無線傳真軟硬件接口的設計與實現(xiàn)

李 哲，陳治清，盧夢怡

（西安郵電大學電子工程學院，西安 710061）

無線傳真軟硬件接口的設計與實現(xiàn)

李 哲，陳治清，盧夢怡

（西安郵電大學電子工程學院，西安 710061）

針對傳統(tǒng)無線傳真實時方案開發(fā)周期長、難度大的問題，提出一種基于存儲轉發(fā)的通用無線傳真接口方案.選用帶有并行EPI接口的LM3S9B6和CY62157EV30作為處理器和存儲器，將傳真數(shù)據(jù)存儲起來，這樣就實現(xiàn)了傳真機與處理器之間通信和無線模塊與處理器之間通信過程的分離.同時在深入研究T.30、T.4的基礎上，在此硬件設計實現(xiàn)了通用的、可靠地傳真通信軟件.通過對實際系統(tǒng)的運行結果分析，能有效地縮短無線傳真的開發(fā)周期和降低開發(fā)難度.

無線傳真；存儲轉發(fā)；語音通信；T.30；T.4.

傳真通訊是一種傳輸靜態(tài)圖文信息的通信手段.無線傳真技術的應用在偏遠地區(qū)遠程醫(yī)療、移動辦公等有著十分重要的實用價值.

無線傳真［1］有GSM［2-3］、CDMA［4］、短波等實現(xiàn)方式.文獻［1］GSM傳真系統(tǒng)讓GSM模塊和傳真接口模塊同時工作，傳真接口直接將數(shù)據(jù)轉給GSM模塊.文獻［3］CDMA無線模擬傳真系統(tǒng)，采用FIFO機制來解決無線模塊和傳真通信模塊的速度不一致問題，相對文獻［1］效率有所提高.上述兩種方法，實時性好，但是實時方案不利于模塊化的開發(fā)思想，每個開發(fā)者必須理解T.30［5］協(xié)議，增加了開發(fā)難度；再者，故障定位困難，當傳真失敗時，不能馬上定位是傳真與處理器、處理器與無線終端還是無線終端與無線終端之間出現(xiàn)故障.這樣就增加了開發(fā)難度.

為了更好地解決這些問題，本設計利用ARM7處理器、嵌入式Modem、收號器、音頻放大電路、用戶接口電路、無線接口模塊搭建基于存儲轉發(fā)方案的通用傳真接口硬件平臺，分離了無線和傳真通信過程，并在此硬件平臺上實現(xiàn)了傳真和語音通信的功能，對傳真接口硬件平臺進行測試和分析.

1 系統(tǒng)工作原理

1.1 傳真通信規(guī)程

根據(jù)國際電聯(lián)ITU-T.30建議書，完成一次傳真通信過程，需要經(jīng)歷以下5個過程.

（l）階段A：呼叫建立階段.傳真通信過程的呼叫建立與電話呼叫建立基本相同.主叫撥號、被叫應答之后，傳真機連接到線路上；主叫發(fā)送主叫單音CNG，被叫發(fā)送應答單音CED.

（2）階段B：報文前過程.此階段完成了傳真機通信能力的協(xié)商過程，并用1.5 s的時間發(fā)送連續(xù)的0完成訓練，訓練成功后進入C階段.

（3）階段C：報文過程.階段C分為Cl和C2，Cl為報文中過程，C2為報文傳輸過程，兩個過程被安排在同一段時間內(nèi).即在傳送報文的同時應按照一定的規(guī)程進行某些控制.報文中規(guī)程的內(nèi)容包括：報文中的同步信號、差錯檢測和糾正、線路監(jiān)測.

（4）階段D：報文后過程.包括報文結束信號、接收證實信號、多頁信號及傳真過程結束信號.

（5）階段E：呼叫釋放.傳真通信結束并得到接收證實后，傳真機釋放線路，將電路交還給電話機.

1.2 無線傳真系統(tǒng)的工作原理

無線傳真通用硬件平臺如圖1所示.

