Programowanie_GSM.pdf

NotatNik koNstruktora

Samowystarczalne

T EM A T

N U ME R U

Sterowanie modemami GSM

nie tylko komendami AT

W standardowych aplikacjach pracą modułu GSM steruje

zewnętrzny mikrokontroler za pomocą komend AT, przesyłanych

między modemem a mikrokontrolerem. Jednak w wielu przypadkach

zadania mikrokontrolera zewnętrznego, takie jak odczytywanie

wyników pomiarów, ich przetwarzanie czy sterowanie zewnętrznymi

urządzeniami, może być z powodzeniem przejęte przez sam

modem. Jest to możliwe gdyż w modułach GSM są mikrokontrolery

o możliwościach przekraczających potrzeby komunikacji GSM.

codunaetapieuruchamianiaprogramu,albo

wcześniej(plikiz rozszerzeniem*.pyc).Pliki

z rozszerzeniem*.pycsątworzonez reguły

pokażdejzmianieplikuźródłowego*.py.

Kodprogramuw postacibytecodujestprze-

nośnyi możebyćuruchamianynaróżnych

platformachsprzętowo-programowych.

Pythonniewymuszaścisłegostylupro-

gramowaniai programyw nimpisanemogą

byćzarównoobiektowe,jakrównieżstruk-

turalne (np. Java jest językiem wyłącznie

obiektowym).Pythonjestoprogramowaniem

typuOpen-Sourcei możebyćbezpłatniesto-

sowanyw aplikacjachkomercyjnych.

DozaletPythonamożnazaliczyćniezwy-

kleprzejrzystąi prostąskładnię.Domini-

mumzmniejszonoliczbęelementówskładni

języka,np.blokikodusądeiniowaneprzez

odpowiedniewcięciew kodzieźródłowym

w odróżnieniuodm.in.językaC,w którym

używanesąnawiasyklamrowe.Danemają

dynamicznetypy,tzn.rodzajdanychdeiniuje

typ,a niedeklaracjasłowemkluczowym(np.

int,char).ZaletąPythonajestrównieżbogata

bibliotekastandardowa,szeregbezpłatnych

bibliotekdodatkowychorazłatwośćintegra-

cjiz oprogramowaniempisanymw językuC/

C++.Przykładowykodprogramuw języku

Pythonprzedstawionona list. 1 .

Modułyprogramowanew językuPython

produkujem.in.irmaTelit.Jestonaprodu-

Moduły GSM są zazwyczaj kojarzone

z prostymimodemami,któremogąwyłącz-

nie pracować jako urządzenie podrzędne

głównego mikrokontrolera. Proste moduły

GSMsąsterowanepoprzezkomendyAT.

Mikrokontrolerzarządzafunkcjamiaplika-

cji,a modułjestodpowiedzialnywyłącznie

zakomunikacjębezprzewodowąGSM.

Jednakobsługęukładuradiowegow mo-

duleGSMzapomocąkomendATmożere-

alizowaćwbudowanymikrokontroler,czę-

sto o sporych możliwościach. Stosowane

w modułachmikrokontroleryrzadkomają

wykorzystywanąswojąmocobliczeniową,

częstowystarczającąabyprzejąćczęśćza-

dań głównego mikrokontrolera systemu.

Możliwość zrezygnowania z dodatkowego

mikrokontrolera jest nie do przecenienia.

Zmniejszasięliczbaelementóworazpo-

wierzchniapłytkiPCB.Czasodpowiedzi,

np. obsługi przychodzącej wiadomości

SMS,ulegaskróceniu,gdyżniemapotrzeby

komunikacjiz zewnętrznymukładem.

Modemów, których mikrokontrolery

mogą wykonywać aplikacje użytkownika

jestnarynkubardzodużo.Niemajednak

uniwersalnegojęzykaichprogramowania,

takjakjesttow przypadkusterowaniako-

mendamiAT.W zależnościodproducenta,

sąonezazwyczajprogramowanew różnych

językach,zarównowskryptowych,jakuru-

chamianych w specjalnym interpreterze

albotzw.maszyniewirtualnej(np.Lua,Py-

thonorazJava),a takżew językuC.Jednakże

niezależnieodplatformyprogramistycznej,

programowalne moduły GSM mogą być

równieżsterowanestandardowymikomen-

damiAT.

Komendy AT

Komendy AT zostały opracowane do

sterowaniapracąmodemówanalogowych.

