串行通信链路复用协议在嵌入系统上开发

随着移动通信技术的迅速发展,具备无线通信功能的移动终端也迅速发展起来｡这些移动终端支持普通的话音､短消息等业务,随着GPRS网络覆盖的迅速扩大,越来越多的手持/车载移动终端也开始支持GPRS上网业务｡如何在一个终端设备上整合这些业务,这是许多移动终端设备开发者面对的问题｡笔者在开发一款车载移动终端过程中,采用了3GPP的TS 27.010协议,成功地整合了这些业务｡

1 TS27.010协议介绍

在常用的GSM/GPRS通信模块中(如Siemens的MC35MC35､WaveCom的Q2400Q2400等),只能通过一个普通9针的异步串口与终端设备TE(Terminal Equipment)进行通信｡TE和MS?Mobile Station 需要通过这个串口交换各种类型的数据,例如:语音､传真､数据､SMS､CBS､电话号码本的维护､电池状态､GPRS､USSD等｡如何在一个串口上同时支持这么多的业务?例如,在数据通信过程中,怎样发送或接收SMS?为了解决这些问题,3GPP提出了一个协议--TS27.010协议(Terminal Equipment to Mobile Station Multiplexer Protocol)｡有了Multiplexer,即使在数据连接过程中,也可以发送SMS｡其它业务组合也可以同时进行｡例如,数字语音和SMS同时发送｡Multiplexer的存在使得一个完整的系统能够根据需要进行划分｡

3GPP 的Multiplexer设计非常灵活,并且独立于MS/TE平台,已有的应用程序不需要改动即可工作｡在设计Multiplexer时,特别考虑到采用电池供电的设备的需求,所以包含了省电模式控制等很重要的功能,并且Multiplexer本身在运行时也尽量使用最小的功耗和内存｡

Multiplexer基于ISO的HDLC标准设计,工作于有多种选项的单模式下｡但是Basic Option并不遵从HDLC｡在基本选项模式下,Multiplexer没有透明机制,也没有错误恢复功能｡但是在高级选项(Advanced Option)模式下,使用HDLC的透明机制,且Multiplexer有一个方便的再同步机制,能够在DC1/DC3(XON/XOFF)流控打开的链路上工作,且包含了错误恢复功能｡

3GPP的Multiplexer依赖于一个控制信道｡在这个控制信道上,TE和MS交换控制信息,例如参数协商､节电控制信息､流控信息等｡Multiplexer是一个可选项,如果支持这个功能,就应使用AT+CMUX命令激活它｡ Multiplexer为TE和MS在一个起始/停止模式的､具有分帧功能的串行链路上传输数据流提供了一套机制｡图1给出了不同的协议层及其功能示意｡Multiplexer层负责将数据按字节流的方式传输,不再进行进一步的组帧;如果数据需要按一定结构传输,就需要增加一个会聚层来完成这些功能｡

Multiplexer为TE上的进程和MS上相对应的进程提供了一条虚连接,这样TE和MS上的进程就可以通过这条虚连接通信｡例如,TE上的SMS应用程序可以通过一条Multiplexer通道与MS上的SMS处理程序连接起来｡ TS27.010规范使用8bit字符的start-stop传输模式,两个Mulitplexer实体间的通信使用了规定的帧格式｡TE和MS之间的每个信道称为一条数据链路连接DLC(Data Link Connection),这些DLC被依次独立地建立起来｡每个DLC都可以有自己的流控机制｡

Multiplexer有三种工作模式:Basic､Advanced without error recovery和Advanced with error recovery｡这三种模式特点如下:

•Basic:长度标识代替HDLC的透明机制;使用与HDLC不同的标志字;不能用于具有XON/XOFF流控的链路;从同步丢失状态中恢复需要更长的时间｡
•Advanced without error recovery:遵从ISO/IEC13239的异步HDLC过程;可以用于具备XON/XOFF流控的链路上;可以更快地从失同步状态恢复｡
•Advanced with error recovery:使用了HDLC的错误恢复过程｡


2 Wavecom GSM/GPRS模块Multiplexing协议介绍

笔者选用了Wavecom的Q2403A,这是一款E-GSM/GPRS 900/1800的双频模块｡这个模块支持大部分常用的AT命令,但不支持标准的TS27.010协议｡为了能够数据/命令复用,Wavecom定义了自己的multiplex协议｡

Wavecom的复用协议允许一条串行链路上同时进行两个会话(即虚连接):一个AT命令的会话和一个数据通信的会话｡AT+WMUX=1将激活模块的复用模式｡在这种模式下,AT命令和数据都被封装成数据包｡通过包头,可以区分是数据包还是AT命令包｡

2.1 AT命令包格式

AT命令包帧格式如图2所示｡第一个字节?0xAA 用于标识这是一个命令包,第二个字节是AT命令长度的低八位｡第三个字节由两部分组成:低3位是AT命令长度的高3位;高3位用于标识一个AT命令｡AT命令的最大长度可以为2047字节｡校验和(checksum)是包中所有字节(包括头和AT命令)之和对256取模｡