便携式数据传送终端设计*

刘宝明，雷 虎，尹树华，＊＊

(1.西安通信学院，西安710065;2.西安翻译学院，西安710105)

1 引 言

随着信息化技术的迅猛发展，越来越多的文本、图片数据需要通过网络进行传输。文件信息的传送基于两种方式:一是采用基于IP 技术的互联网络，通过邮件或即时通信技术来传送;二是基于计算机加调制解调器，通信的双方提前预约好，经过计算机的超级终端进行文件传送。这两种文件传送方式都存有弊端:前者需要计算机网络已经架设好，通信双方均具备上网条件，但是电子邮箱容量所限，也只能传送一些小文件;后者需要通信双方在文件传送之前电话联系，在双方的电脑开机并连上调制解调器后才能传送文件，任何一方不在现场都无法完成文件的传送。

针对以上文件的信息传送问题，项目组通过对基层机动单位实地考察，从地理条件、资金投入与技术力量等诸因素综合考虑，研制了一种便携式且适合基层机动单位使用的数据传送终端，方便了基层机动单位的文件收集、分发及管理。便携式数据传送终端的设计思想是，着眼于基层机动单位信息化工作和管理的需求，采用成本低、功耗小的微处理器，以性能稳定、便于携带和易于操作使用的实用型为特点，利用此数据传送终端以及系统服务器，构建出一个完整的信息收集、分发及管理平台。

文献检索显示，在国内尚未有此类产品的研制、开发及销售信息报道。所研制的数据传送终端具有较强的功能以及低廉的价格，在应用推广上具有优势。

2 系统设计与功能

2.1 数据传送终端系统设计

数据传送终端整体方框如图1所示，Atmega128系统作为整个传送终端的主控系统，完成键盘监控、液晶显示内容的传送与刷新、串口通信及调制解调器的控制任务;Atmega128 通过SL811HS 完成U 盘文件读写等操作;SD 卡是备份存储介质，若系统没有插入U 盘，则接收的文件存储在SD 卡中［1－2］。

图1 整体方框图Fig.1 Block diagram of the data transmission terminal

2.2 数据传输终端系统功能

系统的主要功能有:集成摘机、拨号和挂机等信令传送功能;具有数据传输加密功能;支持PC 型数据终端进行交互式数据通信(服务器端);无人值守自动接收文件;实现与整个通信系统各种类型的数据终端进行数据文件的可靠发送和接收，具备断点续传功能，自动记录文件收发事件;自动识别对方终端的类型，以最有效率的方式进行数据传送;实现各终端自动分发文件，或者自动从各终端收集文件(服务器端);具有较强的容错能力，能自动处理各种异常情况;软件提供在线帮助，方便操作者解决使用中遇到的疑难问题。

3 系统硬件模块设计

所设计的系统硬件主要由系统主控模块、U 盘控制模块、逻辑控制模块、调制解调模块构成［3－4］。

3.1 系统主控模块

采用ATMEL 公司的Atmega128 单片机作为传送终端的核心控制器。Atmega128 芯片是高性能、低功耗的AVR 8 位微处理器，其主要特征为:先进的RISC 结构;非易失性的程序和数据存储器;JTAG接口(与IEEE 1149.1 标准兼容);独特的外设;特殊的处理器。

3.2 U 盘控制模块

居USB 核心地位的是主机，USB 的每次数据传送都必须由主机发起和控制，所有的USB 外设都只能和主机建立连接，任何两个外设之间或是两个主机之间无法直接通信。

为了让Atmega128 能控制U 盘，进行文件的读写等操作，必须通过USB 主控芯片来实现对U 盘的控制。USB 主控芯片选用 CYPRESS 公司的SL811HS，该芯片可支持全速数据传输，内含USB主/从控制器，可与微处理器、微控制器、DSP 相连，其数据接口与微处理器进行接口可提供8 位数据I/O或双向DMA 通道，并能以从机操作方式支持DMA 数据传送，其内部有一个156 字节的RAM，用于控制寄存器(或数据缓冲器)。

3.3 逻辑控制模块

设计选用EPM3032 作为逻辑控制模块，其完成的主要功能有:单片机地址信号锁存;SL811HS 中断控制;SD 卡、片外扩展SRAM 的片选控制。由于该CPLD 芯片的可编程性，使得系统的控制逻辑设计起来非常方便。

3.4 调制解调器模块

调制解调器模块电路设计中，采用L2800 和RP560芯片组，支持的数据协议为:ITU－ TV.90/K56Flex、V.34、V.32bis、V.32、V.22bis、v.22、v.23和v.21。

4 系统软件模块的设计

程序设计分为核心层和应用层。核心层程序完成底层硬件的控制，如键盘的扫描、显示屏的控制、U 盘的插拔检测、文件的读写删除等、EEPROM 读写、串口的读写等一切与硬件平台相关的操作，核心层向应用层提供函数调用接口。应用层程序则负责文件的发送接收、向液晶屏上打印输出信息等。

4.1 核心层软件设计

核心层程序由SL811HS 的驱动控制模块、文件操作模块、键盘及显示屏控制模块构成。

SL811HS 驱动控制模块主要包括初始化模块、枚举模块、读字节模块、写字节模块、读缓冲区模块、写缓冲区模块等。初始化模块用来设置SL811HS的主/从机工作模式、全速或低速工作方式、内部数据缓冲区结构等;而枚举主要是指主机监测到U 盘插入时，主机和U 盘之间产生的一个过程。当枚举发生时，主机首先自动发出查询请求，U 盘回应请求，并送出设备的VendorID 和DeviceID，然后由主机根据这两个ID 装载相应的设备驱动程序，以完成枚举过程。通过枚举不但可为U 盘设定设备地址，而且可以得到U 盘端点的描述表及U 盘支持协议，之后就可以根据U 盘所属的子类及协议对U 盘进行操作。

用Atmega128 控制SL811HS 来读写U 盘的工作过程可以简单地概括为:当SL811HS 从USB 总线检测到U 盘插入后，通过中断方式将此信息通知系统，系统调用枚举模块获得与此次传送有关的各种参数，根据传送参数调用数据读写模块以对SL811HS 的控制寄存器和数据寄存器进行相应的操作，最终完成对U 盘的读写。其写文件流程如图2所示。

图2 写文件流程图Fig.2 The flow chart of writing files

通过对FAT 以及FAT32 文件格式的研读及代码分析，把FAT 和FAT32 文件格式代码移植到Atmega128 上，使得终端支持FAT 及FAT32 文件格式的操作，并对两种格式自动识别。

4.2 应用层软件设计

应用层软件包括嵌入式数据传送终端软件和PC 服务器应用软件两种类型，服务器端软件是基于Windows 98/2000/XP 系统、采用Visual C + + 6.0进行开发制作的全中文软件，而嵌入式则采用C 语言进行开发。

便携式数据传送终端应用软件主要由以下五部分组成:用户接口模块、通信信令模块、文件发送模块、文件接收模块、收发记录管理模块、数据加解密模块和核心层访问模块。此外，服务器版本软件还有交互数据通信模块，终端只能接收显示特定格式的交互信息，不能输入和发送。数据终端软件构成如图3所示。

图3 数据终端软件构成图Fig.3 Structure diagram of software in data terminal

服务器端软件的用户接口模块具有图形化的用户操作界面，采用全中文、窗口式的界面。嵌入式数据传送终端的用户接口模块包括按键输入、LED 显示等，方便用户使用。

信令收发模块实现两数据终端之间数据链路的建立和拆线功能。它采取标准AT 命令集，控制调制解调器进行呼叫、应答、拆线等操作。

交互数据通信模块实现数据终端之间的交互数据通信功能［5－6］，即直接将用户输入的文本传送到对端并显示在界面上。

文件收发模块实现文件的接收或发送功能。文件收发协议是经过改进的选择重传ARQ 协议，以适应机动环境通信线路的特点。结合文件收发记录和用户接口操作，实现文件的断点续传功能。