Wprowadzonoje,abyujednolicićsposóbko-

munikacjizesprzętem,z którymmiałkomu-

nikowaćsiękomputer.Zostałyrównieżza-

adaptowanedosterowaniamodemamiwbu-

dowanymiw telefonykomórkowe.Obecnie

wszystkiemodułyGSMsąsterowanezapo-

mocątychkomendz użyciemwbudowanego

interpretera.KomendyATzostaływyspecyi-

kowanew odpowiednichnormachprzezna-

czonychdlatelefonówkomórkowych.

W programowalnych modułach GSM

jest także możliwość zdeiniowania wła-

snych komend AT. Zastosowanie niestan-

dardowychkomendzwiększapoziombez-

pieczeństwatakiegomodułu.Komunikacja

standardowegomodułuz mikrokontrolerem

zarządzającym może zostać podsłuchana

i szybko rozszyfrowana. Przy stosowaniu

niestandardowychkomendosobaniepowo-

łananiemożew prostysposóbrozszyfrować

algorytmudziałaniaurządzenia.

List. 1. Przykładowy kod źródłowy

napisany w języku a) Python i b) C

def maksimum(x, y):

if x > y:

return x

else:

return y

int maksimum(int x, int y) {

if (x > y) return x;

else return y;

}

//lub

int maksimum(int x, int y) {

if (x > y)

{

return x;

}

else

{

return y;

}

Python

Pythonjestinterpretowanymjęzykiem

programistycznym. Do jego uruchomienia

potrzebnyjestspecjalnyinterpreterz kompi-

latorem,którykodźródłowyprogramuprze-

twarzadopostacibytecodui uruchamianego

nawirtualnejmaszyniePythona(PVM).Kod

źródłowy Pythona (pliki z rozszerzeniem

*.py)mogąbyćalbokompilowanedobyte-

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 3/2010

moduły GSM

Sterowanie modemami GSM nie tylko komendami AT

rys. 1. Podział pamięci w modułach ﬁ rmy

telit

centemmodułówM2Mz komunikacjąGSM/

GPRS.ZapomocąEasyScripttejirmyjest

możliweuruchamianieskryptówużytkow-

nika w modułach bezprzewodowych. Jest

tokompletnaplatformaprogramowa,dzięki

którejjestmożliwetworzenieaplikacjiM2M

bezponoszeniadodatkowychkosztównaza-

kuplicencjiczysprzętu.

PodziałpamięcimodułówTelitaprzedsta-

wionona rys. 1 .Dladyspozycjiaplikacjiużyt-

kownikai interpreteraPythonajestok.2 MB

pamięciFlashoraz1,2 MBpamięciRAM.Po-

zostałapamięćjestzarezerwowanadlastosu

protokołówGSM/GPRS.Oprogramowanieza-

rządzającekomunikacjąGSMjeststerowane

zapośrednictwemkomendATwysyłanych

przezwirtualnyportszeregowy.

Wgrywanie programów użytkownika

z komputeraPCdomodułuodbywasiępo-

przezportszeregowy.Operacjezapisu,od-

czytui weryikacjipamięciwprowadzanesą

poprzezterminal(np.HyperTerminalWin-

dows)i dedykowanekomendyAT.

Aplikacja użytkownika przygotowana

w językuPythonkomunikujesięz modułem

GSMpoprzezwbudowaneinterfejsyprogra-

mowe.Sątointerfejsy:

*MDM–najważniejszyinterfejsumożli-

wiającywysyłaniei odbieraniedanych

rys. 2. Wireless toolkit Moto2Moto ﬁ rmy Motorola

z siecipoprzezwirtualnyportszeregowy

dlakomendAT.

*MDM2–pomocniczyinterfejsdlawe-

wnętrznejobsługikomendAT.

*SER–interfejssłużącydokomunikacji

zesprzętowymportemszeregowymmo-

dułuGSM(ASC0).Umożliwiaonpod-

łączeniezewnętrznegourządzenia.Port

tenniejestużywanydoprzesyłaniako-

mendATdomodułu.

*SER2–dodatkowyportszeregowydo-

stępnyw modułachbezwewnętrznego

odbiornikaGPS.

*GPIO – umożliwia obsługę końcówek

modułuGSMorazpozostałychfunkcji,

takichjakusypianiemodułuczyobsługa

licznika.

*IIC–programowyportI 2 C,którymoże

korzystaćz dowolnychkońcówekGPIO.

*SPI–programowyportSPI.

*GPS–interfejsłączącyskryptPythona

z wewnętrznymodbiornikiemGPS.Ko-

munikacja jest bezpośrednia, tzn. bez

użyciażadnychdedykowanychkomend

AT.

