基于Stm32的4G模块实现内网透传通信（代码后附）

基于Stm32的4G模块实现内网透传通信

一、内网透传即内网映射，内网IP端口映射外网连接访问过程的实现。内网透传通信实现过程又有以下几种区别：
1）路由器映射。适合自己本地路由有公网IP网络环境，用路由当这个内网穿透介质，通过路由映射，实现外网对内网的访问。路由映射在登录路由后台管理功能可见，有的叫虚拟服务器，有的叫转发，有的叫端口映射，添加对应规则然后外网用路由IP访问。
2）自建转发。在自己公网IP（云）服务器上，部署内网穿透使用。
3）内网映射。可以上网，即可以通过内网映射方式，将本地内网IP端口映射到自己域名（或自动生成的二级域名上），再互联网上通过域名进行连接访问。
在使用移远EC600N-CN模块时
4G模块在项目里只需把它当成发送接收数据的中转，所以使用透传模式。透传模式是相对应的串口接收的数据会直接发送到网络端，从网络接收到的数据会从串口直接输出。
透传模式下，把模块当成一个串口设备，因此只需要连接以下四个引脚：
M_R：主串口接收（电平标准3.3V）；
M_T：主串口发送（电平标准3.3V）；
VIN：电源输入（5V-18V，功率要大于等于10W才能带动，因此最好12V）
GND：地


二、端口映射：
4G模块是和服务器实现数据交互的，因此只用自己电脑调试时需要将服务器相应端口映射到自己电脑上，用自己电脑实现和4G模块交互。
端口映射是将外网主机的IP 地址的一个端口映射到内网中一台机器，提供相应的服务。当用户访问该IP 的这个端口时，服务器自动将请求映射到对应局域网内部的机器上。但内网不能被外网直接的访问的，需要通过内网穿透，让内网“假装”成外网。
花生壳软件可以实现内网穿透。
因此，调试需要把网络调试助手的IP和端口号，通过花生壳工具，关联到外网服务器上，实际数据转发的时候，发送到网络调试助手的数据实际是发送到花生壳这边服务器，然后在网络调试助手上显示。
1、配置网络调试助手
电脑有0~65535个端口，动态端口的范围是从1024到65535。之所以称为动态端口，是因为它一般不固定分配某种服务，而是动态分配。动态分配是指当一个系统进程或应用程序进程需要网络通信时，它向主机申请一个端口，主机从可用的端口号中分配一个供它使用。当这个进程关闭时，同时也就释放了所占用的端口号。
首先查找电脑未被占用的TCP端口。cmd里输入netstat -ano查看电脑被占用的端口（即最后一列数据），找出TCP协议未被占用的端口。
找到某个未被占用的端口后，可以使用neystat -aon|findstr“端口号”命令来确认某个端口是否未被占用。
如下图20000端口未被占用则不返回数据，30160端口被占用了，会返回占用该端口的任务。
找到空闲端口后，开始配置网络调试助手。网络调试助手的协议类型选择TCP Server，然后添加本地主机IP地址和刚才找到的空闲端口号，点击下方“打开”按钮，该端口就配置好了，就可以通过下面操作把服务器数据映射到该端口。

2、内网穿透
网络调试助手配置完成后，电脑就有了映射到服务器的端口，然后就可以通过花生壳把该端口映射到服务器端口。
打开花生壳新建内网穿透项目，选择TCP协议，软件会分配免费的服务器IP和端口，然后输入刚才在网络调试助手配置好的电脑IP地址和端口号，保存配置。

右下角可以显示连接状态。连接成功后，可以看到分配的服务器的IP和端口号（若花生壳显示映射连接失败，大概率是花生壳自己的问题，可以尝试重启软件或者等待一段时间，就会连接成功）。
刚上电模块就绪后返回RDY，每发一次指令，模块收到并查询/设置完成后，会返回OK，最后设置好服务器IP和端口后，就可以进行模块与服务器直接数据收发了。
如下图所示，模块给服务器发送“0x02 0x03 0x45”，服务器收到的数据会在网络调试助手显示；服务器给模块发送“0x10 0x20 0x47”，串口助手显示收到的数据。
完成模块通过串口连接到电脑与服务器的通讯。

根据上述在线调试结果可知，上电以后，模块上电就绪后会返回RDY，提示可以进行后续操作了。主要有四个重要操作：
1、AT+CGREG?
4G入网同时连接CS和PS，即核心网分割为CS和PS，CS域是电路承载域，传输语音；PS域是数据域，走得是IP，用于手机上网。因此打电话信号走CS，数据业务信号走PS。
第一步发送AT+CGREG?，查询PS业务的状态。返回的第二个数字为1，表示已注册归属地网络PS 域网络注册状态。
2、AT+QICSGP
配置TCP/IP 场景参数。移动卡发送AT+QICSGP=1,1,“CMNET”,“”,“”,1 ；联通卡发送AT+QICSGP=1,1,“UNINET”,“”,“”,1，完成场景配置。
3、AT+QIACT
发送AT+QIACT=1，激活PDP 场景。场景激活后，可以通过AT+QIACT?查询IP 地址。
4、AT+QIOPEN
连接服务器对应IP和端口。打开Socket 服务AT+QIOPEN=1,0,“TCP”,“服务器IP”,服务器端口,0,2 成功会回复CONNECT，完成模块与服务器的连接。可以开始传输数据了。
在STM32种的C语言实现代码如下：
模块初始化函数如下：

