EM200在分布式探测站组网通信的应用

摘要：针对分布式无源探测信息融合系统中各探测站与融合中心组网通信要求，构建了一套基于CDMA网络的收发系统，满足在各种地理环境下的使用需求。以LPC2214为控制核心结合CDMA模块EM200构成了该系统的收发终端，针对其中发送端存在的问题给出了硬件解决方案，并结合实时操作系统分别阐述收发端软件架构。此外还引入中间转发平台用作TCP服务器实现作为TCP客户端的收发终端间的数据交换。与传统GPRS方案相比，该系统低延时的特性使其更适合实时性要求较高的分布式信息融合系统的需求。
关键词：CDMA；收发系统；中间转发平台；实时操作系统

相比传统有源探测手段，当前分布式无源探测并采用信息融合的探测系统显示出相当大的优势，尤其在目标的跟踪与识别上展现出显著效果，具有重要的军事意义和广阔的应用前景。作为整个分布式探测系统的重要环节——各探测站与信息融合中心的组网通信，针对探测站与融合中心能够在各种地理环境与车载移动条件下的使用要求，构建了一套基于EM200模块的CDMA实时收发系统。与传统的远程无线通信GPRS系统相比，该CDMA系统在稳定性和带宽上都优于GPRS，更适合于时延要求较严格的分布式信息融合系统。

1 系统架构
如图1所示，该分布式探测网由收发终端和中间转发平台构成。发送端经RS 232口接收来自探测站的数据并经CDMA网络发送出去，接收端将自CDMA网络收到的数据送至信息融合中心。鉴于通信的可靠性要求，该系统全部采用TCP通信协议，收发终端均作为TCP的客户端，位于公网上的中间转发平台用作TCP服务器端，实现收发端之间的的数据交换。

2 通信终端硬件设计
2．1 收发端硬件基本框架
图2列出了通信终端基本的硬件框图，主要分为电源模块、微控制器(MCU)及其配套单元、CDMA模块和其他辅助单元。收发端的硬件结构完全相同。当前串口仍是最为通用的接口之一，大多数无线通信模块均经过串口与外界进行串行通信，EM200同样如此。此处选用的MCULPC22 14具有两组串口，分配串口0用作收发端与外界交换数据(发送端经串口0接收来自探测站的数据，接收终端经串口0将数据发送给融合中心)，串口1用作微控制器与EM200通信接口。

2．2 EM200相关电路设计
此处列出与EM200模块相关的电路设计，图3是EM200模块的主体电路，其中LPG脚和VDD-IO脚分别通过一个三极管驱动LED以指示模块的工作状态。外部的开启和重启模块信号引脚同样通过三极管驱动EM200。

图4是模块与UIM卡的连接电路，其中33 pF电容用于滤去射频电路产生的干扰。

目前大多数ARM7都具有两组以上串口，其中通常有一组带有完整的调制解调器接口，如LPC2214的串口。LPC2214作为DTE(数据终端设备)通过串口1与作为DEC(数据通信设备)的EM200相连，需要注意的是DTE与DCE之间的连接不需要交叉TXD／RXD线。

3 双串口的管理
如图2所示，收发端均需要管理两组串口。对于接收端而言，当获取来自CDMA网络的数据后，MCU从串口1接收EM200的数据包，解包分析后将有效数据通过串口0发送给融合中心。如图5所示，此时MCU只需处理串口1的接收中断，串口0可以采取查询方式发送。

在发送端，MCU从串口0接收来自探测站的数据，并将数据按AT指令TCP发送格式打包，经串口1发送给EM200。由于AT指令的操作是交互式的，在MCU发出下一条TCP指令给EM200前，必须确认已收到EM200之前AT指令执行后的应答响应，否则极可能导致发送失败。由于需接收AT指令执行后的应答响应，串口1既要发送也要接收，再加上串口0的接收中断，MCU需要同时处理两组串口中断，如图6所示。

3．1 发送端面临的问题
发送端面临的最大问题是如何兼顾两组串口的接收中断，即当两个串口同时接收到数据时，如何保证无丢失地全部接收。
虽然LPC2214的两个16C550标准串口自带16 BFIFO缓存，却仍难以同时兼顾两个串口的接收操作。
具体问题为，在两个串口同时接收到超过其FIFO缓冲容量的连续数据时，MCU只能响应高优先级串口中断，在低优级串口中断被暂时屏蔽期间，低优先级中断的串口会因自身FIFO缓存溢出导致数据丢失。
实际使用中，MCU一方面需要接收来自探测站的数据，另一方面还要接收EM200返回的之前AT指令执行后的应答响应。工作中TCP发送指令执行后的应答结果为“CRLF％TCPSEND：1，XCRLF”，其中CR和LF分别表示回车和换行，X代表发送指令中的有效数据个数，可能是1～1 024之间的任意数值，另外在1和X前面还分别有一个空格。应答结果共计18～21 B，超过了串口的16 B FIFO缓存容量，在中断被屏蔽而得不到及时响应时，无疑会导致FIFO缓存溢出。
3．2 解决途径
鉴于探测站发送的数据量和发送周期的不确定性，设计时必须考虑满负荷的工作状态，即连接探测站的串口0一直处于接收峰值的状态。为确保无丢失地接收探测站数据，串口0中断优先级必须高于串口1。在此前提下，问题可归结为当串口1中断被暂时屏蔽得不到及时响应时，如何完整接收超过串口1缓存容量的AT指令应答响应，解决途径是扩大串口1的FIFO缓存。
由于TCP发送指令返回的应答响应在18～21 B之间，所以串口1的接收缓存必须大于等于21 B，需另选大容量缓存的专用串口芯片来替代LPC2214串口1。这里采用具备64 B FIFO缓存的并转串芯片TL16C752B。值得注意的是虽然TL16C752B符合8080并行总线接口要求，但其写操作时序与相当部分的MCU不匹配，而绝大多数MCU没有调整此部分时序的功能，其中就包括此处选用的LPC2214。这就需要外加一片用作时序匹配的CPLD，此处选用了EPM240，该部分电路示意图如图7所示。