9. 在Debian使用4G模块

  • 平台:野火imx6ull开发板
  • 系统:Debian
  • Debian版本:需要使用最新的Debian镜像,必须是2020年5月1日以后的镜像,否则无法ppp拨号成功。
  • 需要使用野火4G模块

9.1. 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

9.2. 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,使用方式也非常简单,首先插入4G的电话卡到SIM卡座上,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),最终连接到开发板上,Pro或者mini开发板都可以使用野火4G模块。

EC20_4G_module004.png

EC20_4G_module004.png

EC20_4G_module005.png

EC20_4G_module005.png

等待大约6S,可以看到4G模块的蓝色LED灯在闪烁,然后可以在终端输入dmesg命令,能看到以下内容,就代表模块启动成功:

dmesg

···
[83577.336314] usb 1-1.1: new high-speed USB device number 13 using ci_hdrc
[83577.607805] option 1-1.1:1.0: GSM modem (1-port) converter detected
[83577.617195] usb 1-1.1: GSM modem (1-port) converter now attached to ttyUSB0
[83577.619058] option 1-1.1:1.1: GSM modem (1-port) converter detected
[83577.646781] usb 1-1.1: GSM modem (1-port) converter now attached to ttyUSB1
[83577.648866] option 1-1.1:1.2: GSM modem (1-port) converter detected
[83577.654863] usb 1-1.1: GSM modem (1-port) converter now attached to ttyUSB2
[83577.659113] option 1-1.1:1.3: GSM modem (1-port) converter detected
[83577.660546] usb 1-1.1: GSM modem (1-port) converter now attached to ttyUSB3
[83577.662514] option 1-1.1:1.4: GSM modem (1-port) converter detected
[83577.686784] usb 1-1.1: GSM modem (1-port) converter now attached to ttyUSB4

9.3. 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-get update

9.4. 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-get -y 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-get -y install peripheral

9.5. 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:

/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:

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:

#!/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。

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,当然你也可以通过 ifconfig 命令去查看4g模块的IP地址。

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>]

9.6. 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:

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

9.7. 网速测试

本次测试使用阿里云服务器4M带宽主机,经测试,4G模块已经将4M带宽跑满了,但是还未到模块上限,由于测试主机带宽有限,暂不能做更高速度的测试,但足以证明本模块的性能。

测试结果:

接收模式:

EC20_4G_module006.png

EC20_4G_module006.png

发送模式:

EC20_4G_module007.png

EC20_4G_module007.png

9.8. 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:

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

拨号:

移动:*99***1#或*98*1#
联通:*99#电信:#777

9.9. 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莫块的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. /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。
cat /dev/ttyUSB1 > ~/ec20_gps_data.txt &
  1. 启动GPS会话
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。
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
echo -e "AT+QGPSEND\r\n" > /dev/ttyUSB2
  1. 结束从ttyUSB1读取数据的后台进程
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

9.10. 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。