劉寶明，雷 虎，尹樹華，＊＊

(1.西安通信學院，西安710065;2.西安翻譯學院，西安710105)

1 引 言

隨著信息化技術的迅猛發(fā)展，越來越多的文本、圖片數(shù)據(jù)需要通過網(wǎng)絡進行傳輸。文件信息的傳送基于兩種方式:一是采用基于IP 技術的互聯(lián)網(wǎng)絡，通過郵件或即時通信技術來傳送;二是基于計算機加調(diào)制解調(diào)器，通信的雙方提前預約好，經(jīng)過計算機的超級終端進行文件傳送。這兩種文件傳送方式都存有弊端:前者需要計算機網(wǎng)絡已經(jīng)架設好，通信雙方均具備上網(wǎng)條件，但是電子郵箱容量所限，也只能傳送一些小文件;后者需要通信雙方在文件傳送之前電話聯(lián)系，在雙方的電腦開機并連上調(diào)制解調(diào)器后才能傳送文件，任何一方不在現(xiàn)場都無法完成文件的傳送。

針對以上文件的信息傳送問題，項目組通過對基層機動單位實地考察，從地理條件、資金投入與技術力量等諸因素綜合考慮，研制了一種便攜式且適合基層機動單位使用的數(shù)據(jù)傳送終端，方便了基層機動單位的文件收集、分發(fā)及管理。便攜式數(shù)據(jù)傳送終端的設計思想是，著眼于基層機動單位信息化工作和管理的需求，采用成本低、功耗小的微處理器，以性能穩(wěn)定、便于攜帶和易于操作使用的實用型為特點，利用此數(shù)據(jù)傳送終端以及系統(tǒng)服務器，構建出一個完整的信息收集、分發(fā)及管理平臺。

文獻檢索顯示，在國內(nèi)尚未有此類產(chǎn)品的研制、開發(fā)及銷售信息報道。所研制的數(shù)據(jù)傳送終端具有較強的功能以及低廉的價格，在應用推廣上具有優(yōu)勢。

2 系統(tǒng)設計與功能

2.1 數(shù)據(jù)傳送終端系統(tǒng)設計

數(shù)據(jù)傳送終端整體方框如圖1所示，Atmega128系統(tǒng)作為整個傳送終端的主控系統(tǒng)，完成鍵盤監(jiān)控、液晶顯示內(nèi)容的傳送與刷新、串口通信及調(diào)制解調(diào)器的控制任務;Atmega128 通過SL811HS 完成U 盤文件讀寫等操作;SD 卡是備份存儲介質，若系統(tǒng)沒有插入U 盤，則接收的文件存儲在SD 卡中［1－2］。

圖1 整體方框圖Fig.1 Block diagram of the data transmission terminal

2.2 數(shù)據(jù)傳輸終端系統(tǒng)功能

系統(tǒng)的主要功能有:集成摘機、撥號和掛機等信令傳送功能;具有數(shù)據(jù)傳輸加密功能;支持PC 型數(shù)據(jù)終端進行交互式數(shù)據(jù)通信(服務器端);無人值守自動接收文件;實現(xiàn)與整個通信系統(tǒng)各種類型的數(shù)據(jù)終端進行數(shù)據(jù)文件的可靠發(fā)送和接收，具備斷點續(xù)傳功能，自動記錄文件收發(fā)事件;自動識別對方終端的類型，以最有效率的方式進行數(shù)據(jù)傳送;實現(xiàn)各終端自動分發(fā)文件，或者自動從各終端收集文件(服務器端);具有較強的容錯能力，能自動處理各種異常情況;軟件提供在線幫助，方便操作者解決使用中遇到的疑難問題。

3 系統(tǒng)硬件模塊設計

所設計的系統(tǒng)硬件主要由系統(tǒng)主控模塊、U 盤控制模塊、邏輯控制模塊、調(diào)制解調(diào)模塊構成［3－4］。

3.1 系統(tǒng)主控模塊

采用ATMEL 公司的Atmega128 單片機作為傳送終端的核心控制器。Atmega128 芯片是高性能、低功耗的AVR 8 位微處理器，其主要特征為:先進的RISC 結構;非易失性的程序和數(shù)據(jù)存儲器;JTAG接口(與IEEE 1149.1 標準兼容);獨特的外設;特殊的處理器。

3.2 U 盤控制模塊

居USB 核心地位的是主機，USB 的每次數(shù)據(jù)傳送都必須由主機發(fā)起和控制，所有的USB 外設都只能和主機建立連接，任何兩個外設之間或是兩個主機之間無法直接通信。

