車載移動終端自適應(yīng)無線通信模塊的方案設(shè)計

陳華云，崔曉偉，陳從華

（1.清華大學(xué) 電子工程系，北京 100084；2.廈門雅迅網(wǎng)絡(luò)股份有限公司，福建 廈門 361008）

車載移動終端自適應(yīng)無線通信模塊的方案設(shè)計

陳華云1，2，崔曉偉1，陳從華2

（1.清華大學(xué) 電子工程系，北京 100084；2.廈門雅迅網(wǎng)絡(luò)股份有限公司，福建 廈門 361008）

設(shè)計了一種在Linux下車載移動終端自適應(yīng)無線通信模塊的方法，通過硬件轉(zhuǎn)接板、通用時序的控制，給無線通信模塊上電，然后嘗試獲取無線通信模塊的 PID/VID，再通過發(fā)送AT指令獲取模塊版本類型來進行模塊智能識別，最后通過面向?qū)ο笳Z言的多態(tài)功能對無線通信模塊進行初始化操作。實現(xiàn)車載終端和代碼都不需要作出更改的情況下就可以使用多種不同的無線通信模塊的功能。

無線通信模塊；車載移動終端；自適應(yīng)；識別模塊

0　引言

車載移動終端包括國標(biāo)中規(guī)定的汽車行駛記錄儀、交通運輸行業(yè)中規(guī)定的車載視頻終端等裝在車上的車機系統(tǒng)。由于車載平臺的業(yè)務(wù)多樣化，導(dǎo)致車載終端的硬件類型也不同，比如車載終端上使用的無線通信模塊，同一款終端上，因為需求的不同，就得使用不同類型無線通信模塊；例如使用不同的運營商、不同網(wǎng)絡(luò)類型[1]。所以車載終端針對不同的無線通信模塊就要做出相應(yīng)的調(diào)整，包括硬件接口、軟件程序都要做針對性的設(shè)計。這樣就導(dǎo)致了產(chǎn)品種類多樣，代碼版本繁多，而且不同的產(chǎn)品還得對應(yīng)不同的代碼。這樣不僅導(dǎo)致很多代碼的重復(fù)和冗余，而且每次編譯耗費時間和精力，增加了人工成本，且出廠前需要針對不同型號的無線通信模塊進行檢測，也容易造成編譯問題，甚至造成產(chǎn)品無法使用等問題。

針對該問題，本文提出了一種基于 Linux的車載移動終端自適應(yīng)無線通信模塊的方法，該方法從硬件和軟件上分別進行改進設(shè)計，使得車載移動終端可自動識別當(dāng)前使用的是哪種型號的無線通信模塊(移動、聯(lián)通，3G、4G)，識別到無線通信模塊后，調(diào)用相對應(yīng)的模塊函數(shù)對該無線通信模塊進行初始化，并開始進入正常的工作模式。

1　硬件設(shè)計

1.1硬件接口設(shè)計

由于不同無線通信模塊的引腳設(shè)計不同[2]，為了使一臺車載終端能夠同時兼容使用不同的無線通信模塊，必須把兩者分開設(shè)計后再通過統(tǒng)一接口對接。車載終端方面設(shè)計了一個固定的插槽，插槽上插的是一個叫作“轉(zhuǎn)接板”的硬件小板，無線通信模塊直接與轉(zhuǎn)接板整合在一起，轉(zhuǎn)接板內(nèi)部的設(shè)計根據(jù)不同的無線通信模塊作出相應(yīng)的變動，對外提供統(tǒng)一固定的引腳，以便與車載終端的插槽對接。這樣車載終端只需要提供一種硬件插槽，通過轉(zhuǎn)接板就可以與不同的無線通信模塊對接[3]。不同的無線通信模塊對應(yīng)不同的轉(zhuǎn)接板，轉(zhuǎn)接板對外提供的引腳如圖1所示。

圖1　轉(zhuǎn)接板對外接口描述

通過這樣一種對接設(shè)計，就可以使車載終端實現(xiàn)在硬件上與不同的無線通信模塊建立連接。當(dāng)同一款車載終端需要使用不同的無線通信模塊時，直接換成對應(yīng)的無線通信模塊轉(zhuǎn)接板即可。

