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　　摘要：對T．30協(xié)議和T．4協(xié)議進行了深入的研究，設(shè)計出了可靠的傳真收發(fā)流程。設(shè)計的傳真數(shù)據(jù)解析樹對數(shù)據(jù)進行解析。在μC／OS-II操作系統(tǒng)下實現(xiàn)了無紙傳真收發(fā)。該系統(tǒng)對資源要求低，能夠在低端嵌入式硬件上運行，支持的zui高傳輸速率為14400bps。用戶可以將該系統(tǒng)視作一個傳真機功能模塊，嵌入到諸如之類的設(shè)備中。以較低的成本集成傳真功能，也可以作為獨立系統(tǒng)應(yīng)用于移動辦公場合。
　　
　　引言
　　
　　隨著Internet的高速發(fā)展，通信工具日益更新，傳真憑借其具有憑證確認、快速、方便等特點，是企業(yè)*的通信工具。傳統(tǒng)硬件傳真機存在很多問題，影響了企業(yè)使用傳真機的成本和效率。很多企業(yè)已經(jīng)放棄使用傳統(tǒng)傳真機，或是尋找替代產(chǎn)品。無紙傳真系統(tǒng)正是針對企業(yè)的這種需求應(yīng)運而生的。其實質(zhì)是電子化收發(fā)傳真。無紙化傳真系統(tǒng)啟動后，在無人參與條件下可自動可靠地運行，減少多余的環(huán)節(jié)，縮短信息的傳遞時間，使傳真盡快得到處理。同時，增強了傳真的保密性。電子化過程可以節(jié)省大量資源，包括人力、紙張、打印、通信費用、維護費用等，從而減少成本。目前無紙化傳真系統(tǒng)對企業(yè)的重要作用已經(jīng)逐步顯現(xiàn)，使用也越來越廣泛。
　　
　　1、傳真協(xié)議介紹
　　
　　T．30協(xié)議為PSTN網(wǎng)上的傳真?zhèn)鬏攨f(xié)議與規(guī)程，是標(biāo)準(zhǔn)傳真。它對3類傳真機在普通網(wǎng)上的通信流程、所采用的信號格式、控制信令以及糾錯方式都作了詳細的描述和規(guī)定。該協(xié)議規(guī)定了8種可能的操作方式，每種操作方式均可用5個獨立而又連貫的階段來描述：呼叫建立
　　
　　階段、報文傳輸前標(biāo)識和選擇所需性能的過程、報文傳輸階段、報文后處理階段和呼叫釋放階段。其中傳真報文的傳輸將按照T4協(xié)議中所描述的調(diào)制方式進行。
　　
　　T4是ITU—T制定的傳真協(xié)議。該協(xié)議用于3類傳真終端文件傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)化協(xié)議。它定義了黑白文件和彩色文件在普通交換網(wǎng)，租用電路以及ISDN進行三類傳真的各種特性，包括編碼、線掃描等定義。
　　
　　2、μC／OS-lI操作系統(tǒng)介紹
　　
　　μC／OS-II是一種公開源代碼、結(jié)構(gòu)小巧、具有可剝奪實時內(nèi)核的實時操作系統(tǒng)。μC／OS-II大部分代碼是用C語言編寫的。CPU硬件相關(guān)部分是用匯編語言編寫的?？偭考s200行的匯編語言部分被壓縮到zui低限度，為的是便于移植到其他的CPU上。用戶只要有標(biāo)準(zhǔn)的ANSI的C交叉編譯器、匯編器、連接器等軟件工具，就可以將μC／OS-II嵌入到開發(fā)的產(chǎn)品中。μC／OS-II具有執(zhí)行效率高、占用空間小、實時性能優(yōu)良和可擴展性強等特點。zui小內(nèi)核可編譯至2KB。μC／OS-II操作系統(tǒng)已經(jīng)移植到了大部分的CPU上。
　　
　　3、傳真數(shù)據(jù)處理的算法設(shè)計
　　
　　收到傳真數(shù)據(jù)后，往往需要對數(shù)據(jù)進行解析，比如生成tiff文件、格式轉(zhuǎn)換、錯誤統(tǒng)計等。由前文所述，T．4協(xié)議中規(guī)定了傳真數(shù)據(jù)采用前綴編碼，所以本文采用霍夫曼樹進行數(shù)據(jù)解析。