為了讓Atmega128 能控制U 盤，進行文件的讀寫等操作，必須通過USB 主控芯片來實現(xiàn)對U 盤的控制。USB 主控芯片選用 CYPRESS 公司的SL811HS，該芯片可支持全速數(shù)據(jù)傳輸，內(nèi)含USB主/從控制器，可與微處理器、微控制器、DSP 相連，其數(shù)據(jù)接口與微處理器進行接口可提供8 位數(shù)據(jù)I/O或雙向DMA 通道，并能以從機操作方式支持DMA 數(shù)據(jù)傳送，其內(nèi)部有一個156 字節(jié)的RAM，用于控制寄存器(或數(shù)據(jù)緩沖器)。

3.3 邏輯控制模塊

設計選用EPM3032 作為邏輯控制模塊，其完成的主要功能有:單片機地址信號鎖存;SL811HS 中斷控制;SD 卡、片外擴展SRAM 的片選控制。由于該CPLD 芯片的可編程性，使得系統(tǒng)的控制邏輯設計起來非常方便。

3.4 調(diào)制解調(diào)器模塊

調(diào)制解調(diào)器模塊電路設計中，采用L2800 和RP560芯片組，支持的數(shù)據(jù)協(xié)議為:ITU－ TV.90/K56Flex、V.34、V.32bis、V.32、V.22bis、v.22、v.23和v.21。

4 系統(tǒng)軟件模塊的設計

程序設計分為核心層和應用層。核心層程序完成底層硬件的控制，如鍵盤的掃描、顯示屏的控制、U 盤的插拔檢測、文件的讀寫刪除等、EEPROM 讀寫、串口的讀寫等一切與硬件平臺相關的操作，核心層向應用層提供函數(shù)調(diào)用接口。應用層程序則負責文件的發(fā)送接收、向液晶屏上打印輸出信息等。

4.1 核心層軟件設計

核心層程序由SL811HS 的驅動控制模塊、文件操作模塊、鍵盤及顯示屏控制模塊構成。

SL811HS 驅動控制模塊主要包括初始化模塊、枚舉模塊、讀字節(jié)模塊、寫字節(jié)模塊、讀緩沖區(qū)模塊、寫緩沖區(qū)模塊等。初始化模塊用來設置SL811HS的主/從機工作模式、全速或低速工作方式、內(nèi)部數(shù)據(jù)緩沖區(qū)結構等;而枚舉主要是指主機監(jiān)測到U 盤插入時，主機和U 盤之間產(chǎn)生的一個過程。當枚舉發(fā)生時，主機首先自動發(fā)出查詢請求，U 盤回應請求，并送出設備的VendorID 和DeviceID，然后由主機根據(jù)這兩個ID 裝載相應的設備驅動程序，以完成枚舉過程。通過枚舉不但可為U 盤設定設備地址，而且可以得到U 盤端點的描述表及U 盤支持協(xié)議，之后就可以根據(jù)U 盤所屬的子類及協(xié)議對U 盤進行操作。

用Atmega128 控制SL811HS 來讀寫U 盤的工作過程可以簡單地概括為:當SL811HS 從USB 總線檢測到U 盤插入后，通過中斷方式將此信息通知系統(tǒng)，系統(tǒng)調(diào)用枚舉模塊獲得與此次傳送有關的各種參數(shù)，根據(jù)傳送參數(shù)調(diào)用數(shù)據(jù)讀寫模塊以對SL811HS 的控制寄存器和數(shù)據(jù)寄存器進行相應的操作，最終完成對U 盤的讀寫。其寫文件流程如圖2所示。

圖2 寫文件流程圖Fig.2 The flow chart of writing files

通過對FAT 以及FAT32 文件格式的研讀及代碼分析，把FAT 和FAT32 文件格式代碼移植到Atmega128 上，使得終端支持FAT 及FAT32 文件格式的操作，并對兩種格式自動識別。

4.2 應用層軟件設計

應用層軟件包括嵌入式數(shù)據(jù)傳送終端軟件和PC 服務器應用軟件兩種類型，服務器端軟件是基于Windows 98/2000/XP 系統(tǒng)、采用Visual C + + 6.0進行開發(fā)制作的全中文軟件，而嵌入式則采用C 語言進行開發(fā)。

