引言
    物聯網從美國的“智慧地球”到我國的“感知中國”在概念不斷演進，M2M是現在物聯網實際應用的一種具體模式。
     M2M可代表機器對機器（Machine to Machine）人對機器（Man to Machine）、機器對人（Machine to Man）、移動網絡對機器(Mobile to Machine)之間的連接與通信，它涵蓋了所有實現在人、機器、系統之間建立通信連接的技術和手段。M2M系統節點的通信連接可分為“有線”和“無線”兩種。

     M2M用于實現設備、人和系統之間的互聯互通。M2M應用遍及軍事、金融、交通、氣象、電力、水利、石油、煤礦、工控、零售、醫療、公共事業管理等各個行業。通過本論文提出的模塊，各行業可升級現有設備實現技術的更新換代。 

     M2M的應用主要存在三個問題：
     第一：行業應用中，采用“有線”連接的方式需要敷設專門的線纜。基礎網絡工程量大，成本較高。  第二：行業應用中，采用“無線”連接的方式普遍采用PRS/CDMA 1X作為接入手段。但由于無線網絡帶寬不足，限制了視音頻、圖像等業務信息的承載和物聯網中傳感器網絡的組網結構。 第三: 行業應用中，Linux是常用軟件平臺之一，設備廠商如需集成基于3G技術的M2M模塊需要在Linux系統上做一定的開發工作。

     本文中的四川九洲電器集團有限責任公司成都技術中心開發的“基于物聯網應用的3G M2M模塊”解決了上述主要問題。
     本論文提出的方案包括M2M模塊硬件原理圖、軟件實現框圖、Linux系統驅動實現等幾個主要部分。
    

     1、 M2M模塊軟硬件架構
     模塊包括硬件部分與軟件部分。
硬件部分由基帶處理芯片CBP 7.0 CDMA Baseband Processor、NOR Flash and PSRAM二合一芯片、電源管理芯片、射頻收發器、功率放大器、發送天線、低噪聲放大器、主接收天線、分集接收天線、用于收發網絡信息的USB2.0接口、用于調試用的UART和JTAG接口等幾部分組成。軟件部分由CDMA 1X Stack、EVDO Stack、VAL、CP、System Services等基本組成。在具體功能上，根據上述基本軟件部分可實現短信收發、語音通話、UIM讀寫、TF卡讀寫、TCP/IP透傳、Win/Linux驅動程序等功能。
    

    1.1. 硬件架構
     硬件部分包括：基帶芯片CBP 7.0 CDMA Baseband Processor、NOR Flash and PSRAM二合一芯片（Multi-Chip）、電源管理芯片（Power Management）、射頻收發器（RF Transceiver）、功率放大器（Power Amplifier）、發送天線（TX ANT）、低噪聲放大器（LNA）、主接收天線（Main Antenna）、分集接收天線（Div Antenna）、用于收發網絡信息的USB2.0接口、用于調試用的UART和JTAG接口。
        基帶芯片CBP 7.0 是系統的核心控制部分，與CPU總線連接的是Multi-Chip其是NOR Flash和PSRAM的二合一芯片。NOR Flash作操作系統和文件系統的存儲器使用，SRAM是運行實時操作系統Nucleus內核和相關程序數據緩存空間。電源管理芯片是系統供電的核心，電源管理芯片分別生成11組電源給基帶芯片、存儲芯片、射頻相關芯片、UIM卡接口、時鐘電路部分等供電。供電電壓分為＋3.3V、＋3.0V、＋1.8V三種。
         射頻收發器是射頻電路部分的核心，基帶芯片通過SPI接口控制射頻收發器。射頻收發器支持主接收和分集接收兩種模式，通過SAW連接低噪聲放大器接收射頻信號。射頻收發器通過SAW連接功率放大器進行射頻信號[FS:PAGE]發射。
          功率放大器和發送天線組成基本的發送電路。功率放大器增益典型值為28dB，工作頻率范圍為824－849MHz，電壓駐波比小于3:1。低噪聲放大器和主、分集接收天線組成基本的接收電路。低噪聲放大器由射頻芯片控制，器件采用USB8-B6封裝。主、分集天線之間的平均增益小于6dB，分集天線包絡系數小于0.5。
接口部分主要由用于數據傳輸的USB接口、用于調試的UART/JTAG接口等組成。其中USB接口為USB2.0 full mode。
      

