19. 使用4G模块

  • 平台：野火stm32mp157开发板

  • 系统：Debian

  • 需要使用野火4G模块

19.1. 野火4G模块

野火EC20 4G模块是由EC20 Pcie接口模组加一个USB转接板构成，可方便插接到带有USB接口的Linux主板上。 EC20型号众多，我们选用的型号是CEHCLG，全网通，7模，纯数据、单天线版本。

EC20_4G_module001.png

EC20_4G_module001.png

EC20是移远的一款4G模组，有Mini PCle和LCC两种封装，与处理器通信的协议为USB。 即你们在市面上看到的那些通过板载的PCle接口与EC20连接的开发板， 他们通信时也是通过USB通信，并不是一些初学用户说的通过PCle通信， PCle只是一种封装而已，最终通信都是通过USB。

EC20_4G_module002.png

EC20_4G_module002.png

EC20_4G_module003.png

EC20_4G_module003.png

19.2. 野火开发板使用4G模块

野火开发板出厂固件已经支持4G模块的，所以在收到开发板后可以直接使用， stm32mp157开发板使用4G模块有两种连接方式，首先将4G的电话卡插到4G模块的卡槽上， 这张电话卡必须是可以上网的， 然后接上IPX天线（4G模块在发货的时候就已经接好天线的了），通过USB接口连接到开发板上。

另外一种则是将EC20模块单独拆下来，将4G卡插到板子的卡槽上，如下图所示

EC20_4G_module004.jpg

EC20_4G_module004.jpg

EC20_4G_module005.jpg

EC20_4G_module005.jpg

在刚插入模式时需要等待几秒，可以看到4G模块旁边的LED灯在闪烁， 在终端可通过 ls /dev/ttyUSB* 设备的变化确定4G模块是否已被板子识别。

#未插入4G模块之前
root@npi:~# ls /dev/ttyUSB*
ls: cannot access '/dev/ttyUSB*': No such file or directory

#识别4G模块后
root@npi:~# ls /dev/ttyUSB*
/dev/ttyUSB0  /dev/ttyUSB1  /dev/ttyUSB2  /dev/ttyUSB3  /dev/ttyUSB4

可以在终端输入dmesg命令， 能看到以下内容，就代表模块启动成功：

dmesg

···

[ 7045.607736] usbcore: registered new interface driver usbserial_generic
[ 7045.614387] usbserial: USB Serial support registered for generic
[ 7045.687710] usbcore: registered new interface driver option
[ 7045.697962] usbserial: USB Serial support registered for GSM modem (1-port)
[ 7045.706058] option 1-1.1:1.0: GSM modem (1-port) converter detected
[ 7045.719742] usb 1-1.1: GSM modem (1-port) converter now attached to ttyUSB0
[ 7045.732624] option 1-1.1:1.1: GSM modem (1-port) converter detected
[ 7045.745153] usb 1-1.1: GSM modem (1-port) converter now attached to ttyUSB1
[ 7045.758280] option 1-1.1:1.2: GSM modem (1-port) converter detected
[ 7045.771023] usb 1-1.1: GSM modem (1-port) converter now attached to ttyUSB2
[ 7045.779959] option 1-1.1:1.3: GSM modem (1-port) converter detected
[ 7045.795461] usb 1-1.1: GSM modem (1-port) converter now attached to ttyUSB3

19.3. 更新

为了确保我们的软件包版本是最新版本，让我们使用apt命令更新本地apt包索引和升级系统：

sudo apt update

19.4. 安装必要的依赖

首先安装ppp拨号相关的依赖，安装过程中出现任何输入的内容，直接按 回车 即可：

sudo apt install ipppd

安装野火提供的4g模块拨号脚本，在安装完成后在 /home/debian 目录下出现 peripheral 文件夹：

sudo apt install peripheral

19.5. 拨号上网

模块想要上网则需要拨号，进入 ~/peripheral/ec20-4g 目录下，可以看到该目录存在以下文件（部分）：

  • ec20_options

  • ec20_ppp_dialer

  • ppp-on.sh

ppp-on.sh就是拨号脚本，直接运行它可以进行拨号，ec20_options是拨号的配置文件， 而ec20_ppp_dialer则是拨号的一些指令。

三个文件的内容如下：

ec20_options文件内容如下

ec20_options
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 /dev/ttyUSB2
 115200
 crtscts
 modem
 persist
 lock
 noauth
 noipdefault
 debug
 nodetach
 user Anyname
 password Anypassword
 ipcp-accept-local
 ipcp-accept-remote
 #replacedefaultroute
 defaultroute
 usepeerdns
 noccp
 nobsdcomp
 novj
 #Dump

