基于ARM9及GPRS的警用車載讀寫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

石 云 黃玉清 張素文 蔣 楠

（武漢理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 武漢 430070）

當(dāng)前，在警車上警務(wù)人員要了解犯罪嫌疑人的信息是通過移動(dòng)電話或車載電臺與指揮中心聯(lián)系，這些途徑掌握的信息量有限，特別是對犯罪嫌疑人外貌特征的了解卻無能為力；況且自己建立車載電臺需要花費(fèi)大量的人力和物力.本文采用了GPRS的無線通信方式和嵌入式技術(shù)，設(shè)計(jì)了警用車載讀寫系統(tǒng)，可以很好的解決實(shí)時(shí)性、信息量、費(fèi)用等問題.

1 系統(tǒng)工作原理及關(guān)鍵問題

車載讀寫系統(tǒng)主要工作是從存有罪犯信息庫的U盤里查詢并讀出所需的詳細(xì)信息，另外還可以通過GPRS模塊進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸獲取并更新最新犯罪嫌疑人的相關(guān)信息，包括圖像信息.因此，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)：（1）USB主機(jī)驅(qū)動(dòng)及支持優(yōu)盤操作的 Mass Storage類協(xié)議的設(shè)計(jì)；（2）如何根據(jù)輸入的關(guān)鍵字搜尋出所需的信息并顯示；（3）GPRS的無線通信的實(shí)現(xiàn).

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

處理器選用接口豐富、性價(jià)比高三星公司的S3C2410，特別是其帶有USB主機(jī)接口而不需要再加USB主機(jī)控制器，有利于系統(tǒng)設(shè)計(jì).系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)［1］如圖1所示，其中存儲器包括64MB SDRAM，32MB NOR FALSH 和 8MB NAND FLASH，另外還需處理器工作必要的時(shí)鐘電路、復(fù)位電路.

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

2.1 電源電路

為節(jié)約成本，直接將車載提供12V電壓轉(zhuǎn)換成本系統(tǒng)需要的5，1.8，3.3，4.2V 等電壓，考慮到警車行駛振動(dòng)大、電氣環(huán)境差等因素，因此電源的設(shè)計(jì)關(guān)系到系統(tǒng)能否正常工作，具體電路請參考文獻(xiàn)［2］.

2.2 GPRS模塊接口設(shè)計(jì)

GPRS采用分組交換技術(shù)，具有“高速”和“永遠(yuǎn)在線”優(yōu)點(diǎn)，而且可以按傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量來計(jì)費(fèi)，這比自己建立車載電臺的費(fèi)用低廉多了.本系統(tǒng)GPRS模塊選擇M22.

M22是BENQ公司生產(chǎn)的一款多功能GSM／GPRS無線通信模塊，具有如下特點(diǎn)：（1）內(nèi)置TCP／IP over PPP的協(xié)議，可以支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)的透明和非透明傳輸，方便運(yùn)用開發(fā)；（2）支持GPRS CLASS4，即上行速度21.4kbit／s，下行速度 42.8kbit／s；（3） 支 持 EGSM900MHz，DCS1800MHz，PCS1900MHz三個(gè)工作頻段；（4）提供一個(gè)支持RS232的接口，方便硬件連接.相比其他產(chǎn)品，M22價(jià)格更便宜，而又具有如上特點(diǎn)，系統(tǒng)選擇該模塊進(jìn)行開發(fā).硬件直接通過S3C2410X的UART1接口驅(qū)動(dòng)M22進(jìn)行無線通信，其基本連接如圖2所示.

圖2 M22連接簡圖

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 U盤文件檢索實(shí)現(xiàn)

1）支持U盤操作的內(nèi)核配置（內(nèi)核層） 系統(tǒng)要識別U盤Linux內(nèi)核中必須添加USB HOST驅(qū)動(dòng)，USB主機(jī)驅(qū)動(dòng)由USB主控制器驅(qū)動(dòng)程序（HCD）、USB 核心驅(qū)動(dòng)程序（USBD）、USB設(shè)備類驅(qū)動(dòng)（Mass Storage類）3部分組成.而Mass Storage驅(qū)動(dòng)中把USB設(shè)備看作SCSI設(shè)備，所以在內(nèi)核配置優(yōu)化中以下幾個(gè)內(nèi)核選項(xiàng)必須選上：scsi設(shè)備支持，USB support中的Support for Host－side USB，OHCI HCD support以及USB Mass Storage support等選項(xiàng).

2）Bulk－Only傳輸協(xié)議的實(shí)現(xiàn)（驅(qū)動(dòng)層）Linux內(nèi)核內(nèi)部通過file＿operations數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來訪問驅(qū)動(dòng)程序提供的函數(shù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行read，write，open和close等操作.而在硬件驅(qū)動(dòng)層對數(shù)據(jù)操作實(shí)現(xiàn)過程，首先是通過Mass Storage類協(xié)議建立起B(yǎng)ulk－Only傳輸協(xié)議，包括對CBW和CSW兩個(gè)封包的定義，其次就是利用其子類UFI的特定的請求命令，實(shí)現(xiàn)對U盤文件的讀寫［3］.如常用的查詢命令（Inquiry）、讀命令（Read（10））、寫命令（Write（10））、讀容量命令（Read Capacity）.

