μC／OS-II基础上实现的无纸传真收发系统

2011年10月28日10:28:46 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

　　引言

　　随着Internet的高速发展，通信工具日益更新，传真凭借其具有凭证确认、快速、方便等特点，是企业不可或缺的通信工具。传统硬件传真机存在很多问题，影响了企业使用传真机的成本和效率。很多企业已经放弃使用传统传真机，或是寻找替代产品。无纸传真系统正是针对企业的这种需求应运而生的。其实质是电子化收发传真。无纸化传真系统启动后，在无人参与条件下可自动可靠地运行，减少多余的环节，缩短信息的传递时间，使传真尽快得到处理。同时，增强了传真的保密性。电子化过程可以节省大量资源，包括人力、纸张、打印、通信费用、维护费用等，从而减少成本。目前无纸化传真系统对企业的重要作用已经逐步显现，使用也越来越广泛。

　　1 传真协议介绍

　　T．30协议为PSTN网上的传真传输协议与规程，是标准传真。它对3类传真机在普通电话网上的通信流程、所采用的信号格式、控制信令以及纠错方式都作了详细的描述和规定。该协议规定了8种可能的操作方式，每种操作方式均可用5个独立而又连贯的阶段来描述：呼叫建立

　　阶段、报文传输前标识和选择所需性能的过程、报文传输阶段、报文后处理阶段和呼叫释放阶段。其中传真报文的传输将按照T4协议中所描述的调制方式进行。

　　T4是ITU—T制定的传真协议。该协议用于3类传真终端文件传输的标准化协议。它定义了黑白文件和彩色文件在普通电话交换网，国际租用电路以及ISDN进行三类传真的各种特性，包括编码、线扫描等定义。

　　2 μC／OS-lI操作系统介绍

　　μC／OS-II是一种公开源代码、结构小巧、具有可剥夺实时内核的实时操作系统。μC／OS-II大部分代码是用C语言编写的。CPU硬件相关部分是用汇编语言编写的。总量约200行的汇编语言部分被压缩到较低限度，为的是便于移植到其他的CPU上。用户只要有标准的ANSI的C交叉编译器、汇编器、连接器等软件工具，就可以将μC／OS-II嵌入到开发的产品中。μC／OS-II具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点。较小内核可编译至2 KB。μC／OS-II操作系统已经移植到了大部分知名的CPU上。

　　3 传真数据处理的算法设计

　　收到传真数据后，往往需要对数据进行解析，比如生成tiff文件、格式转换、错误统计等。由前文所述，T．4协议中规定了传真数据采用前缀编码，所以本文采用霍夫曼树进行数据解析。

　　霍夫曼算法一般用于数据压缩，基本思想是根据数据的统计频度，生成一种带权路径长度较短的二叉树。从根节点到叶子节点所经历的路径即代表该叶子节点的编码。本文采用了这种思想对传真数据进行解析，比如N的编码为0001，该编码为前缀编码，每个码字之间不会出现混淆。霍夫曼二叉树如图1所示。

　　基于霍夫曼树的思想，将T．4协议中对传真扫描点的编码构建成一颗带权二叉树，如图2所示。

　　其中每一个叶子节点对应于某一个编码，首先设置一个游标，用于标识当前位置，其初始位置为根节点，收到传真数据后，根据数据中的bit位移动游标，可能有以下3种情况：

　　①游标到达某一个叶子节点，但此叶子节点不是EOL，表明收到一个完整的编码，但1行还没结束，游标返回到根节点；

　　②游标到达EOL叶子节点，表明1行结束，游标返回根节点；

　　③游标下一步没有路径可走，表明数据出错，此时需要搜寻下一个EOL用于重新同步。

　　4 无纸传真收发系统设计

　　4．1 基本模式

　　按照T．30协议规定，文件传真在公用电话交换网上的传输操作方法可能有8种组合，如表1所列。本文设计的系统采用的操作方法为4-T，即主叫站与被叫站均为自动操作，主叫站作为传真的发送方，被叫站作为传真的接收方。

　　4．2 硬件框架

　　整个传真系统的硬件框图如图3所示。左侧虚线框内模块和右侧的FAX模块是从交换机的两根电话线中分离出来的2个独立传真模块。右侧的FAX模块是普通纸传真机，为测试左侧虚框内模块的功能而配置的。左侧虚线框内4大模块为无纸传真模块。

　　无纸传真模块中，左侧的PC机为辅助设备，利用PC机上的集成开发调试环境IAR和代码编辑软件sourceinsight进行源码编辑与调试，将调试无误的代码通过JLINK下载到STM32芯片中。STM32芯片和Fax Modem都是通过USB线与PC机相连来供电。

