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基于ARM的GPRS通信系统的设计

1引言

1.1选题背景

与此同时,中国移动于2002年5月正式开通GPRS网络(2.5G移动通信技术),由于GPRS网络支持TCP/IP协议,这使得无线数据传输变得更加轻松,而且相对价格比**S(短消息)等要便宜许多.因此,综合嵌入式LINUX技术和GPRS网络来实现无线数据采集与传输具有非常诱人的前景,必将受到越来越多的重视.

中国成为世界制造中心甚至设计中心的趋势,必然导致对小型数字控制系统的需求越来越大.在嵌入式系统开发方面,最核心的就是微处理器芯片和嵌入式操作系统.其中ARM已经给出了理想的一个答案,而在嵌入式操作系统方面,从上世纪80年****始,出现了各种各样的商用嵌入式操作系统百家争鸣的局面,比较着名的有WindRiver公司的VXWorks,PSOS和WindowsCE等等,这些操作系统大部分是为专有系统而开发的.

嵌入式Linux是一款遵循GPL协议的免费使用和自由传播的实时嵌入式操作系统,它继承了它的父亲Linux的所有的优点,并且拥有一大批的社区维护和爱好者.它的源码开放性允许任何人可以获取并修改Linux的源代码.这样一方面大大的降低了开发的成本,另一个方面又可以提高开发产品的效率.嵌入式Linux支持X86,PowerPC,ARM,XSCALE[1]等多种体系结构,并且移植到多种硬件平台.这对于经费,时间受限制的研究和开发项目很有吸引力,并且Linux采取一个统一的框架对硬件管理,所以上层应用程序可以方便的移植到不同的平台上.基于以上的原因,我决定使用嵌入式Linux搭配高端的XSCALE270芯片来构建这个项目.


嵌入式学术论文的写作
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1.2目的和意义

目的是使用基于亿道XSBASE270的开发评估板(此评估板是基于XSCALE体系结构),利用实时多任务嵌入式操作系统Linux和图形开发环境QTE,实现GPRS/G**的短信与的功能.

程序做出后放入Linux社区,实现源代码共享,推动嵌入式Linux的发展.

1.3技术要求,设计范围与主要问题

对于设计者的要求比较高,它要求:

必须熟练C/C++语言.

熟悉并拥有至少半年的Linux操作经验.

熟悉操作系统的一些相关知识例如多线程[2].

熟悉图形化界面的开发.

拥有快速学习的能力.

这个设计了对硬件的理解,对操作系统的理解以及对应用层的操作.

主要问题与解决方法:

移植内核的问题参考了开发板供应商提供的相关文档.

串口的操作参考了指导老师给的资料和一些相关源代码.

QTE的配置编译主要参考了网上的资料和指导老师的建议.

AT指令有开发经验的工程师

1.4国内外发展现状

近年来,我国嵌入式系统应用产品日益丰富,市场呈现快速增长趋势,尤其在家电,电子,汽车,通信,交通,金融,网络,监控,工业自动化等领域应用更加广泛,发展嵌入式系统技术和产业已经成为信息化带动工业化,工业化促进信息化的方针,使我国产品由中国制造向中国创造迈进的突破口.

但就目前的国际产业状况而言,我国尚处于产业链的末端,传统产业结构面临着全面的升级调整.加快产业结构的升级与转型,已成为国内经济发展的首要问题.做为集成电路设计技术和软件技术的结合和延伸,嵌入式系统技术决定着电子产品的智能化水平及科技含量,而嵌入式系统技术在传统产业中的广泛应用则可显着地降低传统产业的生产成本,提高运营效率,以嵌入式软件为核心的嵌入式系统将成为传统产业升级改造的主要推动力. 2方案论证

2.1系统

2.1.1PC端系统的选择

PC端的软件主要是系统的选择,是选择双系统(Linux+WindowsXP)还是选择虚拟机安装LINUX.前者的优点是运行速度快,缺点是切换系统的时候需要重新启动.后者的优点是可以切换系统,缺点是对硬件要求较高.建议512内存,P4以上的PC使用后者.

2.1.2

纯商业性的嵌入式操作系统主要有WinCE和VxWorks,开源的嵌入式操作系统有嵌入式Linux,其他的还有rtLinux,uC/OS-II等.由于条件的限制,只供WinCE和Linux可供选择.Linux是目前最为流行的一款开放源代码的操作系统,从1991年问世到现在,不仅在PC平台,还在嵌入式应用中大放光彩,逐渐形成了与其他商业EOS抗衡的局面.目前正在开发的嵌入式系统中,70%以上的项目选择Linux作为嵌入式操作系统.