便攜式數(shù)據(jù)傳送終端應用軟件主要由以下五部分組成:用戶接口模塊、通信信令模塊、文件發(fā)送模塊、文件接收模塊、收發(fā)記錄管理模塊、數(shù)據(jù)加解密模塊和核心層訪問模塊。此外，服務器版本軟件還有交互數(shù)據(jù)通信模塊，終端只能接收顯示特定格式的交互信息，不能輸入和發(fā)送。數(shù)據(jù)終端軟件構成如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)終端軟件構成圖Fig.3 Structure diagram of software in data terminal

服務器端軟件的用戶接口模塊具有圖形化的用戶操作界面，采用全中文、窗口式的界面。嵌入式數(shù)據(jù)傳送終端的用戶接口模塊包括按鍵輸入、LED 顯示等，方便用戶使用。

信令收發(fā)模塊實現(xiàn)兩數(shù)據(jù)終端之間數(shù)據(jù)鏈路的建立和拆線功能。它采取標準AT 命令集，控制調(diào)制解調(diào)器進行呼叫、應答、拆線等操作。

交互數(shù)據(jù)通信模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)終端之間的交互數(shù)據(jù)通信功能［5－6］，即直接將用戶輸入的文本傳送到對端并顯示在界面上。

文件收發(fā)模塊實現(xiàn)文件的接收或發(fā)送功能。文件收發(fā)協(xié)議是經(jīng)過改進的選擇重傳ARQ 協(xié)議，以適應機動環(huán)境通信線路的特點。結合文件收發(fā)記錄和用戶接口操作，實現(xiàn)文件的斷點續(xù)傳功能。

文件收發(fā)記錄管理模塊完成文件收發(fā)事件的自動記錄功能。記錄的內(nèi)容有序號、操作、文件長度、斷點位置、文件訪問時間、文件名、文件存取路徑等信息。

數(shù)據(jù)加密解密模塊旨在提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，文件信?包括文件頭、文件內(nèi)容)和交互數(shù)據(jù)信息在發(fā)送前都必須進行加密，密鑰預先約定，在接收端進行解密，用戶不需要介入加解密過程。

核心層訪問模塊訪問兩部分:U 盤和SD 卡文件訪問以及系統(tǒng)內(nèi)的EEROM 讀寫。外設存儲器用于保存文件，系統(tǒng)內(nèi)的EEROM 用來存儲文件收發(fā)記錄信息。模塊功能由核心層程序提供函數(shù)接口。

4.3 通信建鏈過程

系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)器采用了Hayes 的“AT”命令集。在此命令集下，調(diào)制解調(diào)器的狀態(tài)轉換關系如圖4所示。

圖4 調(diào)制解調(diào)器狀態(tài)轉移關系Fig.4 Transition relation in modem

4.4 文件傳送過程

文件的傳送是由發(fā)端首先發(fā)送文件標題幀，包括文件名、文件大小等內(nèi)容，然后啟動定時器，等待收端的應答;收到收端的應答之后，發(fā)端讀取文件數(shù)據(jù)，按照順序發(fā)送，然后啟動定時器，等待收端的應答。在收端，如果文件幀數(shù)據(jù)全部正確，則將數(shù)據(jù)存入文件，然后發(fā)送應答幀;如果數(shù)據(jù)有錯或丟失，則收端將沒有正確接收的數(shù)據(jù)幀的幀號通過應答幀告訴發(fā)端，發(fā)端再將發(fā)生差錯的數(shù)據(jù)幀組成一塊，繼續(xù)發(fā)送，直到該塊數(shù)據(jù)發(fā)送成功為止。

文件傳送被中斷后，發(fā)端可以在中斷位置上繼續(xù)發(fā)送。收端檢查文件標題幀的信息和文件記錄表以及實際情況是否一致。如果一致，則可以繼續(xù)傳送文件，如果不一致，收端將發(fā)送拒絕響應幀。

終端A 與終端B 之間的通信協(xié)商及文件傳送如圖5所示。

圖5 鏈路建立及文件傳送示意圖Fig.5 Schematic diagram of link establishment and file transport

5 結束語

所研制的便攜式數(shù)據(jù)傳送終端樣機開通運行后，各項功能正常，性能穩(wěn)定，其技術指標達到預期的目標。

在下一步工作中，需要進一步增強終端設備的功能，完善語音圖像信號的采集、處理、存儲和傳送及其整體優(yōu)化。使用便攜式數(shù)據(jù)傳送終端，可以大大減少機動單位中文檔傳送及管理所消耗的人力、財力和物力，加速信息化建設。

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