1.2模塊時序控制

通過上述統(tǒng)一硬件接口設(shè)計后，車載終端就可以直接通過轉(zhuǎn)接板的“GSM_VCC”、“GSM_GND”、“POWERON”等引腳來控制無線通信模塊上下電。對無線通信模塊上下電需要特定的時序，不同的無線模塊上下電時序也不同[2]，圖2為某電信無線通信模塊的上電時序圖，圖3為某聯(lián)通模塊的上電時序圖。

圖2　某電信無線通信模塊的上電時序圖

圖3　某聯(lián)通無線通信模塊的上電時序圖

由于車載移動終端需要兼容使用各種不同的無線通信模塊，并且在車載終端上電時無法知道當(dāng)前使用的是那種無線通信模塊，也就不能確定要用那種上電時序給通信模塊上電。為此，本文在綜合分析各種模塊的專用上電時序后，設(shè)計出了一種通用的上電時序，該時序可以對接入車載移動終端的多種無線通信模塊上電，如圖4。該通用時序是取自各無線通信模塊各自時序的共性點，比如在上電時序中，都必須把VBAT拉高，這個是供電腳；然后再拉低、拉高POWER ON引腳來完成上電。不同的POWER ON引腳拉低的持續(xù)時間不同，不過這個持續(xù)時間是有一個范圍的，如圖3中的電信模塊最少需要64 ms，圖4中聯(lián)通模塊最少需要 30 ms。因此在通用時序中的POWER ON引腳的拉低時間只要大于所有的無線通信模塊各自的拉低時間即可，即：通用時序POWER ON拉低時間＞MAX(無線通信模塊各自的POWER ON拉低時間)。

圖4　無線通信模塊的通用上下電時序圖

已測試可以使用通用時序上電的無線通信模塊列表如表1所示。

表1　已測試可以使用通用上電時序的模塊表

通過該時序，車載移動終端就可以在不知當(dāng)前是哪種無線通信模塊的情況下給通信模塊上電，為接來下的模塊識別工作奠定基礎(chǔ)。

2　軟件設(shè)計

2.1識別無線通信模塊

成功給無線通信模塊上電后，就必須進行模塊識別，模塊識別是根據(jù)模塊本身的特征屬性來實現(xiàn)的。本文使用了識別PID/VID加AT指令通信的組合方式來識別無線通信模塊類型。

3G、4G無線通信模塊是使用USB口來進行通信，因而可以看做是一個USB設(shè)備，而根據(jù) USB規(guī)范的規(guī)定，每個 USB設(shè)備都必須有產(chǎn)商 ID（VID）和產(chǎn)品ID（PID），而且都應(yīng)該是唯一的。并且該PID/VID會在車載移動終端給無線通信模塊上電后，注冊到車載終端的Linux系統(tǒng)總線上，因此可以通過查找并匹配系統(tǒng)總線上的 PID/ VID來識別當(dāng)前無線通信模塊的型號[4]。由于各種原因，一個廠商的不同型號的產(chǎn)品往往只使用一組 PID/VID，因此如果一組PID/VID對應(yīng)了多種無線通信模塊，就必須再通過AT指令通信的方式來進一步識別。這里的AT指令是通過USB口來進行通信的。

2G無線通信模塊不是使用USB口來進行通信的，而是使用串口來通信，因此不能通過 PID/VID來進行識別，只能通過串口的AT通信才能識別。AT通信的主要目的是直接獲取模塊的版本類型。識別無線通信模塊的具體步驟如下所示：

(1)設(shè)計一種通用的上電時序，在車載移動終端系統(tǒng)啟動后，終端就通過該時序?qū)o線通信模塊進行上電，上電后，無線通信模塊就會接入終端系統(tǒng)中。

(2)判斷是否能夠從Linux系統(tǒng)總線獲取到無線通信模塊的 PID/VID，若可以，則提取無線通信模塊的 PID/ VID，并且查找預(yù)設(shè)對應(yīng)文件，獲取當(dāng)前PID/VID對應(yīng)的無線通信模塊型號。其中預(yù)設(shè)對應(yīng)文件是一個前期就擬定好的對應(yīng)表，列出目前在用的所有無線通信模塊型號和其對應(yīng)的PID/VID，不同的PID/VID對應(yīng)著各自的模塊，這樣方便查找和增加模塊，部分預(yù)設(shè)對應(yīng)文件如表2所示。接著判斷當(dāng)前PID/VID是否僅對應(yīng)一個無線通信模塊，如果是，則獲取無線通信模塊型號后，以面向?qū)ο笾卸鄳B(tài)的方法調(diào)用該無線通信模塊對應(yīng)的初始化函數(shù)，進行模塊初始化。如果當(dāng)前PID/VID不止對應(yīng)一個無線通信模塊，則打開USB通信口，車載終端系統(tǒng)通過 USB通信口給無線通信模塊發(fā)送獲取版本類型的AT指令，獲取無線通信模塊的版本類型，然后再查找預(yù)設(shè)的對應(yīng)文件來獲取模塊型號，最后進行模塊初始化。