　　
　　霍夫曼算法一般用于數(shù)據(jù)壓縮，基本思想是根據(jù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計頻度，生成一種帶權(quán)路徑長度zui短的二叉樹。從根節(jié)點到葉子節(jié)點所經(jīng)歷的路徑即代表該葉子節(jié)點的編碼。本文采用了這種思想對傳真數(shù)據(jù)進行解析，比如N的編碼為0001，該編碼為前綴編碼，每個碼字之間不會出現(xiàn)混淆?；舴蚵鏄淙鐖D1所示。　　
　　基于霍夫曼樹的思想，將T．4協(xié)議中對傳真掃描點的編碼構(gòu)建成一顆帶權(quán)二叉樹，如圖2所示。
　　
　　其中每一個葉子節(jié)點對應(yīng)于某一個編碼，首先設(shè)置一個游標(biāo)，用于標(biāo)識當(dāng)前位置，其初始位置為根節(jié)點，收到傳真數(shù)據(jù)后，根據(jù)數(shù)據(jù)中的bit位移動游標(biāo)，可能有以下3種情況：
　　
　?、儆螛?biāo)到達某一個葉子節(jié)點，但此葉子節(jié)點不是EOL，表明收到一個完整的編碼，但1行還沒結(jié)束，游標(biāo)返回到根節(jié)點；
　　
　?、谟螛?biāo)到達EOL葉子節(jié)點，表明1行結(jié)束，游標(biāo)返回根節(jié)點；
　　
　?、塾螛?biāo)下一步?jīng)]有路徑可走，表明數(shù)據(jù)出錯，此時需要搜尋下一個EOL用于重新同步。
　　
　　4、無紙傳真收發(fā)系統(tǒng)設(shè)計
　　
　　4．1基本模式
　　
　　按照T．30協(xié)議規(guī)定，文件傳真在公用交換網(wǎng)上的傳輸操作方法可能有8種組合，如表1所列。本文設(shè)計的系統(tǒng)采用的操作方法為4-T，即主叫站與被叫站均為自動操作，主叫站作為傳真的發(fā)送方，被叫站作為傳真的接收方。　　
　　4．2硬件框架
　　
　　整個傳真系統(tǒng)的硬件框圖如圖3所示。左側(cè)虛線框內(nèi)模塊和右側(cè)的模塊是從交換機的兩根線中分離出來的2個獨立傳真模塊。右側(cè)的模塊是普通紙傳真機，為測試左側(cè)虛框內(nèi)模塊的功能而配置的。左側(cè)虛線框內(nèi)4大模塊為無紙傳真模塊。　　
　　無紙傳真模塊中，左側(cè)的PC機為輔助設(shè)備，利用PC機上的集成開發(fā)調(diào)試環(huán)境IAR和代碼編輯軟件sourceinsight進行源碼編輯與調(diào)試，將調(diào)試無誤的代碼通過JLINK下載到STM32芯片中。STM32芯片和Modem都是通過USB線與PC機相連來供電。
　　
　　Modem內(nèi)部包含CX68033芯片，其通過串口與STM32芯片相連，支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令集，使得二者可以交互信令和數(shù)據(jù)，STM32芯片主要負責(zé)任務(wù)管理和文件管理，并且通過串口控制Modem。同樣為了便于測試，焊了一根線接出“USB轉(zhuǎn)串口模塊”來與電腦通信，進而可以利用串口調(diào)試助手軟件來輔助測試。
　　
　　4．3總流程設(shè)計
　　
　　兩臺傳真機相互通信的規(guī)約稱為協(xié)議或傳真呼叫時間序列，分為A、B、C、D、E五個階段，如圖4所示。　　
　?。?）階段A：呼叫建立階段
　　
　　這一階段與呼叫建立的過程相似，不同之處在于要發(fā)送包含標(biāo)識發(fā)送／接收終端的傳真單音。
　　
　?。?）階段B：報文前處理階段
　　
　　這個處理階段主要進行傳真能力的協(xié)商與訓(xùn)練。完成傳真機功能的鑒別、選送合適的傳輸模式、核對相位、發(fā)送線路校驗信號以及可以接收的信號等。
　　