Java

Javajestnowoczesnymobiektowymję-

zykiem programistycznym opracowanym

przez programistów Sun Microsystems

(obecnie należącej do irmy Oracle). Kod

programunapisanegow Javiejesturucha-

mianynatzw.maszyniewirtualnej.Maszyna

wirtualnainterpretujekodwynikowyz kom-

pilatoraJavy–bytecode,dziękiczemu(teore-

tycznie)razskompilowanyprogrammożna

uruchomićnaróżnychplatformachsprzę-

towych.MIDlet,czyliprogramJavy,można

uruchamiaći testowaćnakomputerzePC,

a następniewgraćgodomodemu.

Wadątakiegorozwiązaniajestmniejsza

wydajność przetwarzania kodu interpreto-

wanegoprzezmaszynęwirtualną,niżkodu

napisanegobezpośrednionadanyprocesor,

np.w językuC.Tuz pomocąprzychodząmi-

krokontroleryARMz rozszerzeniemJazalle,

któremogąbezpośredniowykonywaćbyte-

codewirtualnejmaszynyJava.Mikrokontro-

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 3/2010

NotatNik koNstruktora

rys. 3. Ekran startowy programu M2M studio

–TrybInteligentnegomodemu:procesor

głównyurządzeniasterujepracąWire-

lessCPUpoprzezstandardowei niestan-

dardowekomendyAT.Komendyniestan-

dardowesąobsługiwaneprzezdodatko-

wyprogramuruchomionynaWireless

CPU.

–Trybmodemu:procesorgłównyurządze-

niasterująpracąWirelessCPUpoprzez

standardowekomendyAT.

Sierra-Wireless dostarcza zintegrowane

środowiskoprogramistyczneopartenaIDE

Eclipsedlamodemówz WirelessCPU.M2M

Studioumożliwiaprzygotowanie,kompila-

cję,debugowanieorazuruchamianiekodu

programu.ProcesoryWirelessCPUpracują

podkontroląsystemuoperacyjnegoOpenAT

OS.Należyzaznaczyć,żejesttosystemtypu

RTOS(czasodpowiedzinaprzerwaniepo-

niżej1 ms).Na rys. 3 .przedstawionowidok

ekranupowitalnegoIDEM2Mstudio.

Aplikacje przygotowane dla Open AT

OSmogąbyćzarównojednowątkowejak

i wielowątkowe.Producentdostarczabez-

płatne biblioteki programistyczne zgodne

z językiemANSIC.Wśródnichznajdująsię

niemalwszystkie,niezbędnefunkcjesyste-

mowedozarządzaniamodememGSM,takie

jak:obsługakomendAT,obsługakomunika-

cjiGPRS,HSDUPA,stosuTCP/IPitp.

leryARMniemająjednakzaimplementowa-

nychwszystkichkomendbytecode,więcte

instrukcje,którewginżynierówARM’a są

rzadziejużywane,musząbyćobsłużonepro-

gramowoprzezsystemoperacyjny.

ModułyGSM,któremogąbyćprogramo-

wanew Javiemająw ofercietakieirmyjak:

Aplicom(wcześniejczęśćNokii),Siemens,

Motorola.W modułachirmyMotorolajest

możliwe wgranie własnego oprogramowa-

niaopracowanegosterującegopracąmodułu

w językuJava.Przykłademjestmodułuozna-

czonysymbolemG24-JAVA.

Do przygotowania oprogramowania

modułów GSM irma Motorola dostarcza

Moto2MotoWirelesstoolkit.Umożliwiaon

tworzenie, uruchamianie i debugowanie

MIDletównakomputerzePCprzyużyciu

emulatoraJavyirmySun.Skomplikowane

programymogąbyćprzesłanebezpośrednio

domodułuG24-J.Na rys. 2 przedstawiono

widokuruchomionegoemulatoraw środo-

wiskuMoto2Moto.Programistamapodgląd

statusu urządzenia (poziom odbieranego

sygnału,stanportów,poziomnapięciaba-

terii, itp) oraz może uruchamiać MIDlety

Javy.Brakujew nimjednakżeedytorakodu

źródłowego.Plikiźródłoweprojektumuszą

byćwięcedytowanezewnętrznymedytorem

tekstowym.

ProcesoryCPUmogąpracowaćw trzech

trybach:

–Trybprocesora:WirelessCPUjestjedy-

nym mikrokontrolerem w urządzeniu.