表2　無線通信模塊預(yù)設(shè)對應(yīng)文件

(3)如果不能夠從Linux系統(tǒng)總線中獲取到無線通信模塊的PID/VID，則說明該模塊不是使用USB口來通信的，因此需要打開串口，車載終端系統(tǒng)通過串口給無線通信模塊直接發(fā)送獲取版本類型的AT指令，直接獲取無線通信模塊的版本類型，然后再查找預(yù)設(shè)的對應(yīng)文件來獲取模塊型號，最后進行模塊初始化。

經(jīng)過上述步驟，基本就可以確認(rèn)當(dāng)前使用的無線通信模塊是那種型號。圖5是識別模塊的流程圖。

圖5　識別無線通信模塊的流程圖

上述步驟中獲取PID/VID的方法是通過移植 Linux的開源框架代碼 lsusb模塊，通過裁剪分離出特定的功能后加以使用。打開串口或者USB口進行AT查詢指令的發(fā)送這個步驟中，使用通用的AT指令“AT+CGMM”，無線通信模塊在接收到該指令后，會產(chǎn)生一條應(yīng)答指令，如“SIMCOM_SIM5218C OK”，這樣就可以通過應(yīng)答指令獲取到模塊相關(guān)信息[5]。

2.2業(yè)務(wù)軟件框架設(shè)計

無線通信模塊的基本功能包括電話、短信、撥號上網(wǎng)等。由于無線通信模塊的多樣性，為了使軟件設(shè)計一次、編譯一次就可以同時支持多種無線通信模塊，并且要求設(shè)計上通用、簡潔、可擴展性強、維護性高。因此使用了面向?qū)ο缶幊讨械亩鄳B(tài)的設(shè)計思想。多態(tài)性指的是相同對象收到不同的消息或者不同對象收到相同消息時產(chǎn)生不同的實現(xiàn)動作，使得不管傳遞過來的是哪個類的對象，函數(shù)都可以通過一個接口調(diào)用到不同的無線通信模塊所關(guān)聯(lián)的實現(xiàn)方法。

本文的軟件設(shè)計使用的是 C++語言，C++支持兩種多態(tài)性：編譯時的多態(tài)性和運行時的多態(tài)性。編譯時的多態(tài)性是通過重載函數(shù)來實現(xiàn)，本文使用的是運行時的多態(tài)性，是通過虛函數(shù)來實現(xiàn)的[6]。無線通信模塊多態(tài)實現(xiàn)的流程如下：

(1)構(gòu)建無線通信模塊基類；

(2)構(gòu)建H330類、LC6311+類、SIM5218C類等特定類型的派生類；

(3)聲明無線通信模塊基類指針；

(4)獲取無線通信模塊類型；

(5)設(shè)定基類指針指向特定派生類；

(6)業(yè)務(wù)功能類中通過基類指針來實現(xiàn)各派生類的功能。

圖6　無線通信模塊多態(tài)實現(xiàn)流程圖

實現(xiàn)流程圖如圖6所示。其中基類中實現(xiàn)的是各種無線通信模塊都必須用到的而且基本都相同的功能，這些功能都是以虛函數(shù)定義的，在必要的情況下派生類可以以超載的形式實現(xiàn)各自個性化的需求。比如在基類中實現(xiàn)的一個撥號虛函數(shù)DialUp()里的內(nèi)容中使用的指令是“ATD”，這個“ATD”指令適用于多種無線通信模塊，而MC703無線通信模塊中使用的撥號指令為“AT+CDV”，因此在 MC703通信模塊的派生類中就必須對 DialUp()進行超載。同時使用虛函數(shù)也是為了在繼承時實現(xiàn)運行時的多態(tài)性。

該類中還設(shè)計了一些純虛函數(shù)，純虛函數(shù)是指在基類中只聲明而沒有定義的虛函數(shù)，但要求任何派生類都要定義自己實現(xiàn)的方法。在基類中實現(xiàn)純虛函數(shù)的方法是在函數(shù)的原型后加“=0”（例virtual void FunCtion=0；）。這里使用純虛函數(shù)的主要目的是在各個派生類中規(guī)范出一個統(tǒng)一的框架結(jié)構(gòu)。