　　過程描述：首先由被叫站發(fā)送DIS信號，DIS信號中包含了被叫站傳真機具有的各種兼容性功能信息、傳輸數(shù)碼率、掃描線密度和zui小行掃描時間等。當(dāng)主叫站收到DIS信號后，了解到被叫站傳真機的功能，再根據(jù)本站傳真機的功能和操作人員事先安排的指令，發(fā)出DCS信號，DCS信號是數(shù)字接收指令，由發(fā)送方進行發(fā)送，要求接收方是接收傳真。該指令還了接收傳真機的工作方式、傳輸數(shù)碼率、掃描線密度、稿件寬度以及zui小行掃描時間等。被叫站接收到DCS信號后，按命令選擇合適的工作模式，這時，主叫站發(fā)出線路校驗信號TCF。TCF信號是一個持續(xù)時間為1．5s的0序列，它用于校驗信道在這個數(shù)碼率下可接受的程度。當(dāng)被叫站收到這個線路校驗信號之后認為合格，就發(fā)送CFR信號，CFR信號標(biāo)志全部報文前處理過程已經(jīng)結(jié)束。當(dāng)主叫站收到CFR信號，就可以發(fā)送稿件。
　　
　?。?）階段C：報文傳輸過程
　　
　　按照T．4規(guī)程傳輸傳真報文，并進行報文傳輸控制，包括報文同步、誤碼檢測和糾錯、線路監(jiān)測等。
　　
　　（4）階段D：報文后處理階段
　　
　　這個處理階段主要提供報文的證實、報文結(jié)束、多頁續(xù)發(fā)等控制操作。當(dāng)發(fā)送方發(fā)完稿件后，將出現(xiàn)若干不同的情況，如是否還要繼續(xù)向接收方發(fā)送稿件，如果需要發(fā)送，是繼續(xù)發(fā)送還是重新進行報文前處理后再發(fā)送，是否暫時中斷進行通話后再發(fā)送等。為了滿足上述要求，發(fā)送方共設(shè)置6種主要的傳真控制字段分別對應(yīng)6種指令。當(dāng)接收方收到這6種指令中的一種后，就會發(fā)出響應(yīng)信號，這些指令和響應(yīng)只有傳真控制字段，而無傳真信息字段。
　　
　　（5）階段E：呼叫釋放階段
　　
　　呼叫釋放發(fā)生在某一特定的條件下，當(dāng)zui后一頁稿件發(fā)送完畢后，進行zui后一個信息處理，發(fā)送EOP信號，在EOP信號之后，過程轉(zhuǎn)入階段E，呼叫釋放，切斷接續(xù)，電路由傳真狀態(tài)返回到狀態(tài)。
　　
　　圖5是單頁傳真正常傳輸?shù)囊粋€實例，便于傳真流程的理解。　　
　　4．4功能模塊設(shè)計
　　
　　本設(shè)計自底向上包括如下3個功能模塊，如圖6所示。底層串口模塊、中層數(shù)據(jù)緩沖區(qū)模塊和上層傳真模塊。各個模塊由μC／OS-II負責(zé)管理，其中底層串口模塊包含了所有基于串口的基本操作，包括讀串口和寫串口等；中層數(shù)據(jù)緩沖區(qū)模塊做了大量的細節(jié)性數(shù)據(jù)處理工作；上層傳真模塊封裝了發(fā)送傳真和接收傳真的基本功能。　　
　　4．4．1底層串口模塊
　　
　　底層串口模塊的代表性函數(shù)包括如下3個。
　　
　?、賤oidRxInterrupt_Handler（）；
　　
　　功能說明：modem每次接收到數(shù)據(jù)后都會發(fā)生中斷，跳入此函數(shù)。通過mdm_append_data函數(shù)將串口收到的新數(shù)據(jù)添加到接收緩沖區(qū)。
　　
　?、趘oidUSART1_SendByre（INT16Ubyte）；
　　
　　功能說明：直接向串口中發(fā)送一個字節(jié)，并等待完成。
　　
　?、踲oidUSART1SendData（INT8U*data，INT16Slen）；
　　
　　功能說明：直接向串口寫數(shù)據(jù)并等待完成，數(shù)據(jù)長度不限。它被_send_cmd函數(shù)和_send_frame函數(shù)多次調(diào)用。
　　
　　4．4．2中層數(shù)據(jù)緩沖區(qū)模塊
　　
