嵌入式世界专栏─嵌入式系统于3G数据通讯的应用与演进

现今移动上网的时代，人手一支智能手机，随时都可以上网，尤其随着苹果电脑的iPhone和iPad的陆续普及，让广域数据通讯成为一股不可抵挡的潮流。至于非移动设备的电脑，传统上都是使用宽频(broadband)上网，或是光纤、cable modem、ADSL或是Ethernet。但是由于数据通讯的持续便利化，介于带有电池的装置与传统使用市电的电脑之间的许多数码化设备，亦有与云端及后台通讯的需求，于是，3G数据通讯产品应运而生。

有别于大众对于手机上网或平板电脑上网的印象，工业等级的3G通讯装置大多仅有数据传输的功能，由于不会有人想要拿着「不像电话的装置」讲电话，所以此类装置并不带有语音的人机界面。另外，在工业设备里，3G通讯装置负担的是M2M的信息沟通，因此3G的数据转换器并不需要有声音输出/输入的元件，或是0至9，拨出或挂断等按钮。反倒是对于装置本身系统软硬件的稳定度要求，高过于一般消费性产品。由此，嵌入式系统就是一个开发此类产品的不二路径。

数据转换器的产品，原本即存在于工业应用市场，以一般RS232(serial port)转换成Ethernet，并在其上增加TCP/IP或是ATM等通讯协定的转换器而言，是许多系统整合商最常使用的转换器。其他的各种通讯协定，如MODbus、Zigbee、CAN...等通讯协定，也都有单独的产品。

3G数据转换器的演进，原本是从GSM时代的modem衍生而来，由于2G时代的Data flow最多仅达到9,600bps，所以一般2G的数据传输，通常都以RS232当作传输的标准。当人们对于数据传输的需求增加，从原本单纯的数字数据交换，提升到传输照片或是连续的影像(例如，路口的监视器)，2G通讯速度明显无法负荷。于是3G/3.5G/3.75G 的通讯(HSDPA/HSUPA/WCDMA/CDMA2000等)应运而生。

但是当数据传输的速度高于9,600bps时，原本以RS232为基础的传输标准已经不敷使用，需要以更高速的USB界面取代。而USB界面的装置，在系统应用商(System Integrator)的角度，并不见得好用，最主要是由于USB的传输双端，需要有较RS232复杂的机制。所以，Host端的系统，必须撰写驱动程序(如果是一般标准的操作系统如Windows、Linux等)。设备提供商这边，都需要提供driver让系统工程师安装在操作系统上使用。但是，如果遇到Host端的系统也是Embedded System(如WinCE、Embedded XP、Embedded Linux等)，问题就更多了─Porting的软件课题，常常让系统整合业者面临深不可测的开发风险，常常是porting的软件工程开始进行之后，才知道driver porting不上去，有可能是需要更底层的source code，也有可能是自己的library要小改或重写一部分，接下来遇到的就是，通讯原本即非本行，为了解决问题，却需要花大量时间和精力去研究这些通讯协定。总之，专案决定开始后，势必要结案，但经常是发生专案延误，或是porting出来的效能比原先预估的差。更伤脑筋的，则是花了长时间开发，最后却还是宣告失败。

藉由长年开发无线网络及2G/3G无线通讯领域，及在车载工规电脑的领域所累积的经验，台湾音普达(BOINTEC TAIWAN)于2011年8月发表了工业等级的3G数据转换器，其最主要的优点，就是省略标案系统整合业者，或是产品系统整合业者这边对于3G通讯的需求。以提供标准的Ethernet网络界面，让工程师能在开发整个专案时，将3G广域通讯当成是主系统的一个子部分，轻松地整合至原先的设备内。以BOINTEC Cellular Converter MR521来说，提供了标准的以太网络接头，让大多数的工业电脑或主机板，以10/100的网络与3G广域通讯接轨，并且提供以网页为管理基础的系统设定(Web-based configuration management)。系统工程师与软件整合工程师不再需要为了3G通讯，而要翻遍两三百页的AT Command，读熟了之后，再开始撰写通讯界面的程序。也不需要因为Host本身是Embedded System，而受制于通讯模块厂商，source code不能release或是release不够，而到处打电话求救，或是上网狂找Open Source。 MR521 并且保留了RS232界面，使没有Ethernet的设备，也能应用RS232进行2G/3G网络数据传输。

至于3G 转换为USB的解决方案，BOINTEC也提供了标准的内置式模块产品MPE501QA1。对于Driver porting的问题，则以内部原先编好的AT-Command让USB以标准NDIS方式呈现在上位层，将MPE501QA1模拟成1个网络界面。如此一来，将大幅缩减系统工程师的驱动程序开发时程。此外， MPE501QA1为一内建式模块，外型体积配合标准的2.5寸内建式硬盘，固定螺丝孔位亦完全符合2.5寸硬盘机构孔位，可以轻易的置放于工业型的电脑装置中。MPE501-QA1并设计有remote SIM card socket，可将SIM卡插槽设计于电脑机构外侧，使用者不需要将电脑外壳拆解换置SIM卡。MPE501QA1并且结合了GPS全球定位系统，以标准的NMEA protocol做卫星定位。此一GPS装置，一样也是用USB模拟成序列埠(serial port)，所以对于Driver porting的负担，也将大幅减少。除此之外，MPE501QA1另外并有Wi-Fi界面，可以将Host装置模拟成Wi-Fi client或是Wi-Fi Access Point。

[嵌入式世界专栏每周二刊载]