void net_start(void)
{
	if (0x80==(DEBUG_USART_flag&0x80))
	{
		DEBUG_USART_flag = DEBUG_USART_flag&0x7f		;
		if(strstr(TEST7_USART_buff,"RDY") != NULL)  //是否返回RDY
		{	 
			//启动状态
			net_flag = net_flag | 0x01	;
			TEST7_USART_buff[net_cont] = 0x00		;
			TEST7_USART_buff[net_cont-1] = 0x00		;
			time_Delay(0x1FFFFFF);
			Usart_SendString( TEST7_USART, "AT+CGREG?\r\n");		
			USART_SendData(DEBUG_USART,net_flag);
		while (USART_GetFlagStatus(DEBUG_USART, USART_FLAG_TXE) == RESET);
		}	

		if ((0x01==(net_flag&0x03))&&(strstr(TEST7_USART_buff,"OK") != NULL))
		{
			net_flag = net_flag | 0x02	;
			TEST7_USART_buff[net_cont] = 0x00		;
			TEST7_USART_buff[net_cont-1] = 0x00		;
			time_Delay(0x1FFFFFF);
			Usart_SendString( TEST7_USART, "AT+QICSGP=1,1,\"CMNET\",\"\",\"\",1\r\n");

		}
		
		if ((0x03==(net_flag&0x07))&&(strstr(TEST7_USART_buff,"OK") != NULL))
		{
			net_flag = net_flag | 0x04	;
			TEST7_USART_buff[net_cont] = 0x00		;
			TEST7_USART_buff[net_cont-1] = 0x00		;
			//delay_ms(200);
			Usart_SendString( TEST7_USART, "AT+QIACT=1\r\n");
		}
		
		if ((0x07==(net_flag&0x0F))&&(strstr(TEST7_USART_buff,"OK") != NULL))
		{
			net_flag = net_flag | 0x08	;
			TEST7_USART_buff[net_cont] = 0x00		;
			TEST7_USART_buff[net_cont-1] = 0x00		;
			time_Delay(0x2FFFFFF);
			Usart_SendString( TEST7_USART, "AT+QIOPEN=1,0,\"TCP\",\"103.46.128.44\",19147,0,2");
		}
		
		if ((0x0F==(net_flag&0x1F))&&(strstr(TEST7_USART_buff,"CONNECT") != NULL))
		{
			net_flag = net_flag | 0x10	;
			TEST7_USART_buff[net_cont] = 0x00		;
			TEST7_USART_buff[net_cont-1] = 0x00		;
			time_Delay(0xFFFFFF);
			USART_SendData(TEST7_USART, 0x55);
			while(USART_GetFlagStatus(TEST7_USART,USART_FLAG_TC) == RESET);
			USART_SendData(TEST7_USART, 0xaa);
			while(USART_GetFlagStatus(TEST7_USART,USART_FLAG_TC) == RESET);
			USART_SendData(TEST7_USART, 0xaa);
			while(USART_GetFlagStatus(TEST7_USART,USART_FLAG_TC) == RESET);
			USART_SendData(TEST7_USART, 0x55);
			while(USART_GetFlagStatus(TEST7_USART,USART_FLAG_TC) == RESET);
			USART_SendData(TEST7_USART, 0x0d);
			while(USART_GetFlagStatus(TEST7_USART,USART_FLAG_TC) == RESET);
			USART_SendData(TEST7_USART, 0x0a);
			while(USART_GetFlagStatus(TEST7_USART,USART_FLAG_TC) == RESET);
		}		
		TEST7_USART_buff[net_cont] = 0x00		;
		TEST7_USART_buff[net_cont-1] = 0x00		;

	}

}

模块串口中断函数如下：

extern uint8_t net_cont ;		 //
extern uint8_t net_flag ;		 //

void TEST7_USART_IRQHandler(void)
{
	uint8_t DEBUG_USART_rx_data=0;
	if(USART_GetITStatus(TEST7_USART,USART_IT_RXNE)!=RESET)
	{		
		DEBUG_USART_rx_data = USART_ReceiveData( TEST7_USART );
		USART_ClearFlag(TEST7_USART, USART_FLAG_RXNE);     //清除中断标志	
		
		TEST7_USART_buff[net_USART_usRxCount++]=DEBUG_USART_rx_data;
		
		if (net_USART_usRxCount>=2)
		{
			if (0x1F==(net_flag&0x1F))
			{
				if ((TEST7_USART_buff[net_USART_usRxCount-2]==0xaa)&&(TEST7_USART_buff[net_USART_usRxCount-1]==0x55))
				{
					DEBUG_USART_flag =  0x80		;
					
					TEST7_USART_buff[ARM_USART_usRxCount-1] = 0x00;
					TEST7_USART_buff[ARM_USART_usRxCount-2] = 0x00;
					net_USART_usRxCount = 0 ;
					net_cont = net_USART_usRxCount-1	;
				}
			}else {
					if (TEST7_USART_buff[net_USART_usRxCount-2]==0x0d)
					{
						DEBUG_USART_flag =  0x80		;
						net_cont = net_USART_usRxCount-1	;
						TEST7_USART_buff[ARM_USART_usRxCount-1] = 0x00;
						TEST7_USART_buff[ARM_USART_usRxCount-2] = 0x00;
						net_USART_usRxCount = 0 ;
					}
				
			}
		} 	
	}	
	
}

通过上面代码实现了向平台发送0x55aaaa55这组数据。