引言

　　隨著全球定位系統的不斷改進，軟、硬件的不斷完善，應用領域正在不斷地開拓，目前已遍及國民經濟各種部門，并開始逐步深入人們的日常生活。隨著衛星導航定位設備的小型化甚至芯片化，嵌入式GPS產品越來越廣泛的應用到人們生活的各個領域，而嵌入式產品的網絡化就成為當今研究的一個方向。

　　1 系統原理及結構

　　GPS接收機數據有數據量小、定時或非定時及實時發送等特點，一方面需實現數據的上傳，另一方面也需下達各種傳輸、控制指令，即雙向的數據、指令傳輸。傳統的數據傳輸主要采用GSM的方法來解決，這種傳輸方式存在覆蓋范圍、實時性等問題。目前中國移動主推的GPRS通用分組無線業務是在現有GSM系統上發展起來的一種承載業務，目的是為GSM用戶提供分組形式的數據業務。GPRS拋棄了傳統的獨占電路交換模式，采用分組交換技術，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，有效地利用了信道資源，帶寬最高可達171.2Kb/s[1]。目前中國移動的GPRS覆蓋范圍在中心城市幾乎達到了100%，在邊遠地區也達到了80%以上，實際應用帶寬大約在20-40Kb/s，特別適合于GPS數據通信的需求，可以完全取代過去傳統的有線Modem、X.25、短信等通信方式[2]。

　　GPS接收機應用GPRS數據傳輸方式及網絡結構如圖1所示：

　　通過GPRS服務，GPS設備可采用互聯網Internet的標準方式與在互聯網上的服務器交換數據。GPRS的基礎是以IP包的形式進行數據的傳輸，GPRS無線終端接入GPRS 網絡的方法與普通有線MODEM 類似， 都采用建立PPP(Point-to-Point Protocol) 連接方式。PPP協議是一種被廣泛采用的串行點對點鏈路上傳輸數據報的方法，包括LCP、PAP、IPCP、NCP等。GPRS MODEM通過PPP協議獲得動態分配的IP地址。連接建立后，在PPP協議的基礎上通過數據傳輸協議，該系統采用TCP實現與互聯網上其它計算機的數據通訊。

　　2 系統硬件組成

　　本系統采用帶有實時操作系統的GPS接收機內嵌通信協議的方案，在多任務的系統中增加一個comm.c通信任務，在該任務中實現簡化的TCP/IP協議棧、PPP協議及無線GPRS Modem的命令控制。帶實時操作系統的GPS接收機中包括16位VS_DSP處理器，8Mflash,96kRAM，16kROM，兩個串口UART0 和UART1。其中UART0用于程序的燒寫與輸出數據的觀測；UART1用于與無線GPRS Modem連接其中UART0口在設計階段主要是用于連接PC機的串口進行程序的編寫及燒制，作為終端機它可以作為SPI控制。系統硬件組成如圖2所示。

　　3 系統軟件設計與實現

　　GPS多任務實時操作系統中本身不帶有通信功能，而且為了經濟的考慮，本設計采用了不帶協議棧的無線GPRS Modem，所以在軟件設計時，采用在原來任務基礎上增加一個通信任務，主要完成微型TCP/IP協議棧、PPP協議及無線GPRS Modem的命令控制。

　　3.1 微型TCP/IP協議棧的移植

　　如果在嵌入式系統中實現一個完整的TCP/IP協議棧，其難度可能會超出應用本身，所以本系統選用了一種簡易的免費TCP/IP協議棧uip0.6作為設計的核心。uip0.6是瑞典計算機科學研究所Adam Dunkels開發的源碼公開的免費簡易TCP/IP協議棧[3,4]。uip實現了TCP/IP協議集的四個基本協議：ARP地址解析，IP網際互聯協議，ICMP網絡控制報文協議和TCP傳輸控制協議；它具備極少的代碼占用量和RAM資源要求，尤其適用于8/16位單片機；支持多個主動連接和被動連接并發，支持連接的動態分配和釋放；擁有簡易的應用層接口和設備驅動層接口。由于本系統采用GPRS網絡方式，所以其四個協議集中只保留IP網際互連協議和TCP傳輸控制協議，并其進行一定的修改。uip協議棧中實現IP網際互聯協議時對原協議進行了極大的簡化，它沒有實現分片和重組。本設計中由于發送接收數據量較小，所以不必進行分片與重組，即對IP網際互聯協議的實現部分不作修改。為了減少存儲器的使用，uip里的TCP沒有實現發送和接收數據的調整窗口。輸入的TCP段不會通過uip緩存，而是由應用程序處理。輸出數據時，uip不能在每個連接有超過一個未解決的TCP段。在本系統的設計中，為了避免數據丟失，應用中設計一個大的緩沖區send_recbuf[]接收應用要發送的數據，一個較小的發送緩沖區send_buf[]。對uipopt.h中的部分內容進行修改，刪去UIP_IPADDR部分，應用文件頭文件改為本系統中的應用文件的頭文件#include “appcomm.h”，做為客戶端本系統中定義#define UIP_ACTIVE_OPEN 1。由于數據鏈路層采用PPP協議，所以uip_buf[]中IP頭的偏移量定義為：


#define UIPLLHLEN 0

　　3.1.1 uip與PPP的接口

　　當PPP協議從網絡接收到一個IP包時，把它放入到uip_buf中，系統調用uip_input()函數。此函數將處理這個包，在需要時會調用應用程序。當uip_input()返回時，uip_buf中放入了一個輸出包，包的大小由全局變量uip_len約束，若uip_len為0，則說明沒有包要發送，否則，PPP將此包加上PPP包頭發送到網上。

　　3.1.2 uip與應用的接口

　　uip使用基于事件的編程模式，在響應一定的事件時，應用被當作uip調用的一個C函數UIP_APPCALL來實現，故在應用中要設置#define UIP_APPCALL appcomm，在uip中的標志uip_flags用于uip與應用之間的聯系，在接收到數據、數據發送成功、建立了新的連接或數據被重發時，uip調用應用，應用根據uip_flags標志進行相應的處理。

　　3.2 PPP協議的實現

　　PPP是運行在硬件接口之上的，它提供LCP、PAP和IPCP協商所需要的合適的機制。這些協商由被PPPEntery()函數調用的固定的狀態機執行，它基于接受到的內容建立響應。而PPPReceived()函數，對接收到的每個字節進行轉義處理，當一個完整的PPP幀準備好要處理時，PPPReceived()設置整幀標示Isframe，此標志在應用主循環中被PPPEntery()函數輪詢。PPP包格式如表1所示：

表1 PPP包格式