       1.2. 軟件架構
        軟件部分主要包括VAL、CDMA 1X Stack Subsystem、EVDO Stack Subsystem、Common Modem Stack Subsystem、System Services Modules、Operating System 六部分組成。 VAL為VIA Abstraction Layer（VIA抽象層）給芯片組定義了統一的應用程序編程接口（Application Programming Interface），該接口為用戶界面（User Interface）和M2M模塊（M2M module）所調用。VAL同時提供了AT（Attention）命令的解析和傳輸接口。用戶可以通過AT命令進行呼叫、短信、電話本、數據業務、補充業務、傳真等方面的控制。
            CDMA 1X Stack Subsystem由協議棧（Protocol Stack）、無線鏈路協議（Radio Link Protocol）、Layer1 CDMA 1X 驅動（Layer1 CDMA 1X Drivers）、Layer1 多層驅動（Layer1 Multiplex Sub layer Driver）等4個主要部分組成。 
            Protocol Stack主要實現了CDMA 1X的協議棧，并符合TIAEIA-637A/B、TIAEIA-683B、IS-801.1等國際標準。
Radio Link Protocol 是用來保證魯棒數據傳輸的基于網絡錯誤發現、修正、重傳的鏈路層協議，同時RLP是Layer1 Multiplex Sub layer Driver與High Layer Protocol之間的傳輸通道。 Layer1 CDMA 1X Drivers完成對CDMA modem的初步控制，Layer1 Multiplex sub layer Driver是調制解調器數字信號處理器（Modem DSP）和語音信號處理器（Voice  DSP）的接口。LMD也是語音信號處理器（Voice DSP）和控制處理器（Control Processor）的接口。 EVDO Stack Subsystem由會話層控制（Session Layer Control）、連接層協議（Connection Layer Control）、前向信道處理（Forward Channel Processor）、反向信道處理（Reverse Channel Processor）、射頻調制解調控制器（RF Modem Controller）等5個主要部分組成。
         會話層控制（Session Layer Control）由地址管理協議、會話配置協議、會話管理協議組成，并對會話建立及管理進行可靠性保障。
          連接層協議（Connection Layer Control）由空中連接管理協議、空閑狀態協議、連接狀態協議組成，避過你對呼叫連接的建立進行可靠性保障。
          前向信道處理（Forward Channel Processor）主要由流層協議、包合并協議，并在前向信道連接時實現無線鏈路協議、加密層協議。
         反向信道處理（Reverse Channel Processor）主要由流層協議、包合并協議，并在反向信道連接時實現無線鏈路協議、加密層協議。
          射頻調制解調控制器（RF Modem Controller）實現對射頻天線的控制和調制解調器硬件部分的控制。
     &n[FS:PAGE]bsp;      Common Modem Stack Subsystem由客戶化系統選擇（Custom System Selection）、高層協議（High Layer Protocol）、混合系統控制（Hybrid System Controller）等3個主要部分組成。客戶化系統選擇（Custom System Selection）是指選擇1X only、EVDO only、Hybrid 1X/EVDO這3中模式的一種。
高層協議（High Layer Protocol）實現IP、PPP協議和混合模式下呼叫建立、切換管理，主要協議有TCP/IP、UDP/IP、PPP、ICMP、LCP、IPC、Mobile IP等。混合系統控制（Hybrid System Controller）對M2M模塊在1X/DO工作模式下的射頻控制、待機、喚醒、優先級評定等進行控制和管理。
            System Services Modules由數據庫管理（Database Manager）、監控和診斷（Monitor and diagnostics）、處理器內部通信（Inter-Processor Communication）、閃存管理（Flash Storage Manager）、系統支撐（System Level Support）、硬件驅動（Hardware Drivers）、輸入輸出（Input Output）等7個主要部分組成。
          數據庫管理（Database Manager）為各軟件模塊建立數據庫并通過系統調用的方式實現對閃存的讀寫。 
           監控和診斷（Monitor and diagnostics）支持內存的讀寫和校驗并生成日志，支持休眠模式。
           處理器內部通信（Inter-Processor Communication）通過共享區支持CP和兩個DSP之間進行通信。
          閃存管理（Flash Storage Manager）支持相應閃存接口。 
            系統支撐（System Level Support）主要是對系統計時器的相關操作和管理。
          硬件驅動（Hardware Drivers）實現了硬件設備和接口的驅動并完成任務控制。
           輸入輸出（Input Output）實現了USB、串口流控制并支持緩沖區。
           Operating System主要由實時操作系統（Real-Time Operating System）、執行封裝（Executive Wrapper）2個主要部分組成。
           操作系統（Real-Time Operating System）采用Nucleus Plus嵌入式實時操作系統，版本號為V1.15.14。 
            執行封裝（Executive Wrapper）對實時操作系統做了一定封裝并支持消息隊列和緩沖池操作。上述軟件組件構成了基本的軟件框架，軟件部分的示意圖如圖2所示：

             1.3. Linux系統免驅實現
             為減小設備廠商集成基于M2M模塊時在Linux系統的開發工作，M2M模塊基于CDC類實現。USB標準子類中，CDC（Connected Device Configuration）是可以實現虛擬串口通信的協議，Linux系統中帶有CDC類設備驅動程序，可以自動識別CDC類設備。
M2M模塊在設計中采用USB接口虛擬為串口方式實現，這樣免去了Linux系統下為其專門開發設備驅動的工作并簡化了設備驅動的安裝。

       2. 有益作用
     &n[FS:PAGE]bsp;  通過本論文提出的解決方案和實施思路，可以完成基于CDMA DorA技術的M2M模塊軟硬件開發，可以拓寬視音頻、圖像等業務信息的承載。并且該方案簡化了嵌入式Linux系統的軟件開發工作量，有利于行業市場的技術更新及拓寬行業應用。

        3. 結束語
物聯網在國內的應用需要時間和實踐來完善。從概念到標準都存在很多不足，立足M2M的基本應用可以逐步積累經驗以滿足工業、農業信息化需要。本文提出的模塊從實際應用出發，可以直接、間接應用到各種M2M領域。
作者：邢保振