ec20_ppp_dialer文件内容如下

ec20_ppp_dialer
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 ABORT "NO CARRIER"
 ABORT "ERROR"
 TIMEOUT 120
 "" ATE
 SAY "ATE"
 ECHO ON
 OK ATH
 OK ATP
 OK AT+CGDCONT=1,\"IP\",\"CMNET\"
 #OK AT+ZSNT=0,0,0
 OK ATD*98*1#
 CONNECT

ppp-on.sh文件内容如下

ppp-on.sh
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 #!/bin/sh
 #clear
 #ppp-on.sh
 OPTION_FILE="ec20_options"
 DIALER_SCRIPT="ec20_ppp_dialer"
 pppd file $OPTION_FILE connect '/usr/sbin/chat -v -f ec20_ppp_dialer' &

那么我们直接运行ppp-on.sh即可，注意：需要sudo权限运行。

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 sudo ./ppp-on.sh

 Removed stale lock on ttyUSB2 (pid 4125)
 ➜  ec20-4g ATE
 +CMTI: "ME",2

 +CMTI: "ME",3

 +CMTI: "ME",4
 ATE
 OK
 ATH
 OK
 ATP
 OK
 AT+CGDCONT=1,"IP","CMNET"
 OK
 ATD*98*1#
 CONNECT
 Script /usr/sbin/chat -v -f ec20_ppp_dialer finished (pid 5776), status = 0x0
 Serial connection established.
 using channel 9
 Using interface ppp0
 Connect: ppp0 <--> /dev/ttyUSB2
 sent [LCP ConfReq id=0x1 <asyncmap 0x0> <magic 0x64c762f8> <pcomp> <accomp>]
 rcvd [LCP ConfReq id=0x0 <asyncmap 0x0> <auth chap MD5> <magic 0xa326b19> <pcomp> <accomp>]
 sent [LCP ConfAck id=0x0 <asyncmap 0x0> <auth chap MD5> <magic 0xa326b19> <pcomp> <accomp>]
 rcvd [LCP ConfAck id=0x1 <asyncmap 0x0> <magic 0x64c762f8> <pcomp> <accomp>]
 sent [LCP EchoReq id=0x0 magic=0x64c762f8]
 rcvd [LCP DiscReq id=0x1 magic=0xa326b19]
 rcvd [CHAP Challenge id=0x1 <163eafbf8714ed417edfd556ca784e60>, name = "UMTS_CHAP_SRVR"]
 sent [CHAP Response id=0x1 <d2f3e94b688d9898ea55893da7cfd10e>, name = "Anyname"]
 rcvd [LCP EchoRep id=0x0 magic=0xa326b19 64 c7 62 f8]
 rcvd [CHAP Success id=0x1 ""]
 CHAP authentication succeeded
 CHAP authentication succeeded
 sent [IPCP ConfReq id=0x1 <addr 0.0.0.0> <ms-dns1 0.0.0.0> <ms-dns2 0.0.0.0>]
 rcvd [IPCP ConfReq id=0x0]
 sent [IPCP ConfNak id=0x0 <addr 0.0.0.0>]
 rcvd [IPCP ConfNak id=0x1 <addr 10.17.241.161> <ms-dns1 202.96.134.33> <ms-dns2 202.96.128.166>]
 sent [IPCP ConfReq id=0x2 <addr 10.17.241.161> <ms-dns1 202.96.134.33> <ms-dns2 202.96.128.166>]
 rcvd [IPCP ConfReq id=0x1]
 sent [IPCP ConfAck id=0x1]
 rcvd [IPCP ConfAck id=0x2 <addr 10.17.241.161> <ms-dns1 202.96.134.33> <ms-dns2 202.96.128.166>]
 Could not determine remote IP address: defaulting to 10.64.64.64
 not replacing default route to eth1 [192.168.0.1]
 local  IP address 10.17.241.161
 remote IP address 10.64.64.64
 primary   DNS address 202.96.134.33
 secondary DNS address 202.96.128.166
 Script /etc/ppp/ip-up started (pid 5783)
 Script /etc/ppp/ip-up finished (pid 5783), status = 0x0

