR，CTS，DDCD，TERI，DDSR，DCTS的值(高低電平)，因此要將這些函數(shù)中對UART MSR的狀態(tài)值status進(jìn)行判斷處理前，相應(yīng)的位賦上正確的值，這個(gè)值從相應(yīng)的GPIO腳來獲取。

[!--empirenews.page--]3 系統(tǒng)通信程序?qū)崿F(xiàn)
    在Linux下要完成與掛接在Internet上的通信服務(wù)器通信，首先需要經(jīng)過GPRS模塊初始化和GPRS網(wǎng)絡(luò)連接，然后才能使用TCP／IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
    GPRS模塊初始化程序功能：實(shí)現(xiàn)MC35i模塊初始化并完成MC35i與S3C2410的邏輯連接。在該程序內(nèi)部使STB選通信號變?yōu)楦唠娖?，并持續(xù)規(guī)定時(shí)間，然后恢復(fù)成低電平，完成對MC35i的初始化工作，緊接著通過有關(guān)控制信號實(shí)現(xiàn)S3(22410與MC35i的邏輯連接。初始化程序可直接在Linux命令行下執(zhí)行命令I(lǐng)n-smodigto即可完成。
    GPRS網(wǎng)絡(luò)連接程序功能：使Mc35i以某種通信協(xié)議連接到GPRS網(wǎng)絡(luò)上。網(wǎng)絡(luò)連接使用第三方提供的內(nèi)置PPP通信協(xié)議的軟件，其命令如下：
    /connect
    當(dāng)連接成功后，由于GPRS網(wǎng)絡(luò)通過中國移動網(wǎng)關(guān)連接到了Internet網(wǎng)，因此就可以利用TCP／IP協(xié)議與Internet上的任何IP地址進(jìn)行通信了。
    由于Linux操作系統(tǒng)已內(nèi)置TCP／IP協(xié)議棧，因此可以直接使用套接字編程實(shí)現(xiàn)TCP／IP的數(shù)據(jù)傳輸。套接字的基本模式是C／S(客戶／服務(wù)器)，內(nèi)置GPRS模塊的設(shè)備工作在客戶模式，而遠(yuǎn)程Internet網(wǎng)上的通信服務(wù)器工作在服務(wù)器模式?？蛻舳顺绦蚧玖鞒淌牵簞?chuàng)建套接字，綁定套接字到已知端口上，然后請求連接，最后調(diào)用數(shù)據(jù)收發(fā)函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送。在客戶端通信程序執(zhí)行前，服務(wù)器端的程序必須完成初始化并開始偵聽。
    客戶端程序如下：

   

4 監(jiān)控中心軟件設(shè)計(jì)
    監(jiān)控中心程序負(fù)責(zé)整個(gè)工作區(qū)域畫面的顯示，特殊區(qū)域劃分的繪制和管理以及對所有運(yùn)檢人員的跟蹤。根據(jù)電力部門對各工作區(qū)域的特殊區(qū)域劃分，將其用不同的顏色顯示，方便監(jiān)控人員的監(jiān)視及管理。
    監(jiān)控中心軟件利用MapXMobile控件實(shí)現(xiàn)GIS的基本功能，以Microsoft公司的可視化開發(fā)環(huán)境VC為開發(fā)平臺，進(jìn)行二次開發(fā)。
    手持終端系統(tǒng)通過綁定操作綁定到目標(biāo)主機(jī)(上位機(jī)服務(wù)器)IP地址和某一端口(本系統(tǒng)設(shè)置為5200)，并通過TCP進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)編程的方法實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心軟件讀取端口5200接收到的數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)地在監(jiān)控畫面上顯示出來，從而實(shí)現(xiàn)位置監(jiān)控。
    目前廣泛應(yīng)用的監(jiān)控中心電子地圖，一般只能顯示主要城市市區(qū)和主干道地圖，不能顯示縣級以下電子地圖，而本系統(tǒng)繪制了縣級以下電子地圖，從而實(shí)現(xiàn)了對輸電線路運(yùn)檢人員位置的有效監(jiān)控。
    監(jiān)控中心軟件電子地圖的主要創(chuàng)新點(diǎn)在于：
    縣級以下公路的顯示 這部分主要是利用采集的地圖數(shù)據(jù)，結(jié)合SQL數(shù)據(jù)庫或MSACCESS數(shù)據(jù)庫，以VC為開發(fā)平臺進(jìn)行繪制；
    路徑軌跡的記錄與回放 利用GIS控件中的函數(shù)，通過對數(shù)據(jù)庫中路徑軌跡數(shù)據(jù)的操作，實(shí)現(xiàn)路徑軌跡的回放。

5 結(jié) 語
    該研究設(shè)計(jì)了基于Linux和GPRS的數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)，并介紹了數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)的硬件組成、硬件連接方案及串口驅(qū)動的修改，同時(shí)列出了軟件的實(shí)現(xiàn)方法。本研究還結(jié)合該系統(tǒng)在輸電線路運(yùn)檢導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用，闡述了系統(tǒng)的組成、功能和特點(diǎn)。
    該系統(tǒng)在科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用方面的網(wǎng)絡(luò)功能優(yōu)勢明顯。在輸電線路運(yùn)檢中，運(yùn)行班組相對固定的情況下，該系統(tǒng)使得其他參與檢修人員在線路年度大修和故障搶修時(shí)不需要運(yùn)行班組專人帶路，節(jié)省人力也提高了效率；同時(shí)監(jiān)控中心又可以對檢修人員的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。
    GPRS數(shù)據(jù)傳輸方式的快速性和實(shí)時(shí)性能夠滿足傳輸定位數(shù)據(jù)的需求，而且能夠直接與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，應(yīng)用靈活方便。測試結(jié)果表明，本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)信號的可靠傳輸。但該系統(tǒng)在機(jī)密數(shù)據(jù)傳輸保密上，還有待進(jìn)一步完善。