基于STM32微处理器的GPRS数据传输技术的研究

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STM32是意法半导体（ST）公司推出的基于ARM Cortex-M3内核的主流产品之一，它是ST公司专门针对要求高性能、低功耗和低成本的嵌入式应用而设计的，目前已在各领域得到广泛的应用。SIM900A是SIMCom公司主推的一款紧凑型的GSM/GPRS双频模块产品，它以性能稳定、外观精巧及性价比高的优点深受广大工程师青睐。
       
        本文通过对STM32底层配置以及数据传输的研究，介绍STM32主要的底层配置，并着重介绍数据传输的实现。通过关键步骤的程序源代码的介绍，阐述实现数据传输的细节以及注意事项。该方法对其他项目或芯片有一定的实现价值和参考价值，且简单可靠，具有普遍性和通用性。
       
        1 STM32底层配置
        为了实现STM32单片机与SIM900A模块之间的数据命令的传输，本文以串口为例，先搭建开发平台，在工程中加入相应的库函数以及配置文件，然后配置时钟以及串口相应的输入输出GPIO接口。在配置的同时，需要针对自身的原理图进行编写，才能保证配置正确无误。这样，基本的开发平台就搭建起来了。
       
        1.1 串口配置
        在开发平台搭建起来之后，就可以对串口进行配置了。配置速率为115 200 b/s，字长为8 bit，1 bit停止位，串口模式为输入与输出模式，最后，初始化相对应的串口。初始化串口之后，打开串口的中断响应函数，即USART_ITConfig（USART2，USART_IT_RXNE，ENABLE）（以串口2为例），然后使能相对应的串口，这样串口函数就基本配置完成了。需要注意一点，有些程序可能在传输的时候出现首位丢失。这个问题涉及到USART的机制。硬件复位之后，USART的状态位是置位的（置1，表示已经发送完毕），而此时数据可以进行正常发送。当一帧数据发送后，由硬件将该位置位。而清除TC位（置0）是由软件来完成的，通过先读USART_SR，再写USART_DR将该位清除。但是程序在发送第一帧数据的时候，并没有进行读USART_SR，而是直接进行写USART_DR，因此TC标志位还是置1，并没有清除。当发送第一帧数据之后，用USART_GetFlagStatus（）检测状态返回的是已经发送完毕，程序就会马上发送下一帧数据，因此第一帧数据就会被第二帧数据覆盖了，这样就看不到首位数据。根据这种情况，可以在每次传输之前或之后清除传输完成标志位，即USART_ClearFlag（USART2，USART_FLAG_TC）。
       
        1.2 中断配置
        配置完串口之后，将对NVIC进行配置。首次配置中断分组，然后选择串口的中断，即NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=USART2_IRQn（以所使用固件库的定义为主）。
       
        再设置抢占式中断优先级和响应式中断优先级，然后使能中断和初始化。以上的配置必须结合自身的情况，设计出最优的中断分组和优先级，以保证程序响应中断的速度。中断后所做的内容在stm32f10x_it.c文件里配置，下文将会详细阐述。
       
        2 实现细节
        实现GPRS数据传输的原理是：STM32解析一串数据或命令，然后通过串口或其他方式一个字符一个字符地发送给SIM900A模块，SIM900A接收到数据之后再通过SIM卡发送到服务器。当SIM900A接收到数据时，立即响应中断，按照中断所设置的方式进行数据处理。此时，就需要通过发送检验和接收检验来控制数据的传输。
       
        2.1发送检验
        由于STM32逐个字符地将数据发送给SIM900A模块，因此必须保证数据的正确性与连贯性。如果在发送的时候响应中断或者进行任务调度，则发送将作废，从而导致程序出错，所以开发者必须警惕该类的错误出现。
       
        发送数据或者命令的时候，可以将数据通过参数传给发送函数，由发送函数统一控制，发送完成之后再返回一个发送完成标志位，告知调用函数者发送已完成。源程序如下：
        void USART_Send_Byte（char MyData）{ //发送字符函数
        　USART_ClearFlag（USART2，USART_FLAG_TC）；
        　//清除标志位，如上所述
        USART_SendData（USART2，MyData）；//发送数据
        while（USART_GetFlagStatus（USART2，USART_FLAG_TC）==RESET）；//等待发送完成
        }
        void USART_Send_Str（char*s）{//发送字符串
        　int i；
        　int len = strlen（s）-1；//字符串长度
        for（int i=0；i<len；i++）
        USART_Send_Byte（s）；//循环将字符串发送出去
        if（s==0x0a）{//判断发送是否结束
        SendCFFlag=TRUE；
        //如果为真，则发送完成标志位置为真
        }else{
        USART_Send_Byte（s）；//如果为假，则发送出去
        }
        }
         