完成基類的設(shè)計，就可以通過繼承來實現(xiàn)各種派生類，派生類中主要是實現(xiàn)自己的個性化功能和新的功能，比如上電時序差異性、初始化設(shè)置的不同等。由于基類中都已經(jīng)定義好了函數(shù)接口，所以派生類中只需在基類的接口上進行超載（重寫實現(xiàn)過程）。為了更好地使用，派生類使用了公有繼承的方式。

通過上述業(yè)務(wù)軟件框架的設(shè)計，就可以實現(xiàn)運行時的多態(tài)效果，在設(shè)計好的無線通信模塊范圍內(nèi)，無論目前使用的是哪種無線通信模塊，系統(tǒng)都能在運行時用與之相對應(yīng)的代碼函數(shù)來實現(xiàn)相應(yīng)的功能。還能提供快速添加一款新的無線通信模塊的功能，即只需通過基類繼承出一個派生類，然后在派生類中實現(xiàn)自己的個性化需求即可。

3　總結(jié)

本文涉及了車載移動終端智能控制領(lǐng)域，具體介紹了車載移動終端自適應(yīng)無線通信模塊的方法。首先在硬件上設(shè)計了一款車載終端和不同通信模塊對接的轉(zhuǎn)接板，通過綜合分析各種模塊的專用上電時序后設(shè)計出了一種通用的上電時序，并通過無線通信模塊本身的PID/ VID屬性加AT指令操作的方式進行模塊識別，最后通過C++多態(tài)的思想，構(gòu)建基類，以基類繼承出各種不同無線通信模塊的派生類，實現(xiàn)運行時的多態(tài)功能。通過該方法成功實現(xiàn)了一臺車載移動終端自適應(yīng)多種無線通信模塊的功能，提高了效率，縮短了各種生產(chǎn)和維護的成本。

[1]趙晗．現(xiàn)代無線通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢[J]．企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2011，30(16)：88－89．

[2]SIMCOM Tech.SIM6320C_hardware design_V1.00[Z].2012.

[3]武明虎，劉曉靜，陳曉林．基于MC35i模塊的GSM移動通信終端的硬件設(shè)計[J]．計算機與數(shù)字工程，2010，38(2)：152－154．

[4]劉泉承.基于 S3C2440A嵌入式Linux系統(tǒng)USB驅(qū)動的研究與應(yīng)用[D]．南昌：江西科技師范大學(xué)，2012．

[5]SIMCOM Tech.SIMCOM_SIM5218_ATC_EN_V1.07[Z].2011.

[6]譚浩強．C++程序設(shè)計(第二版)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011．

The design of mobile terminal for vehicle self-adaptive wireless communication module

Chen Huayun1，2，Cui Xiaowei1，Chen Conghua2
(1.Department of Electronic Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China；2.Yaxon Network Co.，Ltd.，Xiamen 361008，China)

This paper proposes a new design,that is the way in which mobile vehicle-mounted terminal automatically adapt to wireless communication module in Linux.In order that module can be intelligent recognized，firstly，the wireless communication module gets power by controlling hardware commutator board and time sequence.Then it is tried to read the PID/VID from the wireless communication module，and the version type of it is gotten by AT command.Finally，the module is initialized through the polymorphism function of the object-oriented language.This design is achieved by keeping the vehicle mobile terminal and code，while，the variety of different function of the wireless communication module still can be used.

the wireless communication module；vehicle mobile terminal；self-adaptive；module identity

TN92

A

10.16157/j.issn.0258-7998.2015.09.006

2015－05－03)

陳華云（1988－），男，碩士研究生，主要研究方向：無線通信應(yīng)用。

崔曉偉（1976－），男，博士，副教授，主要研究方向：衛(wèi)星導(dǎo)航。

陳從華（1974－），男，碩士，高級工程師，主要研究方向：衛(wèi)星定位。

中文引用格式：陳華云，崔曉偉，陳從華.車載移動終端自適應(yīng)無線通信模塊的方案設(shè)計[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2015，41 (9)：25-28.

英文引用格式：Chen Huayun，Cui Xiaowei，Chen Conghua.The design of mobile terminal for vehicle self-adaptive wireless communication module[J].Application of Electronic Technique，2015，41(9)：25-28.