4G通信模块在ARM平台下的应用

4G模块是连接物与物的重要载体，是终端设备接入物联网的核心部件之一，随着4G的普及，许多新兴市场对4G通信模块的需求都在日益扩大，那么在ARM平台的嵌入式设备上如何快速的应用4G模块呢？

4G通信模块把频率接收器和信号增幅器等部件全都整合在一起，实现了一体化。随着工业发展，嵌入式设备接入网络的需求日益增多，在没有有线或WiFi等无线的环境下，直接通过4G通讯模块连接运营商网络来接入互联网不失为一个好方法。因此，本文就为读者介绍一下基于ARM平台的嵌入式设备在Linux下使用4G模块的方法。

一、开发环境

1)   开发主机环境：Ubuntu12.04（64位）、arm-fls-linux-guneabi-gcc系列交叉编译链。

2)   硬件清单：IoT-3960工控板、龙尚4G模块U8300C或U8300W。

3)   软件资源：光盘EPC-280_283_287V1.04.iso中的内核源码包：linux-2.6.35.3-fec60fa.tar.bz2（光盘内容可在致远电子官网下载https://www.zlg.cn）。

二、硬件概述

IoT-3960L 是广州致远电子股份有限公司以Freescale i.MX287处理器为核心开发的工业IoT网络控制器，集成多路通信接口，支持多种通信协议，具有性价比高、功能丰富、工作稳定、兼容性强等特点，产品实物如图1所示。

图1  IoT-3960L工控板

通过自定义的Mini-PCIE接口，IoT-3960L可外扩3G、4G、GPRS、ZigBee、RFID等无线通信模块。本文外扩的是龙尚4G模块，所用的型号如图2所示。

图2  龙尚4G模块U8300C、U8300W

三、技术实现

1、解压内核源码

将EPC-280_283_287 V1.04.iso光盘中的linux-2.6.35..3-fec60fa.tar.bz2源码包复制到ubuntu系统的“~/”目录下，将其解压后可得到linux-2.6.35.3目录，参考命令如下：

vmuser@Linux-host:~$ tar -jxvf linux-2.6.35..3-fec60fa.tar.bz2 

2、修改配置文件

在内核源码目录“drivers/gpio/”下的Kconfig文件中有设定了CONFIG_GPIO_M28X宏的默认配置，用vim编辑器打开这个Kconfig文件，搜索“GPIO_M28X”，找到其配置设定，将其修改为可独立配置的选项，修改后的配置如下所示（红色标识的为修改部分）：

config GPIO_M28X

tristate "GPIO support for MiniPCI-E slot control"

#depends on IoT_3960 || IoT_3962

help

Say yes here to enable the IoT_396x board gpio driver.

3、修改内核编译脚本

Linux 源码目录下的build-kernel脚本文件主要用于切换内核默认配置，但因光盘中的该脚本文件设置不够灵活，建议直接将build-kernel文本内容整体替换为如图3所示的代码：

图3  build-kernel 文件内容

4、配置内核源码

进入解压后的Linux源码根目录，使用IoT-3960L的默认内核配置，参考命令如下：

vmuser@Linux_host:~/ linux-2.6.35.3$ ./build-kernel                                                     

然后输入6选择Iot3960，如果是其他工控板或开发套件，则选择对应的选项即可，如果对应的Linux源码根目录下没有.config文件，运行该步骤操作后会提示cp命令执行错误，直接忽略此错误即可。

工控板或开发套件使用USB接口来与龙尚4G模块通信，需要配置内核以支持USB转串口功能。参考命令如下：

vmuser@Linux-host:~/ linux-2.6.35.3 $ make menuconfig                                                

进入配置界面后，按回车键进入“Device Drivers --->”选项，配置完内核后，保存并退出内核配置操作。

5、 修改&编译内核源码

对龙尚4G模块，我们需要在linux-2.6.35.3目录下对三个数组中的内容进行修改：

l  使用vi或者vim命令打开drivers/gpio/gpio_m28x.c文件，在all_gpios_info[ ]数组作中作修改；

l  使用vi或者vim命令打开arch/arm/mach-mx28/mx28evk_pins.c文件，在mx28evk_fixed_pins []数组中作修改；

l  使用vi或者vim命令打开drivers/usb/serial/option.c文件，在option_ids[]数组中作修改。

按上述操作修改完成之后，就可以编译内核了，内核编译参考命令如下：

vmuser@Linux-host:~/ linux-2.6.35.3 $ make uImage                                                    

待内核编译完成后，将生成的uImage文件（可在arch/arm/boot目录下找到）烧写到工控板或开发套件上，烧写方法请参考《IoT-3960用户手册.pdf》第6章的内容。

