4G模塊是連接物與物的重要載體，是終端設備接入物聯網的核心部件之一。隨着4G的普及，許多新興市場對4G通信模塊的需求都在日益擴大，那么在ARM平台的嵌入式設備上如何快速的應用4G模塊呢？
4G通信模塊把頻率接收器和信號增幅器等部件全都整合在一起，實現了一體化。隨着工業發展，嵌入式設備接入網絡的需求日益增多，在沒有有線或WiFi等無線的環境下，直接通過4G通訊模塊連接運營商網絡來接入互聯網不失為一個好方法。因此，本文就為讀者介紹一下基於ARM平台的嵌入式設備在Linux下使用4G模塊的方法。
一、開發環境
1、開發主機環境：
Ubuntu12.04（64位）、arm-fls-linux-guneabi-gcc系列交叉編譯鏈。
2、硬件清單：
IoT-3960工控板、龍尚4G模塊U8300C或U8300W。
3、軟件資源：
光盤EPC-280_283_287V1.04.iso中的內核源碼包：linux-2.6.35.3-fec60fa.tar.bz2（光盤內容可在致遠電子官網下載http://www.zlg.cn）。
二、硬件概述
IoT-3960L是廣州致遠電子股份有限公司以NXP i.MX287處理器為核心開發的工業IoT網絡控制器，集成多路通信接口，支持多種通信協議，具有性價比高、功能豐富、工作穩定、兼容性強等特點，產品實物如圖1所示。
圖1 IoT-3960L工控板
通過自定義的Mini-PCIE接口，IoT-3960L可外擴3G、4G、GPRS、ZigBee、RFID等無線通信模塊。本文外擴的是龍尚4G模塊，所用的型號如圖2所示。
圖2 龍尚4G模塊U8300C、U8300W
三、技術實現
1、解壓內核源碼
將 EPC-280_283_287 V1.04.iso 光盤中的linux-2.6.35..3-fec60fa.tar.bz2 源碼包復制到ubuntu系統的“~/”目錄下，將其解壓后可得到linux-2.6.35.3目錄，參考命令如下：
vmuser@Linux-host:~$ tar -jxvf linux-2.6.35..3-fec60fa.tar.bz2
2、修改配置文件
在內核源碼目錄“drivers/gpio/”下的Kconfig文件中有設定了CONFIG_GPIO_M28X宏的默認配置，用vim編輯器打開這個Kconfig文件，搜索“GPIO_M28X”，找到其配置設定，將其修改為可獨立配置的選項，修改后的配置如下所示（紅色標識的為修改部分）：
config GPIO_M28X
tristate"GPIO support for MiniPCI-E slot control"
#depends onIoT_3960 || IoT_3962
help
Say yes here to enable the IoT_396x boardgpio driver.
3、修改內核編譯腳本
Linux源碼目錄下的build-kernel腳本文件主要用於切換內核默認配置，但因光盤中的該腳本文件設置不夠靈活，建議直接將build-kernel文本內容整體替換為如下列表所示的代碼：
#!/bin/sh
echo "build menu, please select your choice:"
echo " 1 make clean"
echo " 2 config for EPC_28xA"
echo " 3 config for EPC_283 or EasyARM-i.MX283A"
echo " 4 config for EPC_287 or EasyARM-i.MX287A"
echo " 5 config for EPC_280 or EasyARM-i.MX280A"
echo " 6 config for IoT_3960"
echo " 7 config for IoT_3962"
echo " 8 config for A287_W128LI"
echo " 9 config for A287_WB128LI"
echo " a make menuconfig"
echo " b make uImage"
echo " c make zImage"
echo " d make modules"
echo " q exit"
make_distclean() {
echo "make distclean"
make clean
}
config_EPC_28xA() {
echo "EPC_28xA"
cp .config .config.bk
cp arch/arm/configs/EPC_28xA_defconfig .config
}
config_EPC_283B() {
echo "EPC_283B"
cp .config .config.bk
cp arch/arm/configs/EPC_283B_defconfig .config
}
config_EPC_287B() {
echo "EPC_287B"
cp .config .config.bk
cp arch/arm/configs/EPC_287B_defconfig .config
}