3）文件系統(tǒng)的建立（用戶層） UFI命令要實(shí)現(xiàn)對U盤中的文件操作還需建立相應(yīng)的文件系統(tǒng)，完成對磁盤的各種操作，實(shí)現(xiàn)對文件的管理.U盤大多是按FAT文件系統(tǒng)格式存儲的，所以在系統(tǒng)配置中還需添加支持FAT文件系統(tǒng)的選項(xiàng).FAT格式的磁盤上數(shù)據(jù)大致可分為5個(gè)部分：MBR（主引導(dǎo)記錄）區(qū)、DBR（系統(tǒng)引導(dǎo)記錄）區(qū)、FAT（文件分配表）區(qū)、FDT（文件目錄表）區(qū)和DATA（數(shù)據(jù)）區(qū).FAT文件系統(tǒng)檢索文件機(jī)制是［4］：首先在FDT區(qū)找到要檢索文件的目錄項(xiàng)，得到該文件在DATA區(qū)的起始簇號，由此可以在DATA區(qū)的這個(gè)簇讀到檢索文件的數(shù)據(jù)，然后再查找到FAT表的這個(gè)簇號單元，如果內(nèi)容是文件結(jié)束標(biāo)志（0xFFFF），則表示該文件結(jié)束，否則該單元的內(nèi)容指的是該文件保存數(shù)據(jù)的下一個(gè)簇的簇號.系統(tǒng)檢索文件流程如圖3所示，假設(shè)犯罪嫌疑人的信息以bmp圖像格式存儲，其姓名為文件名.

圖3 文件檢索流程

3.2 GPRS通信實(shí)現(xiàn)

在處理器S3C2410與GPRS模塊M22之間通過UART進(jìn)行通信，因而GPRS的驅(qū)動(dòng)核心就是實(shí)現(xiàn)該模塊RS－232接口電路的驅(qū)動(dòng)程序.本系統(tǒng)與指揮中心的遠(yuǎn)程服務(wù)器采用TCP／IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，具體方式是S3C2410向M22發(fā)送AT命令控制與指揮中心建立連接，接收犯罪嫌疑人的信息，其建立過程如下：（1）AT＋CGATT＝1／／GPRS網(wǎng)絡(luò)附著；（2）AT＋CGDCONT＝1，“IP”，“APN”／／設(shè)置 GPRS接入網(wǎng)關(guān)，APN是所申請專網(wǎng)的名稱；（3）AT%CGPCO＝1，“PAP，usename，password”，1／／PAP驗(yàn)證，設(shè)置登錄名及密碼；（4）AT＄DESTIFO＝“XX.XX.XX”，1／2，PORT／／設(shè)置連接遠(yuǎn)端的IP地址，XX.XX.XX為指揮中心的IP地址，1代表TCP連接，2代表UDP連接，PORT為端口號；（5）ATD＊99＃／／用服務(wù)碼99撥號建立連接.而在GPRS通信程序模塊中定義兩函數(shù)gprs＿send＿cmd（）和gprs＿rec＿cmd（）分別實(shí)現(xiàn)發(fā)送AT命令和接收數(shù)據(jù).

3.3 QT／Embedded圖形界面設(shè)計(jì)

首先建立QT／Embedded交叉開發(fā)環(huán)境，本系統(tǒng)使用Trolltech公司的發(fā)布的自由版本qtembedded－free－3.3.4，arm－linux－gcc－3.4.1 作 為交叉編譯工具.

在QT中，事件處理時(shí)通過Signal－Slot（信號和槽）機(jī)制實(shí)現(xiàn)［4］，信號是由各可視化組件產(chǎn)生的事件，而槽是對某個(gè)信號（事件）的處理方法，它們之間通過connect函數(shù)把信號和指定的槽連接起來.基于上述機(jī)理，窗口控件就能很簡單的與具體處理子程序連接起來，GUI結(jié)構(gòu)如圖4所示.

圖4 GUI結(jié)構(gòu)圖

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

車載讀寫系統(tǒng)關(guān)鍵部分是對U盤的識別和對U盤中犯罪嫌疑人信息檢索并顯示.實(shí)驗(yàn)首先在系統(tǒng)移植2.4.10Linux內(nèi)核［5］并運(yùn)行操作系統(tǒng)后，插入512M的FLASH介質(zhì)的U盤，在屏幕上顯示如下信息說明系統(tǒng)可以識別U盤：

在U盤中以jpeg圖片格式保存罪犯信息，其姓名的漢語拼音作為文件名.在檢索窗口中用拼音輸入已存的犯罪嫌疑人姓名，檢索成功并在液晶上顯示，其效果圖5略.

5 結(jié)束語

本文將嵌入式ARM－Linux技術(shù)與GPRS無線通信方式結(jié)合，設(shè)計(jì)了警用車載罪犯信息讀寫系統(tǒng)，該系統(tǒng)為警務(wù)人員破案提供了強(qiáng)有力的實(shí)時(shí)信息源，具有很強(qiáng)的社會和經(jīng)濟(jì)價(jià)值.同時(shí)，只要添加其他應(yīng)用軟件，該系統(tǒng)就能成為車載辦公系統(tǒng)和娛樂系統(tǒng)，因此，該系統(tǒng)還具有廣泛的運(yùn)用價(jià)值.

［1］王宏強(qiáng)，王太勇，張志強(qiáng).便攜式數(shù)采儀中嵌入式USB主機(jī)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)［J］.蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，44（1）：92－95.

［2］馬 偉.計(jì)算機(jī) USB系統(tǒng)原理及其主／從機(jī)設(shè)計(jì)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.

［3］李文亮.基于ARM的車載GPS＿GPRS系統(tǒng)［D］.南京：南京理工大學(xué)交通學(xué)院，2007.

［4］陳 賾.ARM9嵌入式技術(shù)及Linux高級教程［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

［5］倪繼利.QT及Linux操作系統(tǒng)窗口設(shè)計(jì)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2006.