文件收发记录管理模块完成文件收发事件的自动记录功能。记录的内容有序号、操作、文件长度、断点位置、文件访问时间、文件名、文件存取路径等信息。

数据加密解密模块旨在提高数据传输的安全性，文件信息(包括文件头、文件内容)和交互数据信息在发送前都必须进行加密，密钥预先约定，在接收端进行解密，用户不需要介入加解密过程。

核心层访问模块访问两部分:U 盘和SD 卡文件访问以及系统内的EEROM 读写。外设存储器用于保存文件，系统内的EEROM 用来存储文件收发记录信息。模块功能由核心层程序提供函数接口。

4.3 通信建链过程

系统的调制解调器采用了Hayes 的“AT”命令集。在此命令集下，调制解调器的状态转换关系如图4所示。

图4 调制解调器状态转移关系Fig.4 Transition relation in modem

4.4 文件传送过程

文件的传送是由发端首先发送文件标题帧，包括文件名、文件大小等内容，然后启动定时器，等待收端的应答;收到收端的应答之后，发端读取文件数据，按照顺序发送，然后启动定时器，等待收端的应答。在收端，如果文件帧数据全部正确，则将数据存入文件，然后发送应答帧;如果数据有错或丢失，则收端将没有正确接收的数据帧的帧号通过应答帧告诉发端，发端再将发生差错的数据帧组成一块，继续发送，直到该块数据发送成功为止。

文件传送被中断后，发端可以在中断位置上继续发送。收端检查文件标题帧的信息和文件记录表以及实际情况是否一致。如果一致，则可以继续传送文件，如果不一致，收端将发送拒绝响应帧。

终端A 与终端B 之间的通信协商及文件传送如图5所示。

图5 链路建立及文件传送示意图Fig.5 Schematic diagram of link establishment and file transport

5 结束语

所研制的便携式数据传送终端样机开通运行后，各项功能正常，性能稳定，其技术指标达到预期的目标。

在下一步工作中，需要进一步增强终端设备的功能，完善语音图像信号的采集、处理、存储和传送及其整体优化。使用便携式数据传送终端，可以大大减少机动单位中文档传送及管理所消耗的人力、财力和物力，加速信息化建设。

［1］ 生建友，翟助群. 电子设备基于PDCA 循环的可靠性设计［J］.电讯技术，2014，54(1):97－101.SHENG Jianyou，ZHAI Zhuqun.Reliability Design Based on PDCA Recycle for Electronic Equipment［J］.Telecommunication Engineering，2014，54(1):97－101.(in Chinese)

［2］ 应宏，李梦蛟，刘福明，等.基于GridFTP 数据传输设计与实现［J］.计算机科学，2006，33(5):146－155.YING Hong，LI Mengjiao，LIU Fuming，et al.The Design and Realization of Date Transfer Based on GridFTP［J］.Computer Science，2006，33(5):146－155.(in Chinese)

［3］ 张峰，王战江.基于JESD204 协议的AD 采样数据高速串行传输［J］.电讯技术，2014，54(2):174－177.ZHANG Feng，WANG Zhanjiang. High－ speed Serial Transmission for AD Capture Data Based on JESD204 Protocol［J］. Telecommunication Engineering，2014，54(2):174－177.(in Chinese)

［4］ Pei Qingqi，Li Hongning，Ma Jianfeng，et al. Defense Against Objective Function Attacks in Cognitive Radio Networks［J］.Chinese Journal of Electronics，2011，20(4):138－142.

［5］ 农毅. 基于CAN 总线和GPRS 的无线车载数据传输［J］.计算机工程，2008，34(18):239－243.NONG Yi. Wireless Vehicle Data Transmission Based on CAN BUS and GPRS［J］. Computer Engineering，2008，34(18):239－243.(in Chinese)

［6］ 窦如林，施卫娟.基于SCTP 的Web 系统数据传输设计与实现［J］.金陵科技学院学报，2014，29(2):20－24.DOU Rulin，SHI Weijuan. Data Transmission and Implementation of the Web System Based on SCTP［J］.Journal of Jinling Institute of Technology，2014，29(2):20－24.(in Chinese)