config_EPC_280() {
echo "EPC_280"
cp .config .config.bk
cp arch/arm/configs/EPC_280_defconfig .config
}
config_IoT_3960() {
echo "IoT_3960"
cp .config .config.bk
cp arch/arm/configs/IoT_3960_defconfig .config
}
config_IoT_3962() {
echo "IoT_3962"
cp .config .config.bk
cp arch/arm/configs/IoT_3962_defconfig .config
}
config_A287_W128LI() {
echo "A287_W128LI"
cp .config .config.bk
cp arch/arm/configs/A287_W128LI_defconfig .config
}
config_A287_WB128LI() {
echo "A287_WB128LI"
cp .config .config.bk
cp arch/arm/configs/A287_WB128LI_defconfig .config
}
make_uImage() {
make uImage
}
make_zImage() {
make zImage
}
make_modules() {
make modules
}
make_menuconfig() {
make menuconfig
}
read sel
echo "select $sel"
case $sel in
[1]) make_distclean;;
[2]) config_EPC_28xA;;
[3]) config_EPC_283B;;
[4]) config_EPC_287B;;
[5]) config_EPC_280;;
[6]) config_IoT_3960;;
[7]) config_IoT_3962;;
[8]) config_A287_W128LI;;
[9]) config_A287_WB128LI;;
[a]) make_menuconfig;;
[b]) make_uImage;;
[c]) make_zImage;;
[d]) make_modules;;
[q] | [Q]) exit 0;;
*) echo "ONLY accept 1~9,a~d/q/Q"
esac
（下拉可顯示更多代碼）
4、配置內核源碼
進入解壓后的 Linux 源碼根目錄，使用IoT-3960L 的默認內核配置，參考命令如下：
vmuser@Linux_host:~/ linux-2.6.35.3$ ./build-kernel
然后輸入6選擇Iot3960，如果是其他工控板或開發套件，則選擇對應的選項即可，如果對應的Linux源碼根目錄下沒有.config文件，運行該步驟操作后會提示cp命令執行錯誤，直接忽略此錯誤即可。
工控板或開發套件使用USB接口來與龍尚4G模塊通信，需要配置內核以支持USB轉串口功能。參考命令如下：
vmuser@Linux-host:~/ linux-2.6.35.3 $ make menuconfig
進入配置界面后，按回車鍵進入“Device Drivers --->”選項，配置完內核后，保存並退出內核配置操作。
5、修改&編譯內核源碼
對龍尚4G模塊，我們需要在linux-2.6.35.3 目錄下對三個數組中的內容進行修改：
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使用vi 或者vim 命令打開drivers/gpio/gpio_m28x.c 文件，在all_gpios_info[ ]數組作中作修改；
-
使用vi 或者vim 命令打開arch/arm/mach-mx28/mx28evk_pins.c 文件，在mx28evk_fixed_pins []數組中作修改；
-
使用vi或者vim命令打開drivers/usb/serial/option.c 文件，在option_ids[]數組中作修改。
按上述操作修改完成之后，就可以編譯內核了，內核編譯參考命令如下：
vmuser@Linux-host:~/ linux-2.6.35.3 $ make uImage
待內核編譯完成后，將生成的uImage 文件（可在arch/arm/boot 目錄下找到）燒寫到工控板或開發套件上，燒寫方法請參考《IoT-3960 用戶手冊.pdf》第6章的內容。
四、4G模塊測試
這里主要介紹龍尚4G模塊的電話、網絡等控制接口以及IoT-3960L工控板對其操作的通信流程。用於測試的工控板必須燒寫EPC-280_283_287 V1.04.iso 光盤中V1.03的uboot 及文件系統，因為其中包含必要的撥號上網工具。
1、電話控制接口
電話接聽和撥打命令如表1所示。通過向串口發送相應的命令就可以實現電話的接聽和撥打。如：可以向串口發送“ATD12345678901;nr”就可以向12345678901撥打電話。
