開放型嵌入式平臺的設計及GPRS接駁技術的研究解析

喬 莉，侯 賀，郭曉偉

（河北北方學院，河北 張家口075000）

嵌入式系統是以管理應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪處理。嵌入式系統適合應用在對功能、可靠性、成本、體積和功耗要求比較高的計算機系統。嵌入式系統執行專用功能依托計算機網絡系統。和一般性的通用型計算機相比，嵌入式系統是一種固化的軟件，終端用戶在使用系統的時候很難根據自己的需要來隨意改變軟件。

1 GPRS網絡的特點

“GPRS”是通用分組無線業務的一個簡稱，是一種基于GSM系統無線分組交換技術形式。在GPRS系統的運作下能夠提供全方位、多角度、廣域化的無線IP連接。從實際應用角度來看，GPRS在數據信息傳輸工作中顯示出了以下幾個方面的特點：①接入范圍廣。GPRS網絡在現有的GSM網絡系統基礎上得到了升級，在具體運作的時候可以實現對周圍電信網絡信息的充分利用，從而能夠更加方便、快捷地為用戶數據終端來提供遠程接入服務支持。②較高的信息傳輸率。數據信息的傳輸速度能夠達到57.6 kbps，最高能夠達到115～171.2 kbps。數據信息的傳輸率是理想化傳輸速率的2倍以上。③快捷登錄。整個系統的接入時間比較短暫，在有需要的情況下可以實現快速鏈接。④按照流量的消耗來計算費用。用戶在收發數據信息的過程中會占用一些無線資源，系統運作的計費方式一般會選擇用戶喜聞樂見的計費模式。⑤自主切換。用戶在傳輸數據信息的時候會根據系統響應情況來處理各個信號，能夠實現數據業務和語言業務的自由化轉換[1]。

2 嵌入式系統的發展趨勢

在云計算、信息安全、物聯網、網絡通信、智慧城市建設等方面，開發一批與大數據、互聯網應用相關的關鍵技術和核心產品，全面提升張家口市新一代電子信息產業的技術創新能力是當前相關人員需要思考和解決的問題。

密切聯網。為了能夠適應嵌入式分布處理結構、應用上網需求。嵌入式系統在運作的時候需要配備一個多元化的網絡通信接口。針對外部聯網的基本要求，嵌入式系統在運作的時候需要配備專門的通信接口，也需要得到對應TCP/IP協議文件的支持。由于家用電器之間的互相關聯，為了能夠保障設備、信息終端信息、實驗室儀器協調工作的基本要求，新一代嵌入式設備需要具備更高階的通信接口，在具體運行的時候還需要提供對應的網絡的協議軟件。在智慧城市應用中，在智慧城市監督控制系統運作領域研強科技推出了一款嵌入式工控機。整個系統能夠支持8 G內存運行，系統會牽扯到4個接口，能夠支持AI卡的拓展，也能夠通過完善的系統界面顯示出來。嵌入式工控機的應用特點表現如下：①智慧城市監督控制系統在運作的時候具備良好的散熱、抗高溫、抗震動、抗沖擊性能，整個系統適合應用在電磁干擾強的復雜工作環境中；②智慧城市監督控制系統擁有豐富的I/O接口，系統運行的時候能夠支持多個端口；③較強的拓展能力。智慧城市監督控制系統能夠支持AI擴展服務。

3 基于GPRS無線數據的傳輸系統方案設計

3.1 基于GPRS無線數據的終端傳輸設計

基于GPRS無線數據的終端設計有2套方案，第一套是“單片機+GPRS調制解調器”方案。此方案造價成本低廉，但是功能受限，“單片機+GPRS調制解調器”方案協議開發設計就會遇到一些阻礙。第二套方案是“嵌入式+GPRS模塊”。這個方案的建設成本較高，但是需要嵌入式CPU芯片來支持嵌入式操作系統運作，在系統方案的支持下還能夠為高端系統的穩定運作提供重要支持。在綜合比較之后，本文決定選擇第二套系統來作為方案。

ARM7處理器是32b處理器，運行頻率為40 MHz，內存為8 MB，能夠為系統的穩定運行提供有力的支持。在嵌入式操作系統的支持下能夠將應用劃分為多個任務，之后交給操作系統調度運行，降低開發者的開發負擔[2]。

3.2 基于GPRS無線數據傳輸系統的構成和網絡接入方式

基于GPRS無線數據傳輸的系統包含GPRS遠端數據單元和數據控制中心。

GPRSDTU：基于GPRS無線數據系統遠端站用戶數據接口會和傳輸裝置連接在一起。在了解系統開發運作情況的基礎上本文中的DTU會選擇CMNET接入公眾Internet的方式。

數據業務控制中心：在中心對多個節點應用模式的作用下，遠端站的GPRSDTU數據會在全球定位系統的網絡平臺上被傳遞到指定的數據中心，數據中心會將接收到的DTU數據通過協議轉換進行還原處理，實現對DTU的管理。在具體實施操作的時候數據中心會使用Internet直接接入的操作方式。