Obsługuje zarówno komunikację GSM

jaki aplikacjęużytkownika.

rys. 4. Model warstwowy aplikacji przygotowanych w języku Lua

Open AT

Platforma Open AT jest z pewnością

znana czytelnikom EP. Jest to platforma

programowaprzeznaczonadoprogramowa-

niaprocesorówz liniiWirelessCPUirmy

Sierra-Wireless (wcześniej Wavecom) oraz

modułów z tymi procesorami. Open AT

jestzaprojektowanai zoptymalizowanapod

względem komunikacji bezprzewodowej

M2M(Machine-to-Machine).

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 3/2010

Sterowanie modemami GSM nie tylko komendami AT

Głównebiblioteki(pluginy)OPENATto:

*TCP/IP–zapewniaobsługępołączenia

internetowego.

*Internet – rozszerza funkcje pluginu

TCP/IPo protokołyPOP3,SMTPoraz

FTP.

*Security–obsługakomunikacjiszyfro-

wanejprzyużyciuSSL.

*CompanionGPS–obsługamodułuGPS.

*Lua–włączaobsługęjęzykaskryptowe-

goLua.

*C-CAN–obsługamagistraliCAN.

MikrokontroleryWirelessCPUznajdują

sięrównieżw gotowychmodemachprzemy-

słowych,np.irmyMaestro( www.maestro-

wireless.com ).

naz bibliotekjęzykaC.Luaoferujepodob-

nemożliwościprogramistycznejakjęzykC,

m.in.programowaniewielowątkowe,pełną

obsługęłańcuchówznakowych(w tymob-

sługęwyrażeńregularnych),automatyczne

zarządzaniepamięciąorazprogramowanie

obiektowe.

DostępdomaszynywirtualnejLuauzy-

skujesiępoprzeztelnet,zapomocąktórego

możnapobieraćprogramyz dowolnegoser-

weraFTPi uruchamiaćjew module.Zmiana

uruchomionychskryptówdokonywanajest

w czasiepracyurządzeniai niejestwymaga-

nyrestartsystemu.

PonieważprogramyLuasąuruchamiane

przezspecjalnypluginbibliotekiOpenAT,

tomożliwejestpołączenieprogramówpisa-

nychw językuLuai w językuC.Na rys. 4

przedstawionomodelwarstwowyaplikacji

przygotowanychdlasystemuOpenATOS

w językachLuai C.

Możliwejestwięcpisanieczęściprogra-

muw językuC,a częściw językuLua.

mysłowymodemGSM/GPRSprzeznaczony

do aplikacji automatyki, bezpieczeństwa

i sprzedaży elektronicznej. Ma wydzielo-

ne2 MBpamięcidoużyciaprzezaplikację

użytkownika.Modułmazaimplementowaną

programową warstwę dostępową do zaso-

bówsprzętowychdlaaplikacjinapisanych

w językuC.

Podsumowanie

Moduły GSM są chętnie stosowane

w wielu aplikacjach, którym umożliwiają

bezprzewodowąwymianędanychz dowol-

negomiejscabędącegow zasięgusieciko-

mórkowej. Programowalne moduły GSM,

mogąw wieluprzypadkachbyćjedynym

komponentemzdalnegourządzeniapomia-

rowegolubkontrolnego.Stosowanyw nich

mikrokontrolerprzejmujezadaniaaplikacji.

Przywyborzeprogramowalnegomodu-

łunależywziąćpoduwagęznajomośćda-

nejplatformyprogramistycznej,gdyżmoże

okazaćsię,żeprostszebędzienapisaniepro-

gramuw znanymjęzyku,niżnauczeniesię

nowego.Należyteżwziąćpoduwagęogra-

niczeniatakichrozwiązań,gdyżw większo-

ściprzypadkówprogramużytkownikajest

wykonywanynawirtualnejmaszynie,która

zabierazasoby.

Lua

Mikrokontrolery

Wireless CPU mogą

być też programowa-

ne w języku skrypto-

wym Lua. Został on

zaprojektowanyw celu

rozszerzenia właściwości różnych aplika-

cjio możliwośćdynamicznegowykonywa-

niaskryptów.Jestonzazwyczajstosowany

w oprogramowaniu gier komputerowych,

w którychumożliwiazmianęinterfejsulub

oprogramowaniedziałańw postaciskryptów

użytkownika.Luajestdostarczanajakojed-

Język C

Niektóremodułymogąbyćrównieżpro-

gramowanew językuC.Programydlatych

modułów są uruchamiane bezpośrednio

namikrokontrolerzesterującymmodułem.

PrzykłademjesttutajmodemirmyMotoro-

laoznaczonysymbolemG30.Jesttoprze-

Maciej Gołaszewski, EP

maciej.golaszewski@ep.com.pl

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 3/2010

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: