基于嵌入式操作系統(tǒng)在無(wú)線(xiàn)通信中的應(yīng)用

朱 黎

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西咸陽(yáng) 712000）

嵌入式操作系統(tǒng)（embedded operating system）是當(dāng)今研究的熱點(diǎn),而嵌入式Linux具有穩(wěn)定、高效、易定制、易裁減、硬件支持廣泛、免費(fèi)、開(kāi)放源代碼等特點(diǎn),這使得Linux在嵌入式領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。隨著信息技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,特別是對(duì)Internet和多媒體通信需求的增長(zhǎng),通信技術(shù)的發(fā)展主要集中在寬帶通信網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域。而通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)(GPRS)技術(shù)又將互聯(lián)網(wǎng)等寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)連接在一起,GPRS的應(yīng)用范圍很廣,可以用于開(kāi)發(fā)互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)性管理以及無(wú)線(xiàn)監(jiān)控等方面。利用嵌入式技術(shù)研究其在通信中的應(yīng)用主要工作集中在兩個(gè)方面:一方面是嵌入式數(shù)據(jù)采集模塊硬件實(shí)現(xiàn),在這一部分涉及到嵌入式數(shù)據(jù)采集模塊硬件功能設(shè)計(jì)、GPRS模塊和微處理器的選型、電路板設(shè)計(jì)以及調(diào)試等;另一方面是軟件,主要是針對(duì)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行套接字(SOCKET)編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信和針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表協(xié)議進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集,完成上位機(jī)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)以及下位機(jī)數(shù)據(jù)采集的功能。通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)使客戶(hù)端應(yīng)用程序和服務(wù)器應(yīng)用程序在Internet上建立連接,從而達(dá)到互訪的目的。

1 嵌入式系統(tǒng)及其特點(diǎn)

嵌入式系統(tǒng)（Embedded system），是一種“完全嵌入受控器件內(nèi)部，為特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”，根據(jù)英國(guó)電器工程師協(xié)會(huì)（U.K. Institution of Electrical Engineer）的定義，嵌入式系統(tǒng)為控制、監(jiān)視或輔助設(shè)備、機(jī)器或用于工廠運(yùn)作的設(shè)備。

嵌入式系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：第一系統(tǒng)內(nèi)核小。由于嵌入式系統(tǒng)一般是應(yīng)用于小型電子裝置的，系統(tǒng)資源相對(duì)有限，所以?xún)?nèi)核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多。比如Enea公司的OSE分布式系統(tǒng)，內(nèi)核只有5K。第二、專(zhuān)用性強(qiáng)。嵌入式系統(tǒng)的個(gè)性化很強(qiáng)，其中的軟件系統(tǒng)和硬件的結(jié)合非常緊密，一般要針對(duì)硬件進(jìn)行系統(tǒng)的移植，即使在同一品牌、同一系列的產(chǎn)品中也需要根據(jù)系統(tǒng)硬件的變化和增減不斷進(jìn)行修改，有時(shí)候針對(duì)不同的任務(wù)，往往需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行較大更改，程序的編譯下載要和系統(tǒng)相結(jié)合，而且這種修改和通用軟件的“升級(jí)”是完全兩個(gè)概念。第三、系統(tǒng)精簡(jiǎn)。嵌入式系統(tǒng)一般沒(méi)有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的明顯區(qū)分，不要求其功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)上過(guò)于復(fù)雜，這樣一方面利于控制系統(tǒng)成本，同時(shí)也利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全。第四、高實(shí)時(shí)性的系統(tǒng)軟件(OS)是嵌入式軟件的基本要求，而且軟件要求固態(tài)存儲(chǔ)，以提高速度；軟件代碼要求高質(zhì)量和高可靠性。

2 嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程

開(kāi)發(fā)單片機(jī)的基本工具包括硬件工具和軟件工具。硬件工具包括IBM-PC、仿真器、編程器。軟件工具包括開(kāi)發(fā)環(huán)境，編譯器等。開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)，先要根據(jù)系統(tǒng)要求進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，用電子電路CAD軟件（主要采用Protel 系列軟件）設(shè)計(jì)電路原理圖、印制版圖。在進(jìn)行原理設(shè)計(jì)后最好能進(jìn)行電路的仿真實(shí)驗(yàn)，仿真無(wú)誤后再設(shè)計(jì)印制板，然后將印制板圖送到專(zhuān)業(yè)工廠加工。制好電路板后進(jìn)行元器件的安裝和焊接，第一次調(diào)試前，對(duì)于引腳較多的器件最好使用集成電路插座，以免調(diào)試過(guò)程中由于集成電路燒毀后不好再將其取下來(lái)更換。由于在無(wú)線(xiàn)通信中，只有在傳送的位是邏輯高電平時(shí)才消耗能量，而在傳送邏輯低電平時(shí)并不消耗能量，因此為了保證延長(zhǎng)元器件的壽命，可以采用適當(dāng)?shù)木幋a使得編碼中為邏輯1的位盡量的少，在達(dá)到降低功耗目的的同時(shí)還符合了環(huán)保低碳的綠色思維。

3 嵌入式設(shè)計(jì)在無(wú)線(xiàn)通信開(kāi)發(fā)的應(yīng)用

嵌入式無(wú)線(xiàn)通信終端系統(tǒng)，是一種移動(dòng)無(wú)線(xiàn)通信接入系統(tǒng)，它能夠無(wú)線(xiàn)接入當(dāng)前已經(jīng)遍布全國(guó)的無(wú)線(xiàn)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，也可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入Internet或者PSTN（Public Switched Telephone Network）。

嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器，嵌入式微處理器一般就具備以下特點(diǎn)：對(duì)實(shí)時(shí)多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力，能完成多任務(wù)并且有較短的中斷響應(yīng)時(shí)間；嵌入式微處理器功耗很低，尤其是用于便攜式的無(wú)線(xiàn)及移動(dòng)的計(jì)算和通信設(shè)備。

無(wú)線(xiàn)通信模塊如果要建立無(wú)線(xiàn)通信鏈路，必須要以無(wú)線(xiàn) 網(wǎng) 絡(luò) 為 基 礎(chǔ)， YCIG-CCMG1X800是 CDMA 1X RTT（Radio Transmission Technology）無(wú)線(xiàn)通信模塊之一，能夠適用于多種無(wú)線(xiàn)終端設(shè)備，支持R-UIM卡，模塊允許應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)，支持開(kāi)放AT命令集，它與處理器通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)RS-232接口相連接，該模塊能直接讀取UIM卡信息，帶有MODEM狀態(tài)指示燈，基于以上特性該，我們選用改通信模塊作為無(wú)線(xiàn)通信模塊。

同時(shí)我們還需要滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)通信模塊的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，為此可以采用64M的SDRAM和32M的Flash作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的介質(zhì)，也可以用與SRAM類(lèi)似的接口訪問(wèn)Flash存儲(chǔ)器。在電源的設(shè)計(jì)中也可以采用模塊化設(shè)計(jì)，輸入＋5V輸出3V和穩(wěn)定的5V分別供給通信模塊使用和處理器使用，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中加入多級(jí)穩(wěn)壓電路和高精度低功耗CMOS線(xiàn)性調(diào)壓電路，也可以起到電源管理的作用，電源管理芯片是MIC5219，具有過(guò)熱和過(guò)流保護(hù)功能，工作額定電流能達(dá)到150mA，能夠符合絕大多數(shù)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要。

串行通信是目前十分實(shí)用的通信方式之一，在通信模塊與處理器的硬件接口上，可以采用全功能的UART（通用接收/發(fā)送器）即FFUART，UART具有Modem控制腳，允許通過(guò)軟件控制數(shù)據(jù)流，UART可執(zhí)行串行/并行轉(zhuǎn)換，處理器可讀出UART的各種狀態(tài)，F(xiàn)FUART支持Modem控制功能。CDMA 1X無(wú)線(xiàn)通信模塊在功能上可映射為無(wú)線(xiàn)Modem，這樣PXA 255就能夠很方便實(shí)現(xiàn)對(duì)通信模塊的控制。CDMA 1X無(wú)線(xiàn)通信模塊也具有全功能的UART，在它們之間使用串口轉(zhuǎn)換芯片SP3238，實(shí)現(xiàn)兩者之間RS-232接口的電平轉(zhuǎn)換。

嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分主要包括操作系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序。操作系統(tǒng)可以選用Redhat9.0版本進(jìn)行定制裁減，驅(qū)動(dòng)程序主要是串行口驅(qū)動(dòng)，應(yīng)用程序主要是撥號(hào)程序，開(kāi)發(fā)這些軟件要根據(jù)嵌入式開(kāi)發(fā)流程來(lái)建立開(kāi)發(fā)環(huán)境。目標(biāo)系統(tǒng)硬件開(kāi)發(fā)板用來(lái)運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)Linux、用戶(hù)系統(tǒng)應(yīng)用程序等，而主機(jī)平臺(tái)用來(lái)嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核編譯，文件系統(tǒng)的制作和系統(tǒng)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)和調(diào)試等。雙方通過(guò)串口、并口或者以太網(wǎng)口等建立連接關(guān)系。

在無(wú)線(xiàn)通信終端接入Internet后，就能夠進(jìn)行通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)承載的應(yīng)用。系統(tǒng)啟動(dòng)操作系統(tǒng)載入后，首先初始化CDMA 1X無(wú)線(xiàn)通信模塊，進(jìn)行端口終端設(shè)置和波特率設(shè)置，波特率一般設(shè)置為115200bps；模塊初始化完畢后，進(jìn)入撥號(hào)等待狀態(tài)，啟動(dòng)撥號(hào)程序后，確認(rèn)是否撥號(hào)成功，如果成功撥號(hào)，則調(diào)用Internet服務(wù)程序，如網(wǎng)絡(luò)瀏覽器、用戶(hù)應(yīng)用程序等；最后使用Internet結(jié)束后，關(guān)閉無(wú)線(xiàn)連接。

4 結(jié)論

嵌入式linux無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)既繼承了Internet上無(wú)限的開(kāi)放源代碼資源，又具有嵌入式通信系統(tǒng)的特性。嵌入式Linux的特點(diǎn)是版權(quán)費(fèi)免費(fèi)，而且性能優(yōu)異，軟件移植容易，代碼開(kāi)放，有許多應(yīng)用軟件支持，應(yīng)用產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期短，新產(chǎn)品上市迅速，因?yàn)橛性S多公開(kāi)的代碼可以參考和移植，實(shí)時(shí)性能RT_Linux Hardhat Linux 等嵌入式Linux支持，實(shí)時(shí)性能穩(wěn)定性好安全性好，領(lǐng)域非常廣泛等。

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