当你看到拨号返回的内容后有IP地址时，就证明拨号成功。

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 rcvd [IPCP ConfNak id=0x1 <addr 10.17.241.161> <ms-dns1 202.96.134.33> <ms-dns2 202.96.128.166>]
 sent [IPCP ConfReq id=0x2 <addr 10.17.241.161> <ms-dns1 202.96.134.33> <ms-dns2 202.96.128.166>]

19.6. 验证4G网卡

一旦拨号成功，可以使用 ifconfig 命令验证4G网卡是否存在，如果成功此时会多出来一个ppp0的网卡， 并且已经获取到IP地址了。可以很明显看到，我们目前有了一个4g模块的网卡ppp0，存在IP地址， 那么说明我们可以使用ppp0进行网络通信：

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 ifconfig

 ppp0: flags=4305<UP,POINTOPOINT,RUNNING,NOARP,MULTICAST>  mtu 1500
         inet 10.17.241.161  netmask 255.255.255.255  destination 10.64.64.64
         ppp  txqueuelen 3  (Point-to-Point Protocol)
         RX packets 4  bytes 52 (52.0 B)
         RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
         TX packets 4  bytes 58 (58.0 B)
         TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

然后我们可以验证一下ping功能，是否可以访问互联网（此处以ping baidu.com为示例）：

ping baidu.com

PING baidu.com (39.156.69.79): 56 data bytes
64 bytes from 39.156.69.79: seq=0 ttl=48 time=60.056 ms
64 bytes from 39.156.69.79: seq=1 ttl=48 time=62.634 ms
64 bytes from 39.156.69.79: seq=2 ttl=48 time=50.397 ms

可能你是接了网线的（假设使用了eth1接口），而默认路由表却不是4G模块，如果想使用网卡上网， 则需要更新路由表，解决办法如下：

route del -net 0.0.0.0 eth1
route add -net 0.0.0.0 ppp0

19.7. 可能出现的问题

经过实测，目前的脚本是可以连接到移动、联通、电信的，如果出现一些其他的问题，可以参考以下内容：

APN设置:

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 移动：at+cgdcont=1，"ip"，"cmnet"
 联通：at+cgdcont=1，"ip"，"3gnet"
 电信：at+cgdcont=1，"ip"，"ctnet"

拨号：

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 移动：*99***1#或*98*1#
 联通：*99#电信：#777

19.8. 使用GPS功能（需要4G模块支持GPS功能）

野火在售的4G模块有两个版本，一个是带GPS功能的，一个是不带GPS功能的，具体型号与说明如下：

  • EC20CEHCLG：不带GPS功能的。

  • EC20CEFILG：带GPS功能的。

EC20_4G_module008.png

EC20_4G_module008.png

注意，以下的操作必须是带GPS功能版本的4G模块才能使用，请悉知。更重要的是模块需要使用GPS天线，并且天线需要放置在户外，才能正常接收到卫星信号

本文主要讲解EC20模块的GPS功能的基本使用方法，更多详细的指令操作细节、参数、示例 可参考官网提供的手册：Quectel_EC20_GNSS_AT_Commands_Manual， 可以从野火官方git仓库下载： https://github.com/Embedfire/ebf_gsm_ec20 。

EC20挂载系统成功后，在Windows环境下会有四个/dev/ttyUSBx设备文件， 也就是我们一开始看到的识别成功4G模块的设备信息，其中ttyUSB2用于AT指令收发， ttyUSB1用于GPS NMEA的接收。

主要的指令有以下：

指令

功能

AT+QGPSCFG

用于进行GPS功能的配置

AT+QGPS

启动GPS会话

AT+QGPSEND

结束GPS会话

以上只列举了简单启用EC20模块GPS功能并获取到NMEA数据所需的AT指令说明， 其他功能诸如节能模式、其他定位系统模式、频次控制等操作可通过官网GNSS AT指令手册了解。