4 基于GPRS無線數據傳輸系統的開放型嵌入式平臺布置

一個微處理器在運作的時候會牽扯到多個總線系統，高速運轉的設備會被連接在高速總線上，而低速運行總線設備則會被安排在別的總線上。在系統運作的時候一個被稱作橋的小邏輯電路能夠實現以上設備的互通互聯。橋在從高速總線上獲取指令信息之后會將獲取的指令信息傳輸到低速總線上。

4.1 開放型嵌入式平臺的硬件設計

開放型嵌入式平臺的系統構造如圖1所示。開放型嵌入式平臺系統的核心處理器是S3C2410，在具體運作的時候開放型嵌入式平臺系統會和全球定位系統、鍵盤機械設備操作、LCD顯示燈結合在一起。

圖1 開放型嵌入式平臺系統架構

開放型嵌入式平臺系統S3C2410微處理器在運行的時候使用手持設備來進行設計，整個運行系統在具體運行的時候采取了16 KB指令和16 KB數據緩存、MMU、外部存儲器控制器、LCD控制器。

開放型嵌入式平臺系統在運行的時候整個系統模塊由北京航宇公司加工完成，整個系統模塊在運行的時候會采用專業的RS232接口，在具體運行操作的時候計算機串聯接口會經過嵌入式處理器來完成驅動處理[3]。

在這個階段，計算機作為數字終端設備、GPRS模塊作為數字電路設備，在數字終端設備和數字電路設備之間，在設備運作的時候會使用一整套AT命令來進行控制。GSM、GPRS各個功能的實現都依賴數字終端設備。

GPRS模塊系統采用GSM900/DCSI1800雙頻系統，射頻接口采用日本公司生產的射頻連接器。GPRS模塊在運行的時候提供了完整的音頻接口，可以增加少量外圍輔助元器件設計構成的主要通道、輔助通道。GPRS模塊能夠支持外部SIM卡，可以直接和3.0 V SIM卡連接，GPRS模塊自動檢測和適應SIM類型。

開放型嵌入式平臺在運作的時候會為系統用戶提供一個開放的操作平臺，同時系統平臺的運作環境是一個高起點的支撐環境，在這個環境中除了會牽扯到面向行業應用軟硬件服務設施之外，系統平臺還會顯示出較強的空間擴展功能，用戶能夠根據自己的需要在平臺上獲取所需要的數據信息。

系統的打造依托GPRS、CC2530單片機技術，會將整個系統劃分為傳感器模塊、可燃氣體模塊、煙霧檢測模塊、報警模塊。在家庭網絡環境下，IPx6網絡會為每個家電分配一個IP地址并提供更為安全的家庭網絡供使用。系統通信過程中會采用IPV6協議，使用IPV6數據包格式對系統中傳輸的數據進行打包和傳送。

UART接口戶將平臺應用在全球定位導航系統上，各個通信模塊會借助UART的通信方式來和處理器實現彼此的交互。在系統平臺運作的時候如果將平臺信息應用到心電圖監測儀上，借助多路UART傳送器會將各個信路上的信息傳輸給處理器進行處理。將包含USB接口的平臺應用到監督控制系統中的時候可以借助USB攝像頭來掃描分析視頻圖像數據信息，同時，還能夠借助移動硬盤來存儲大量數據信息。開放型嵌入式平臺能夠被應用到遠程監督控制系統中，在遠程系統運作時候會將收集到的數據信息借助以太網來傳輸到可嵌入分析系統中。在IIC總線接口的作用下能夠將系統平臺應 用到更多信息處理系統中，在系統運作的時候，AF控制器、IF系統、IIC總線接口也會和處理器連接在一起。SPI總線接口能夠將平臺系統應用到溫度測試系統中，溫度監測數據信息能夠通過SPI總線傳送到處理器。在數據信息采集整理的過程中，所獲得的信息多數是模擬量，在使用這些模擬信息的時候需要借助模擬轉換器來將信息轉變為方便處理的信息。

4.2 開放型嵌入式平臺的軟件設計

開放型嵌入式平臺的軟件開發使用了武漢信息科技公司生產的系統，在這個集成系統的作用下能夠為使用者提供清晰、安全的軟件操作管理平臺。整個軟件系統平臺涉及到編輯器、鏈接器、工程管理器、調試器等。在GPRS通信的過程中可以根據不同的處理需要來啟動對應的應用程序，具體涉及到主要操作程序、功能程序、鍵盤控制程序。

開放型嵌入式平臺系統功能程序涉及到GPRS模塊初始化操作程序、GPRS讀數據程序、GPRS發送消息程序。整個操作系統在運作的時候會通過狀態機來完成控制。

鍵盤操作會對用戶管理操作信息和用戶操作所有信息來進行展示，在具體實施操作的時候可以通過鍵盤來實現管理，整個系統操作模塊會涉及到數據信息的初始化處理、信息傳遞、信息接收等，都可以通過鍵盤操作。