　　本模塊采用隊列來管理數(shù)據(jù)，如圖7所示。底層串口模塊收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)存入隊尾緩存，上層傳真模塊從隊頭取出數(shù)據(jù)進行處理，這種方式使得程序不必關(guān)心串口接收數(shù)據(jù)的方式，一定程度上減小了程序的耦合性。　　
　　隊列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義如下：　　
　　本模塊提供了以下接口函數(shù)，供上層傳真機模塊調(diào)用。
　　
　?、賤oidmdm_init_buffer（）；
　　
　　功能說明：本函數(shù)用于初始化緩沖區(qū)，一般在程序啟動時調(diào)用。
　　
　?、赾har*mdm_get_line（inttimeout）；
　　
　　功能說明：在timeout規(guī)定的時間里面，等待并讀取一行數(shù)據(jù)（以／r／n結(jié)尾），如果超時則返回NULL。
　　
　?、踚ntmdm_get_byte（char*byte，inttimeout）；
　　
　　功能說明：在timeout規(guī)定的時間里，等待并讀取一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，如果有數(shù)據(jù)則返回1，如果超時則返回0。
　　
　?、躨ntmdm_get_byte_count（）；
　　
　　功能說明：獲取當(dāng)前緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)量，單位為字節(jié)。
　　
　?、輛oidmdm_clear_buffer（）；
　　
　　功能說明：清空緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)。
　　
　?、辷oidmdm_append_data（chardata）；
　　
　　功能說明：向緩沖區(qū)隊尾添加一個數(shù)據(jù)，該函數(shù)在串口接收中斷中被調(diào)用。
　　
　　4．4．3上層傳真模塊
　　
　　上層傳真模塊分為發(fā)送傳真接口和接收傳真接口兩大部分，其中發(fā)送部分為1個集成的函數(shù)，而接收部分為3個按時序相接的功能分支。
　　
　?。?）發(fā)送傳真接口
　　
　　原型說明：im_send（char*num，char*page[]）；
　　
　　功能說明：發(fā)送傳真，對端的傳真號為num，傳真文件通過page變量傳入，結(jié)尾以NULL指針或空字符串結(jié)尾。
　　
　?。?）接收傳真接口
　　
　?、賗nt_ringing（）；
　　
　　功能說明：循環(huán)檢測并接收響鈴，只有接通了，才會跳出循環(huán)。該函數(shù)可以在一個task里面調(diào)用，進行傳真監(jiān)聽，當(dāng)收到“RING”時，退出函數(shù)，等待應(yīng)答。
　　
　　②int_answer_and_connect（）；
　　
　　功能說明：傳真應(yīng)答與連接。該函數(shù)一般在收到“RING”時調(diào)用。當(dāng)連接成功后，即可接收傳真。
　　
　　③int_receive（int*pagenum，char*dir）；
　　
　　功能說明：接收傳真，收到的傳真頁數(shù)為pagenum，保存地址為dir。只有當(dāng)連接成功后才能調(diào)用該函數(shù)。
　　
　　4．5傳真接口調(diào)用示例

　　
　　5、結(jié)語
　　
　　本文對無紙傳真進行了研究，在該研究的基礎(chǔ)上開發(fā)出一套實用的系統(tǒng)，其擴展性強，具有很好的移植性。一般的傳真機于紙質(zhì)文件的傳輸，而本系統(tǒng)則輔助實現(xiàn)了紙質(zhì)文件與電子版文件的轉(zhuǎn)化傳輸。本系統(tǒng)存在的意義在于，用戶可以將此傳真模塊作為一個獨立功能單元集成到其他產(chǎn)品中，以較低的成本來增加產(chǎn)品的功能。