实现验证:

  1. 从 /dev/ttyUSB1 读取GPS数据，并将其存储到自定义的文件中 ec20_gps_data.txt ， 下面这一行命令就是在后台读取 /dev/ttyUSB1 设备的数据并存储到 ec20_gps_data.txt 文件中，

    & 表示后台运行。

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 cat /dev/ttyUSB1 > ~/ec20_gps_data.txt &

  1. 启动GPS会话

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 echo -e "AT+QGPS=1\r\n" > /dev/ttyUSB2

在启动的时候，可能不会立即收到所有卫星的信号，可以等待一段时间， 注意，必须使用GPS天线并且放置在户外，户内可能搜不到信号。

  1. 查看GPS信息，直接cat这个 ec20_gps_data.txt 文件即可。

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 cat ~/ec20_gps_data.txt


 $GPGSV,5,1,18,03,18,246,29,04,41,313,34,08,29,195,34,09,07,320,23*75

 $GPGSV,5,2,18,11,02,194,21,14,28,149,30,21,04,071,30,23,,,23*48

 $GPGSV,5,3,18,27,57,170,49,31,34,077,23,32,05,149,29,16,60,336,*7A

 $GPGSV,5,4,18,18,,,,22,14,222,,26,41,025,,38,,,34*75

 $GPGSV,5,5,18,41,,,34,50,,,48*7B

 $GPGGA,011113.00,2253.723057,N,11350.704943,E,1,07,0.6,46.6,M,-2.0,M,,*4C

 $GPVTG,296.2,T,298.5,M,0.0,N,0.0,K,A*2A

 $GPRMC,011113.00,A,2253.723057,N,11350.704943,E,0.0,296.2,040520,2.4,W,A*27

 $GPGSA,A,2,03,04,08,14,22,27,32,,,,,,0.9,0.6,0.7*35

  1. 当数据正常以后，可以关闭GPS会话

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 echo -e "AT+QGPSEND\r\n" > /dev/ttyUSB2

  1. 结束从ttyUSB1读取数据的后台进程

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 ps -aux | grep ttyUSB1 | awk '{print $2}' | sudo xargs kill -9

  1. 使用野火多功能调试助手查看GPS数据信息，首先将数据复制到Windows平台下， 放入一个txt文件，比如我就放在桌面的log.txt文件中，然后打开野火多功能调试助手， 选择GPS定位功能->解码GPS日志文件->选择你的GPS数据文件，注意，这个GPS数据不要太多， 因为定位信息的数据本来就是差不多的，只需要几组即可，否则软件可能卡死。

EC20_4G_module009.png

EC20_4G_module009.png

得到的位置信息如下（地图可以放大缩小）：

EC20_4G_module010.png

EC20_4G_module010.png

19.9. 获取GPS数据的同时使用4G上网

由于所有的数据指令都是通过 ttyUSB2 去控制的，如果你先进行4G拨号上网后， 这个 ttyUSB2 就已经被占用了，无法通过命令去设置企业GPS功能， 那么必须按以下步骤才能获取GPS数据的同时使用4G上网。

  1. 启动GPS会话。

  2. 进行ppp拨号上网。

  3. 关闭ppp拨号上网。

  4. 关闭GPS会话。

测试：

  • 启动GPS会话。

    echo -e "AT+QGPS=1\r\n" > /dev/ttyUSB2

  • 查看GPS信息是否正常。

cat /dev/ttyUSB1

  • 进入 ~/peripheral/ec20-4g 目录下，进行ppp拨号上网。

sudo ./ppp-on.sh

  • 查看IP信息是否正常，并且 ping 一下 baidu.com ， 如果都能成功表示此时可以通过4G模块上网了。

ifconfig

ping baidu.com -I ppp0

  • 关闭ppp拨号上网，可以在关闭后再看看IP信息，下面这句命令返回什么信息都不用管。

ps -aux | grep ppp | awk '{print $2}' | sudo xargs kill -9

  • 关闭GPS会话。

echo -e "AT+QGPSEND\r\n" > /dev/ttyUSB2

按着以上的步骤操作即可在获取GPS数据的同时使用4G上网。