4.2.1 啟動加載程序Boot Loader的設計

Boot Loader是在操作系統內核運行之間所運行的一個系統程序，是系統加電之后運行的第一段代碼，類似PC機上的BIOS。Boot Loader運行過程中的引導程序功能可實現對硬件的初始化處理和科學設定內核啟動參數。在技術的支持下，Boot Loader能夠和主機系統實現交互，之后從串口、USB口或者網絡平臺上來下載文件資料，實現對存儲設備的有效管理。系統通過運行這個程序能夠保障平臺始終處于一個理想化的軟硬件環境中。

4.2.2 嵌入式實施操作系統在S344BOX上的移植

嵌入式實施操作系統是一個性能較強的、能夠實現對任務隨時性調度管理的系統，整個系統在運行的過程中具備中斷管理、同步管理的功能特點。與此同時，嵌入式實施操作系統還是一個移植性較強的操作系統，系統內部的軟硬件區別化設置，可以根據實際需要來進行選擇。

嵌入式實施操作系統的處理器具備以下功能特點：①嵌入式實施操作系統處理器的C編譯器能夠產生可重入的代碼。②嵌入式實施操作系統使用C語言就能夠完成開關設定和調節；處理器能夠支持一定容量的硬件堆棧。③嵌入式操作系統的處理器能夠將堆棧指針和其他CPU處理器結合在一起，在彼此的密切配合下來解讀內存指令[4]。

4.2.3 以太網功能設計分析

終端系統中的無線射頻模塊采取的是PIML-900/1800GPRS模塊，整個模塊系統在運作的時候沒有嵌入TCP、IP網絡協議。為了保證終端系統穩定運行，需要在終端系統中嵌入TCP、IP網絡協議，在協議的支持下，增強以太網的軟硬件功能，并使用有線的以太網完成對數據中心的訪問。整個系統在運作的時候會使用嵌入式應用開源TCP、IP協議棧來將開源和TCP、IP網絡協議模塊聯系在一起。協議棧在設計的時候會考慮移植問題，各個硬件、OS、編譯器的功能會獨立出來，而后將所有信息放置在src、arch目錄下。

4.2.4 應用程序模塊的設計

嵌入式平臺系統能夠同時啟動多個模塊來處理軟硬件信息，在這個期間所涉及的內部信息包含處理器初始化信息、串口初始化信息，在系統硬件準備好之后按照系統的運作要求來劃分相應的系統任務。首先，初始化處理。系統信息的初始化處理包含主函數和初始化任務。在主函數完成對系統硬件初始化處理之后就會啟動操作系統。任務會同構AT命令來完成對GPRS模塊的測試，打造出獨立的GPRS連接流程。接著，應用操作程序。應用程序運作的最高級形式是任務的配置，在用戶發送特殊字符的時候會將其以“1”的形式編輯在郵箱中，從用戶側讀入配置參數寫入FLASH特定區域。用戶側串口會根據需要選擇中斷方式，任務的優先級始終在所有任務之上。滿包數據發送任務會優先于配合任務，在具體實施操作的時候會從用戶側的串口讀入數據到數據區域，在接收到一連串字符之后會向GPRS模塊發送AT指令數據。在串口數據達到一包的時候就會被高優先級的滿包數據發送，較低級別的數據處理任務僅僅能夠用來處理不滿一包的數據信息，在具體實施操作的時候會將這不滿一包的數據單獨使用AT命令來發送，在用戶超過40 s沒有數據信息發送的時候，數據處理任務負責會向網絡系統傳遞一個沒有用戶動態變化的信息來保證無線鏈路。

4.3 開放型嵌入式平臺的實驗結果分析

連接計算機串口能夠連接到嵌入式處理器的S3C2410平臺上，在連接好全球定位系統天線的基礎上可以在全球定位系統SIM插座上插入SIM卡。在卡片插入之后連接耳機和麥克風，通過一系列設備的連接來實現超級終端系統的運作。在系統運作的時候需要結合實際情況來選擇適合的串口，并根據實際情況來對串口的各個參數進行設置，在設置好參數之后打開串口。

全球定位系統模塊在連通電力資源之后可以通過使用鍵盤的UP、DOWN鍵選擇“GPRS-連接PC選項”，確定好之后整個系統會自動復位GPS模塊，而后在PC模塊的作用下通過計算機模擬控制的系統來連接整個系統模塊，實現對系統模塊的初始化處理，而后借助不同的指令完成操作。

5 結束語

綜上所述，本文在闡述嵌入式系統構造和基本內涵的基礎上，將嵌入式處理器S3C2410作為基本研究對象，以一系列先進的技術形式打造出一個完善的通信管理系統，并為系統運行創設良好的環境，旨在能夠為無線通信技術應用研究提供切實可行的操作平臺支持。