经过改造后的嵌入式Linux具有适合于嵌入式系统的特点.

(内核精简,高性能,稳定,

(良好的多任务支持,

(适用于不同的CPU体系架构:支持多种体系架构,如X86,ARM,MIPS,ALPHA,SPARC等,

(可伸缩的结构:可伸缩的结构使Linux适合于从简单到复杂的各种嵌入式应用,

(外设接口统一:以设备驱动程序的方式为应用提供统一的外设接口,

(开放源码,软件资源丰富:广泛的软件开发者的支持,价格低廉,结构灵活,适用面广,

(完整的技术文档,便于用户的二次开发.

而WindowsCE的最新版本WindowsCE.NET的目的,是让不同语言所写的程序可以在不同的硬件上执行,也就是所谓的.NETCompactFramework,在这个Framework下的应用程序与硬件互相独立无关.而核心本身是一个支持多线程以及多CPU的操作系统.在工作调度方面,为了提高系统的实时性,主要设置了256级的工作优先级以及可嵌入式中断处理[3].其提供的协议软件非常完整,如基本的PPP,TCP/IP,IrDA,ARP,ICMP,WirelessTunableTCP/IP,PPTP,SNMP,HTTP,等等几乎应有尽有,甚至还提供了有保密与验证的加密通信,如PCT/SSL.

相比易开发性,WinCE似乎更胜一筹,但基于中国的现在的国情,免费且开源的Linux拥有着WinCE永远无法超越的优势,预计未来使用免费开源代码开发的产品远远大于使用商业操作系统.所以我选择了嵌入式Linux来开发这次的项目.

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2.1.3为一个可收发的系统,在处理收发信息之间的同步关系和数据交互可以有两种方案可供选择,一种就是常用的多线程,第二种就是使用定时器,多线程流程图如图1所示.

图1多线程结构

多线程的优点是可以完整的读出所有从串口发过来的数据,因为多线程结构有一个线程专门负责读串口的,这样保证了数据的完整性.

多线程的缺点就是因为多线程的使用带来了很多不确定因素[4],简单的数据传输就必须使用线程间通信的方式例如管道加信号来解决,也在另一种方面增加了它的技术难度.

定时器的流程图如图2所示.

图2定时器结构

定时器的优点相对多线程来说就是容易控制,不会出现进程通信之间产生的一些异常的不确定因素.

的运行模式是每两百毫秒读一次串口看是否有数据,如果有数据就处理,没有数据就继续等待下一个两百毫秒.

定时器的缺点就是不能连续读串口,每次读串口之间都有200毫秒的延时,所以不能够读超过比串口通道缓冲区更大的数据.而硬件的缓冲区一般只有几十字节到几KB.但GPRS模块接收的AT命令指令很短,所以对GPRS通信系统来说,定时器的缺点是不影响数据接收的.

综上所述,我采用的流程选择为定时器流程.

2.2运行环境和开发工具的构建

2.2.1

(1)能够流畅运行WINXP/Linux(双系统)的PC机作为主机端.

只是要求主机端的OS要求有XP和LINUX两种类型的OS,便于调试和开发.WINXP系统是运行虚拟机程序和查阅资料的.而在LINUX下是运行ARM交叉编译环境及开发QTE界面,与开发板通信以及程序的编写的.

(2)基于XSCALE270的评估板一个.

用于烧写Bootloader的JTAG线一条,交叉串口线,交叉网线,RS232串口线各一条.

(3)一个型号为西门子MC39I的GPRS模块.

2.2.2

(1)QT2.3.2为UI设计程序.

(2)tmake-1.11用于生成makefile文件.

(3)qt-2.3.7用于生成应用程序所依赖的库文件libqte.so.2.3.7.

(4)qtopia用于虚拟开发板上的桌面系统.

(5)arm-linux-toolchain.tar.gz为交叉工具链,使用它产生目标机的可执行程序.

3

3.1GPRS通信系统设计过程的关键问题

GPRS通信系统的设计首先基本的系统才能实现GPRS通信,所以此系统的关键问题之一就是如何把嵌入式操作系统移植到XSBASE270开发板上,这就涉及到的具体的Bootloader移植[5],文件系统į

1 2 3 4 5

基于GPRS的嵌入式控制服务器系统实现

嵌入式实时软件技术在计算机软件设计中的应用

嵌入式数据采集系统设计

嵌入式系统中Java技术的应用

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