四、4G模块测试

这里主要介绍龙尚4G模块的电话、网络等控制接口以及IoT-3960L工控板对其操作的通信流程。用于测试的工控板必须烧写EPC-280_283_287 V1.04.iso光盘中V1.03的uboot及文件系统，因为其中包含必要的拨号上网工具。

1、电话控制接口

电话接听和拨打命令如表1所示。通过向串口发送相应的命令就可以实现电话的接听和拨打。如：可以向串口发送“ATD12345678901;\n\r”就可以向12345678901拨打电话。

表1   电话拨打和接听控制命令表

电话拨打接听代码执行流程如图4所示。代码首先会显示可供使用的菜单，如电话拨打，短信接收等。等待用户输入参数，执行参数对应的流程。然后判断是否执行成功，如果执行成功就会返回显示菜单代码处继续执行下一下循环。

图4  电话拨打接听流程图

2、网络控制接口

4G 模块上网功能通过PPP拨号提供的接口连接网络。在开发套件文件系统的“/etc/ppp”目录下预置了可以参考的拨号脚本。拨号成功后（执行PPP拨号脚本），内核会生成PPP网络设备。通过创建套接字就可以访问网络。

3、演示程序实操

l  使能4G模块

默认内核启动时，把4G模块的复位引脚拉低，使模块处于非工作的状态。要想完全使能模块，运行/opt目录下的upmodule.sh脚本即可。

此时板子的WWAN这个LED会出现闪烁的现象，闪烁频率大概为800毫秒，然后设备开始入网，入网成功后，板子的WWAN这个LED的闪烁频率变为3秒左右。同时，大概10秒之后，板子开始检测到USB设备的插入，然后板子自动安装USB转串口的驱动，驱动安装完成后，会在板子的/dev目录下自动生成ttyUSB0~ttyUSB5这6个串口设备。

l  编译演示程序

将/works/mx28x/app/目录下的longsung-test文件夹拷贝到Linux开发主机，编译了longsung-test下的代码，将生成的longsung-test文件拷贝到板子即可进行后续的电话功能测试。

l  电话功能测试

使用U8300C，以中国联通4G卡为例进行电话功能测试，设备上电之前需要先插入SIM卡，且保证已经按前面介绍使能了4G模块，并能成功入网。进入longsung-test测试程序存放的目录，然后运行longsung-test程序。

[root@M28x opt]# ./longsung-test /dev/ttyUSB1                                                         

longsung-test 测试程序运行结果及其中各数字代表功能如图5所示。需要注意，输入“1”拨打电话之后，必须需要输入“2”挂断电话之后方可继续拨打电话。

图5  代码启动运行结果

l 4.4.4上网功能测试

这里使用U8300C，以中国移动4G卡为例进行拨号上网，设备上电之前需要先插入SIM卡，保证以使能4G模块并成功入网。

进入板子的/etc/ppp/目录，创建一个名字为ppp_dial_LTE.sh的脚本，写入如下程序：

echo "TIMEOUT 5 '' AT OK ATE0V1 OK AT OK ATS0=0 OK AT OK ATE0V1 OK AT OK ATDT*99*# CONNECT ''" > /tmp/chatscript      pppd /dev/ttyUSB3 persist connect "chat -v -f /tmp/chatscript"  

保存退出后，修改ppp_dial_LTE.sh的运行属性，然后直接运行该脚本，进行拨号操作，参考操作如下：

[root@M28x ppp]# wr chmod 755 ppp_dial_LTE.sh                                                      

[root@M28x ppp]# ./ppp_dial_LTE.sh 

执行后，等待大概10~20s，使用ifconfig命令查看网络设备，能看到系统生成了一个名为ppp0的网络设备，该设备就是拨号成功后生成的网络设备。拨号成功后可通过ping 114.114.114.114.-I ppp0检查外网是否连接正常。如果没能成功拨号，可以参考下面的“拨号异常分析”来排除问题。

l  拨号异常分析

运行拨号脚本后，使用ps命令能看到拨号进程的存在。只要拨号成功，拨号进程是一直存在的（与pppd相关的进程），如果该进程不存在，那么生成的ppp0网络设备也会随同消失。

如果使用ifconfig命令，无法看到ppp0这个网络设备，只要使用ps命令一直都能看到拨号进程的存在，那么只能耐心的等待拨号程序的反馈了。如果ps命令无法看到拨号进程了，那么重新运行拨号脚本即可。拨号进程的退出，极有可能是因为信号弱或者SIM卡余额不足导致的。