        2.2 接收检验
        当SIM900A有数据返回或 者有数据通过SIM900A接收到下位机时，STM32会立即响应中断来接收数据。此时就要在中断函数中进行一系列处理。以SIM900A为 例，SIM900A模块返回的命令都是以"r"+"n"+""结尾，因此检验传输结束可以根据它进行判断。在中断响应函数（即 stm32f10x_it.c文件里）的USART2_IRQHandler函数可以设置如下：
       
        void USART2_IRQHandler（void）
        {
        if（USART_GetITStatus（USART2，USART_IT_RXNE）!=RESET）{
        //将接收字符存入接收缓冲区RxBuffer
        RxBuffer[ReceCounter++]=（char）USART_ReceiveData（USART2）；
        //判断是否接收结束
        if（RxBuffer[ReceCounter]==&prime;&prime;&& RxBuffer[ReceCounter-1]==0x0A &&
        RxBuffer[ReceCounter-2]==0x0D）{
        ReceCFFlag=TRUE；
          }
        USART_ClearITPendingBit（USART2，USART_IT_RXNE）；
        }
        }
         
        该函数的基本思路是：将USART接收到的字符逐个存入缓冲区，然后判断缓冲区最后3个字符是否为SIM900A的结束标识符。如果为假，继续接收；如果为真，则将接收完成标识符置为真。当接收完成标识符为真时，说明接收完成，接下来就可以进行数据处理了。
        2.3 命令函数实现方法
        下面将以AT+CIPSEND为例，阐述发送数据的细节。通过初始化模块、开启网络、建立接入点和建立TCP连接之后，就可以开始发送数据。实现源代码如下：
       
        u8 GPRS_Send（void）{
        u8 i=0；
        u8*p；
        USART_SendToGPRS（"AT+CIPSENDrn"）；//发送命令
        Delay_ms（500）；//延时500 ms
        p=LookFor_Str（RxBuffer，">"）；
        //查找是否有">"符号，如果有，则可以发送数据
        if（p!=0）{
        p=0；
        memset（RxBuffer，0，BufferSize）；//清空接收缓冲区
        USART_SendToGPRS（GPRSSendData）；//发送数据
        Delay_ms（500）；
        　Delay_ms（500）；
        　Delay_ms（500）；
        　p=LookFor_Str（RxBuffer，"SEND OK"）；
        if（p!=0）{//判断是否发送成功
        //发送成功操作
        　return 1；
        }else {
        //发送失败操作
           return 0；
          }
           }
        }
        该函数的基本思路是：首先发送命令，然后查找是否有“>”符号，如果有，则说明可以开始发送数据。一段延时之后查找接收缓冲区是否有“SEND OK”字眼，有则说明发送成功，没有则表示发送失败。可以根据判断作进一步的操作。命令的用法详见SIM900A配套的AT命令手册。有以下三点需要注 意：
       
        （1）在本文测试程序中需要先获取IP然后才能建立TCP连接，这是由SIM900A机制决定的。所以如果开发者不能建立TCP连接，除了测试网络是否正常、服务器是否正确配置之外，还需在程序中先获取IP，命令为AT+CIFSR.
        （2）可以先获取SIM900A的状态，命令为AT+CIPSTATUS.根据状态来判定进行哪些操作，可以减少运行量，简化代码，从而减少运行时间，提高运行效率。详见SIM900A配套的AT命令手册。
       
        （3）延时的设定需要具体问题具体分析。例如，初始化SIM900A模块的时候，只需延时500 ms，模块返回的信息就接收到了，而接收来自服务器的信息时，有时由于信号问题或者巨大的数据量可能要延时久一点，而此时就需要开发者自行进行测试。延时 的准确设置，可以在保证数据正确性的同时减少延时时间，从而提高程序的运行效率。
       
        本文通过对STM32微处理器串口的设置以及中断的配置来阐述 STM32微处理器底层的配置，再通过SIM900A的发送和接收数据实现GPRS的数据传输技术，从而实现STM32微处理器接入互联网。在接收检验实 现中，可以根据接收是否完成只作一次判断，从而减少中断运行时间。而SIM900A是GSM/GPRS双频模块，还可以实现通话、收发短信、HTTP及 FTP传输等诸多功能，通过更深入的研究，可以最大限度地挖掘出该模块的实用价值，从而为电子产品提供更多的应用功能。