傳真模塊作為傳真通信系統(tǒng)的核心，ARM控制器作為其主控單元，控制著嵌入式Modem完成傳真的5個階段、傳真數(shù)據(jù)存取、無線傳真的模塊的收發(fā)、收號器的收號以及語音通信過程.

常見的無線收發(fā)傳真模塊有：與傳真模塊以網(wǎng)絡接口相連的短波電臺、與傳真模塊以串口、USB接口相連的2G/3G、GPRS的無線模塊.這些無線模塊都可以作為傳真和語音的傳輸通道.本設計將這些接口引出來提供給無線通信模塊.

傳真機發(fā)送傳真：先摘機，傳真模塊檢測到摘機，根據(jù)收號器收到的號碼判斷是傳真還是電話，若是傳真，傳真模塊軟件模擬接收方，通過T.30協(xié)議接收來自T.4［6］格式的傳真頁數(shù)據(jù)，存儲在SRAM存儲器.然后，ARM控制器讀出傳真數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡接口傳送到短波電臺模塊，或者通過USB接口（USB協(xié)議）、串口的2G/3G模塊，再通過無線模塊發(fā)送到遠端.

傳真機接收傳真：先將遠端傳真頁數(shù)據(jù)，通過天線接收到無線模塊，無線模塊通過相應的接口協(xié)議傳送到傳真模塊，存儲在傳真模塊SRAM存儲器.傳真模塊向傳真機振鈴，傳真機摘機，再通過T.30傳輸協(xié)議，將存儲區(qū)的傳真內(nèi)容發(fā)送到傳真機.

1.3 通話鏈路的建立過程和語音通信過程

圖2中撥號音、撥號信令、摘機指令是ARM控制器通過串口，在AT+FLASS=8模式下，向嵌入式MODEM發(fā)送語音AT指令所產(chǎn)生的；振鈴是ARM控制器控制用戶接口電路產(chǎn)生的.

圖2 通信鏈路的建立過程

2 整體硬件電路

整體硬件結構圖如圖3.

圖3 整體硬件結構圖

ARM處理器主要功能有：控制用戶接口電路（AG1170）FR和RM管腳產(chǎn)生振鈴、讀取SHK引腳識別摘掛機；通過串口控制MODEM完成傳真數(shù)據(jù)發(fā)送和接收；控制語音通話的掛斷和接通；讀取收號器的號碼；控制SPI總線完成數(shù)據(jù)的存儲和讀??；控制EPI總線完成傳真數(shù)據(jù)的寫入和讀出，控制串口GSM模塊、CDMA模塊；控制網(wǎng)口完成短波模塊數(shù)據(jù)的收發(fā).用戶接口電路功能有：向電話或傳真發(fā)送振鈴；識別摘掛機；完成2—4線轉換，完成語音信號輸出.調(diào)制解調(diào)器：完成調(diào)制和解調(diào)的功能.收號器：將雙音頻模擬信號變成數(shù)字信號.存儲模塊：包括串行存儲模塊：SPI接口的1M Flash，EPI接口的SDRAM.模擬放大模塊：完成語音信號的放大、縮小.無線通用接口平臺：串口、網(wǎng)口、USB口.

3 T.30通信協(xié)議軟件設計與實現(xiàn)

為了能從傳真機接收傳真頁數(shù)據(jù)和將存儲的傳真頁數(shù)據(jù)發(fā)向傳真機，傳真機打印傳真頁數(shù)據(jù)，在ARM控制器運行軟件控制嵌入式Modem和傳真機之間的通信.傳真收發(fā)過程就是對Modem不斷操作的過程，通過Modem完成數(shù)據(jù)的收發(fā)及信號的握手［5］.DTE向調(diào)制解調(diào)器發(fā)送命令，調(diào)制解調(diào)器DCE對命令做出響應，完成該命令的操作，并返回命令執(zhí)行的結果碼.DTE上的軟件要用到Modem的AT指令和T.30所規(guī)定的HDLC幀.

在T.30中規(guī)定了MODEM與傳真機、MODEM與MODEM的傳真?zhèn)鬏攨f(xié)議，它規(guī)定了一次傳真的具體步驟過程；而在T.31中規(guī)定了DTE（Data Terminal Equipment在本設計中就是CPU）控制DCE（嵌入式Modem）的控制協(xié)議的具體實現(xiàn).所有的控制過程都采用HDLC（High Level Data Link Control，高級鏈路控制）幀結構，HDLC幀包括標識字段、地址字段、控制字段、信息字段、校驗字段.

根據(jù)T.30協(xié)議，在撥號建立連接之后，主叫端本地有文件需要發(fā)送，則自己作為傳真發(fā)送方，若本地沒有文件需要發(fā)送，則被叫作為發(fā)送傳真方；否則作為傳真接收方.然后，傳真發(fā)送方和接收方進行性能、速率的協(xié)商，發(fā)送文件方發(fā)送DIS標識自己的能力，接收方和自己的能力的比對，將自己的能力告知發(fā)送方.經(jīng)過協(xié)商之后，需要把發(fā)送命令的發(fā)送波特率300 bps變?yōu)榘l(fā)送傳真頁數(shù)據(jù)的波特率，發(fā)送方和接收方都需要將自己的波特率提高，這個過程需要時間，根據(jù)T.30協(xié)議需要等待75±20 ms時間，ARM控制器發(fā)送AT+FTS=8來等待調(diào)制解調(diào)方式的改變，再發(fā)送AT+FTM=所協(xié)商的波特率，返回connect結果碼之后，需要對所協(xié)商的波特率進行訓練.用于檢驗信道是否能接受給出的速率指示，根據(jù)T.30協(xié)議，訓練需要發(fā)送1.5 s±10%的0串.因此根據(jù)公式1.5 s±10%*波特率/8算出需要發(fā)送的0串的個數(shù).接收端正確接收到訓練后發(fā)送CFR（Confirmation To Receive）信號，否則發(fā)送FTT（Failure To Train）信號，發(fā)送端更新DCS相應字段并重發(fā)降速訓練序列，直至接收到CFR.在收發(fā)雙方確定連接所能夠支持的最大速率傳輸速率下傳輸報文.非糾錯模式的報文在階段C一次性全部傳輸完畢，其報文后命令有3種，分別為多頁信號MPS、傳真過程結束信號EOP和報文結束信號EOM.正確接收報文后接收端發(fā)送MCF（Message Confirmation）信號.發(fā)送端收到MCF后，進入E階段，并發(fā)送DCN（Disconnect）信號，雙方拆鏈路.

圖4 發(fā)送一頁傳真流程圖

由于篇幅有限在圖4中只展現(xiàn)了ARM控制器作為主叫發(fā)送一頁的過程.

4 整個系統(tǒng)的驗證軟件及實現(xiàn)

本系統(tǒng)設計的目的是為無線傳真提供一個通用的軟硬件平臺，由于不同的無線傳真使用的協(xié)議不同，從而導致傳真數(shù)據(jù)包的組包形式不同，但相對傳真頁數(shù)據(jù)來說，都是透明傳輸，所以本系統(tǒng)軟硬件的驗證可采用以太網(wǎng)代替無線模塊傳真頁數(shù)據(jù)的傳輸.在KeilUvision4下完成代碼的編寫，將所設計的軟件程序下載到開發(fā)板，在線調(diào)試.最后下載到flash中離線運行，實現(xiàn)了傳真機與傳真機之間的語音通信和收發(fā)傳真.在測試過程中先假設收號器收到“*#”為傳真，收到“55”為電話.測試的主要軟件如圖5所示.

00空閑狀態(tài)，用來監(jiān)測本地傳真機是否摘機和監(jiān)測網(wǎng)口，看對方是否有傳真或者電話；02接續(xù)狀態(tài)，通過網(wǎng)絡將電話發(fā)出，等待對方的閑忙回應；07被傳真狀態(tài)，fclass=1，ata，進入B階段；08主網(wǎng)發(fā)送狀態(tài)，進入網(wǎng)絡傳真發(fā)送，正常結束指示燈慢閃5 s，異常結束，指示燈快閃；14被傳識別狀態(tài)，若忙等待，若閑，送忙音.

測試的主要內(nèi)容為：（1）發(fā)送接收傳真測試：任意一傳真機撥號*#，向對方傳真機發(fā)送傳真頁數(shù)據(jù)，另一傳真機能夠順利地將傳真頁數(shù)據(jù)接收回來，并打印.（2）語音功能測試：任一傳真機撥號55，對方傳真機在不忙的情況下能正常進行語音通信.經(jīng)過大量商用傳真機，進行測試，幾乎所有G3傳真機都能在class=1下進行通信，發(fā)送傳真頁和接收傳真頁經(jīng)對比字跡清晰，傳真內(nèi)容完整.同時，語音清晰，無噪音.

圖5 整體軟件驗證測試狀態(tài)轉移圖

5 結語

本文分析了傳真通信的原理；設計了能滿足語音通信和傳真通信，以及提供無線模塊的通用接口的硬件平臺；針對該硬件平臺設計了傳真機和處理器的收發(fā)傳真，以及提供了無線模塊的接口函數(shù)的軟件.這種無線傳真軟硬件接口系統(tǒng)，采用傳真存儲轉發(fā)的方式，分離了無線和傳真通信過程.同時為無線傳真提供了通用的硬件接口和軟件接口，使用者只需根據(jù)自己無線模塊應用層協(xié)議，將數(shù)據(jù)按自己規(guī)定的幀格式打包送入無線模塊即可.從而實現(xiàn)了軟硬件平臺的通用性，降低了開發(fā)難度，縮短了開發(fā)周期.

［1］ 蔣維剛，劉立柱.基于無線通信網(wǎng)絡的G3傳真終端的實現(xiàn)［J］.微計算機信息，2005，21（06X）：66-67.

［2］ 王愛，劉彥明.基于ARM的GSM網(wǎng)絡G3無線傳真接入終端的研究和實現(xiàn)［D］.西安：西安電子科技大學，2007：1 -69.

［3］ 牛小立，劉立柱.GSM網(wǎng)絡傳真通信技術研究［J］.無線通信技術，2004，13（1）：41-43.

［4］ 孫家澤，武波.CDMA無線模擬傳真的設計和實現(xiàn)［D］.西安：西安電子科技大學，2006：1-72.

［5］ ITU-T Recommendation T.30，Procedures for Document Facsimiletransmissionin the Ge-neral Switched Telephone Network［S］.2005

［6］ ITU-TRecommendation T.4，Standardizatin of Group 3 Facsimile Terminals for Docum-ent Transmission［S］.2003.

［責任編輯馬云彤］

Design and Im plementation of W ireless Fax Software and Hardware Interface

LIZhe，CHEN Zhi-qing，LU Meng-yi

（School of Electronic Engineering，Xi'an University of Posts and Telecommunications，Xi'an 710061，China）

To address the lengthy cycle and difficulties in developing traditionalwireless fax real-time scheme，we propose a storage-and-forwarding-based general wireless fax interface scheme.LM3S9B6 and CY62157EV30 with parallel EPI interface are used as the processor and memory to store fax data.Thus，the communication separation between the faxmachine and the processor，and the wireless module and the processor is realized.Meanwhile，based on the study of T.30 and T.4，the hardware design and implementation leads to the application of a universal and reliable fax communication software.An analysis of the system running shows that the scheme is effective in shortening the wireless fax development cycle and reducing the difficulties.

wireless fax；caching scheme；voice communication；T.30；T.4

TN919.72

A

1008-5564（2015）02-0046-05

2015-01-08

李 哲（1963—），男，陜西武功人，西安郵電大學電子工程學院教授，碩士生導師，主要從事嵌入式系統(tǒng)與自動控制研究；

陳治清（1987—），男，陜西安康人，西安郵電大學電子工程學院碩士研究生，主要從事嵌入式系統(tǒng)設計研究.