　　Fax Modem内部包含CX68033芯片，其通过串口与STM32芯片相连，支持标准的AT命令集，使得二者可以交互信令和数据，STM32芯片主要负责任务管理和文件管理，并且通过串口控制Fax Modem。同样为了便于测试，焊了一根线接出“USB转串口模块”来与电脑通信，进而可以利用串口调试助手软件来辅助测试。

　　4．3 总流程设计

　　两台传真机相互通信的规约称为协议或传真呼叫时间序列，分为A、B、C、D、E五个阶段，如图4所示。

　　(1)阶段A：呼叫建立阶段

　　这一阶段与电话呼叫建立的过程相似，不同之处在于要发送包含标识发送／接收终端的传真单音。

　　(2)阶段B：报文前处理阶段

　　这个处理阶段主要进行传真能力的协商与训练。完成传真机功能的鉴别、选送合适的传输模式、核对相位、发送线路校验信号以及可以接收的信号等。

　　过程描述：首先由被叫站发送DIS信号，DIS信号中包含了被叫站传真机具有的各种兼容性功能信息、传输数码率、扫描线密度和较小行扫描时间等。当主叫站收到DIS信号后，了解到被叫站传真机的功能，再根据本站传真机的功能和操作人员事先安排的指令，发出DCS信号，DCS信号是数字接收指令，由发送方进行发送，要求接收方是接收传真。该指令还指定了接收传真机的工作方式、传输数码率、扫描线密度、稿件宽度以及较小行扫描时间等。被叫站接收到DCS信号后，按命令选择合适的工作模式，这时，主叫站发出线路校验信号TCF。TCF信号是一个持续时间为1．5 s的0序列，它用于校验信道在这个数码率下可接受的程度。当被叫站收到这个线路校验信号之后认为合格，就发送CFR信号，CFR信号标志全部报文前处理过程已经结束。当主叫站收到CFR信号，就可以发送稿件。

　　(3)阶段C：报文传输过程

　　按照T．4规程传输传真报文，并进行报文传输控制，包括报文同步、误码检测和纠错、线路监测等。

　　(4)阶段D：报文后处理阶段

　　这个处理阶段主要提供报文的证实、报文结束、多页续发等控制操作。当发送方发完稿件后，将出现若干不同的情况，如是否还要继续向接收方发送稿件，如果需要发送，是继续发送还是重新进行报文前处理后再发送，是否暂时中断进行通话后再发送等。为了满足上述要求，发送方共设置6种主要的传真控制字段分别对应6种指令。当接收方收到这6种指令中的一种后，就会发出响应信号，这些指令和响应只有传真控制字段，而无传真信息字段。

　　(5)阶段E：呼叫释放阶段

　　呼叫释放发生在某一特定的条件下，当较后一页稿件发送完毕后，进行较后一个信息处理，发送EOP信号，在EOP信号之后，过程转入阶段E，呼叫释放，切断接续，电路由传真状态返回到电话状态。

　　图5是单页传真正常传输的一个实例，便于传真流程的理解。

　　4．4 功能模块设计

　　本设计自底向上包括如下3个功能模块，如图6所示。底层串口模块、中层数据缓冲区模块和上层传真模块。各个模块由μC／OS-II负责管理，其中底层串口模块包含了所有基于串口的基本操作，包括读串口和写串口等；中层数据缓冲区模块做了大量的细节性数据处理工作；上层传真模块封装了发送传真和接收传真的基本功能。

　　4．4．1 底层串口模块

　　底层串口模块的代表性函数包括如下3个。

　　①void RxInterrupt_Handler()；

　　功能说明：fax modem每次接收到数据后都会发生中断，跳入此函数。通过mdm_append_data函数将串口收到的新数据添加到接收缓冲区。

　　②void USART1_SendByre(INT16U byte)；

　　功能说明：直接向串口中发送一个字节，并等待完成。

　　③void USART1 SendData(INT8U*data，INT16S len)；

　　功能说明：直接向串口写数据并等待完成，数据长度不限。它被fax_send_cmd函数和fax_send_frame函数多次调用。

　　4．4．2 中层数据缓冲区模块

　　本模块采用队列来管理数据，如图7所示。底层串口模块收到数据后，将数据存入队尾缓存，上层传真模块从队头取出数据进行处理，这种方式使得程序不必关心串口接收数据的方式，一定程度上减小了程序的耦合性。

　　队列的数据结构定义如下：

μC／OS-II基础上实现的无纸传真收发系统

相关阅读: