[发明专利]基于ARM7 CPU核的GPRS－LIN网关及其通讯方法

说明书

技术领域

发明涉及基于GPRS无线网络和LIN工业现场总线的网络控制，主要涉及到本一种基于ARM7 CPU的用于从工业现场远程数据采集并无线传输的新型GPRS-LIN网关。

背景技术

近年来随着工业自动化领域的快速发展，工业现场总线由于其可靠性高、成本低、故障率低等优点使得其应用越来越广泛。LIN通讯方式是目前应用广泛的通讯方式之一，其特点如下：(1)单主机多从机组织(即没有总线仲裁)，配置灵活；(2)基于普通UART/SCI接口的低成本硬件实现低成本软件协议；(3)带时间同步的多点广播接收，从机节点无需石英或陶瓷谐振器，可以实现自同步；(4)保证信号传输的延迟时间。可选的报文帧长度：2、4和8字节；(5)数据校验和的安全性和错误检测，自动检测网络中的故障节点；(6)使用最小成本的半导体组件(小型贴片，单芯片系统)。速度高达20kbit/s。在机车车辆、汽车等领域，很多设备都提供LIN接口来进行设备间的通讯。随着我国铁路信息化的建设，对于轨道车辆的远程监控也成为当前需要迫切解决的问题，在全国大规模的GSM-R网络建成之前，使用GPRS网络将从机车车辆现场采集的数据无线传输到地面，成为当前成本低、实现快、可靠性高的首选方案。本设计就是针对这一应用，采用了ARM7 CPU设计出一种低成本、高性能的GPRS-LIN网关。

LIN是英文Local Interconnect Network的缩写，是国际上应用最广泛的现场总线之一。LIN(Local Interconnect Network)是低成本的汽车网络，它是现有多种汽车网络在功能上的补充由于能够提高质量、降低成本，LIN将是在汽车中使用汽车分级网络的启动因素。LIN的标准化将简化多种现存的多点解决方案且将降低在汽车电子领域中的开发生产服务和后勤成本。LIN标准包括传输协议规范、传输媒体规范、开发工具接口规范和用于软件编程的接口LIN在硬件和软件上保证了网络节点的互操作性并有可预测EMC的功能。

LIN Bus是一种串行通讯总线，它有效地支持汽车应用中分布式机械电子节点的控制。它的使用范围是带单主机节点和一组从机节点的多点总线，它的软件协议栈比较简单。一个LIN网络中有一个主机节点和一个以上的从机节点组成，所有的节点都包括有从机服务程序来发送和接收数据，仅有一个节点包含有主机服务程序。主机程序主要用于发送同步间隔、同步场和ID场(也可以是命令)，用于控制和协调各个节点的有序无紊的通讯。由于LIN总线具有很高的实时性能，因此，它已经在汽车工业、航空工业、工业控制、安全防护、轨道交通等领域中得到了广泛应用。

GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称，是在现有GSM系统上发展出来的一种新的数据承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS采用分组交换技术，数据传输速率高达160Kbps。分组交换的基本过程是把数据先分成若干个小的数据包，可通过不同的路由，以存储转发的接力方式送到目的端，而组装成完整的数据。分组交换基本上不是实时系统，延时也不固定，但可以使不同的数据传输“共用”传输带宽：有数据占用带宽，无数据时不占用，从而分享资源。采用分组交换的GPRS则可灵活运用无线信道，每一个用户可以有多个无线信道，而同一信道又可以由几个用户共享，从而极大地提高了无线资源的利用率。GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构，这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。因此，现有的基站子系统(BSS)从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。由于GPRS允许用户在分组交换模式下发送和接收数据，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。

如何把GPRS无线网络和LIN工业现场总线的网络衔接起来，充分发挥两个网络的作用，是摆在我们面前的重要任务。针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的基于ARM7C PU核的GPRS-LIN网关及其通讯方法，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。

发明内容