表1 電話撥打和接聽控制命令表
| 命令 | 語法及作用 |
|---|---|
| ATD | 撥打電話：ATD+電話+;rn”如ATD10010;后面分號 不能少，返回OK或ERROR |
| AT+COPS? | “AT+COPS？rn”檢測運營商，返回OK或ERROR |
| AT+CVHU=0和ATH | 掛斷電話：“AT+CVHU=0rn”再發“ATHrn” |
| ATA | 接聽電話：“ATAnr” |
電話撥打接聽代碼執行流程如圖3所示。代碼首先會顯示可供使用的菜單，如電話撥打，短信接收等。等待用戶輸入參數，執行參數對應的流程。然后判斷是否執行成功，如果執行成功就會返回顯示菜單代碼處繼續執行下一下循環。
圖3 電話撥打接聽流程圖
2、網絡控制接口
4G模塊上網功能通過PPP撥號提供的接口連接網絡。在開發套件文件系統的“/etc/ppp”目錄下預置了可以參考的撥號腳本。撥號成功后（執行PPP 撥號腳本），內核會生成PPP網絡設備。通過創建套接字就可以訪問網絡。
3、演示程序實操
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使能4G模塊
默認內核啟動時，把4G模塊的復位引腳拉低，使模塊處於非工作的狀態。要想完全使能模塊，運行/opt 目錄下的upmodule.sh 腳本即可。
此時板子的WWAN 這個LED 會出現閃爍的現象，閃爍頻率大概為800 毫秒，然后設備開始入網，入網成功后，板子的WWAN 這個LED 的閃爍頻率變為3 秒左右。同時，大概10 秒之后，板子開始檢測到USB 設備的插入，然后板子自動安裝USB 轉串口的驅動，驅動安裝完成后，會在板子的/dev 目錄下自動生成ttyUSB0~ttyUSB5 這6 個串口設備。
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編譯演示程序
將/works/mx28x/app/目錄下的longsung-test文件夾拷貝到Linux 開發主機，編譯了longsung-test 下的代碼，將生成的longsung-test 文件拷貝到板子即可進行后續的電話功能測試。
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電話功能測試
使用U8300C，以中國聯通4G卡為例進行電話功能測試，設備上電之前需要先插入SIM 卡，且保證已經按前面介紹使能了4G模塊，並能成功入網。進入longsung-test 測試程序存放的目錄，然后運行longsung-test 程序。
[root@M28x opt]# ./longsung-test /dev/ttyUSB1
longsung-test 測試程序運行結果及其中各數字代表功能如圖4所示。需要注意，輸入“1”撥打電話之后，必須需要輸入“2”掛斷電話之后方可繼續撥打電話。
圖4 代碼啟動運行結果
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上網功能測試
這里使用U8300C，以中國移動4G卡為例進行撥號上網，設備上電之前需要先插入SIM 卡，保證以使能4G模塊並成功入網。
進入板子的/etc/ppp/目錄，創建一個名字為ppp_dial_LTE.sh的腳本，寫入如下程序：
echo "TIMEOUT 5 '' AT OK ATE0V1 OK AT OK ATS0=0 OK AT OK ATE0V1 OK AT OK ATDT*99*# CONNECT ''" > /tmp/chat
pppd /dev/ttyUSB3 persist connect "chat -v -f /tmp/chat"
保存退出后，修改ppp_dial_LTE.sh 的運行屬性，然后直接運行該腳本，進行撥號操作，參考操作如下：
[root@M28x ppp]# wr chmod 755 ppp_dial_LTE.sh
[root@M28x ppp]# ./ppp_dial_LTE.sh
執行后，等待大概10~20s，使用ifconfig 命令查看網絡設備，能看到系統生成了一個名為ppp0 的網絡設備，該設備就是撥號成功后生成的網絡設備。撥號成功后可通過ping 114.114.114.114.-I ppp0檢查外網是否連接正常。如果沒能成功撥號，可以參考下面的“撥號異常分析”來排除問題。
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撥號異常分析
運行撥號腳本后，使用ps 命令能看到撥號進程的存在。只要撥號成功，撥號進程是一直存在的（與pppd 相關的進程），如果該進程不存在，那么生成的ppp0 網絡設備也會隨同消失。
如果使用 ifconfig 命令，無法看到ppp0 這個網絡設備，只要使用ps 命令一直都能看到撥號進程的存在，那么只能耐心的等待撥號程序的反饋了。如果ps 命令無法看到撥號進程了，那么重新運行撥號腳本即可。撥號進程的退出，極有可能是因為信號弱或者SIM 卡余額不足導致的。