2022年嵌入式系统的GPRS数据终端的分析研究.docx

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1、精品学习资源基于嵌入式系统的GPRS数据终端的讨论姓名 : 陈蕊专业:系统工程学号 :s20210447基于嵌入式系统的GPRS数据终端的讨论第一章绪论随着数据无线传输需求的增加和中国移动GPRS业务的稳固运营，无线数据通信的应用场合越来越多， GPRS网络具有掩盖范畴广、数据传输速度快、通信质量高、永久在线和按流量计费等优点；因此GPRS业务在远程设备监测、工业监控以及自动抄表等方面有着大量的应用需求；1.1 嵌入式系统嵌入式系统通常被描述为：以应用为中心，以运算机技术为基础，软硬件可裁减，适应应用系统对功能、牢靠性、成本、体积、功耗、等综合性严格要求的专用运算机系统，欢迎下载精品学习资源简

2、而言之，嵌入式系统是嵌入运算机技术的系统，嵌入式系统作为专用运算机系统与通用运算机相比，嵌入式系统是面对详细应用的，是在特定领域内完成特定功能的专用运算机系统；嵌入式系统中硬件配置是依据系统性能指标来挑选的，嵌入式系统的资源是有限 的，一般是实时系统，是高牢靠的独立运行系统，一般不与人交互、独立运行，所以稳固性好、并有自动纠错才能；嵌入式系统总体上由硬件和软件组成，硬件包括处理器、储备器及外设器件和I/O端口、图形掌握器等；软件部分包括操作系统软件OS） 是通用分组无线业务的简称，是在GSM基础上进展起来的一种分组交换的数据承载和传输方式，其数据速率理论上可达到171.2Kbps ；由于目前

3、GSM移动电话用户占到了全球4.5 亿移动电话用户的四成以上，因此GPRS在将来的移动数据市场中占有肯定的优势；与原先的 GSM比较， GPRS在数据业务的承载和支持上具有特别明显的优势：1. 通过多个 GSM时隙的服用，支持的数据传输速率更高，理论峰时达171.2Kb/s ；2. 不同的网络用户共享同一组GPRS信道，但只有当某一个用户需要发送或接受数据时才会占用信道资源；这样，通过多用户的业务复用，更有效地利用无线网络信道资源，特殊适合突发性、频繁的销流量数据传输，很好地适应数据业务的突发性特点；3. GPRS 计费方式更加敏捷，可以支持按数据流量来进行计费；目前，我国移动推出的 GPRS

4、上网业务最高每千字节也只需3 分钱，而且用户可以依据自己的需要，以月租、包月等多种形式进一步降低GPRS通信的资费；因此使用GPRS实现远程数据的传送是特别经济有用的，特殊是对于不易架设有线网络的边远区域和可移动装置；4. 与无线应用协议 WAP）技术部痛， GPRS能够随时为用户供应透亮的IP 通道，可直接拜访 Internet上的全部站点及资源；欢迎下载精品学习资源5. 采纳信道复用技术，每一个GPRS用户都能够实现永久在线；6. 另外， GPRS仍能支持在进行数据传输的同时进行语音通话等，而且相对于短消息等其他无线数据通信业务，GPRS的价格优势较为明显；2.2 基于 GPRS无线数据传

5、输系统的工作方式从系统的工作方式上来讲，一般的采纳中心对多点的无线数据传输系统有以下几种工作方式；永久在线模式：保持DTU 与数据中心永久连接；工作过程为：DTU 开机时自动连接GPRS网络，依据数据业务中心DSC）的 IP地址自动连接数据中心，并保持和保护链路的 连接；定时传输模式：由DTU 向中心定时发送数据，工作过程为：依据事先设置的发送数据间隔向数据业务中心 DSC）发送数据和接受数据，数据收发完毕后，自动断线；中心呼叫模式：由数据中心发起数据传输恳求，DTU 应答并发送 / 接受数据，工作过程为：当中心需要收集或发送给DTU端数据时，数据中心发出呼叫指令，DTU立刻连接 GPRS 网

6、络并登录数据业务中心DSC），依据中心的指令传输数据；数据触发模式：当有用户数据传输时，由DTU 发起连接，工作过程为：当有用户数据传输时， DTU连接 GPRS网络并登录数据业务中心DSC），传输数据；节电模式：很多据传输时关闭无线传输部分，系统进入休眠状态；在上述的工作方式中，定时传输模式只是定时发送数据，适合于周期性的业务，但对于非周期业务并不适用；中心呼叫模式就无法满意DTU 的主动数据传输；而数据触发模式是由 DTU发起连接，因而对中心呼叫无法响应；节电模式就不适合数据传输频繁的业务；为了满意大多数业务的需求本系统的工作方式挑选使用永久在线模式，要保证DTU 真正的“永久在线”， D

7、TU 要保持和保护链路的连接，在本文中DTU 采纳定时发送无实际意义的“心跳”信息来保持和保护GPRS连接的正常进行；2.3 基于嵌入式系统的无线数据终端技术方案由于嵌入式系统分为软硬件两个部分，因而本文中的基于嵌入式系统的数据终端单元方案挑选也被分为软硬件两个部分；在硬件部分，嵌入式处理器是硬件平台的核心，其他硬件单元的设计都要环绕处理器的挑选来进行；在软件部分，嵌入式操作系统是全部软件的运行平台；因而赐予嵌入式系统的数据终端单元方案的确定主要是嵌入式处理器的挑选以及嵌入式操作系统的挑选；1）嵌入式微处理器方案挑选嵌入式微处理器是由通用运算机中的CPU演化而来的；它的特点是具有32 位以上的

8、处理器，具有较高的性能；依据本文应用系统的详细功能要求，嵌入式微掌握器是本文合适的处理器，选用应用普遍、性能稳固的ARM核的微掌握器； ARM微处理器目前有 5 个系统： ARM、7 ARM9、ARM10和 SecurCore, 其中 ARM7最为广泛使用； ARM7是低功耗的 32 位核，最适用于对价位和功耗敏锐的消费类应用，具有低功耗、能供应0.9MIP/MHZ 的三级流水线和冯诺依曼结构等特点；2）嵌入式操作系统方案挑选目前，广泛使用的操作系统有三种，即多道批处理操作系统、分时操作系统以及实时操作系统；欢迎下载精品学习资源多道批处理系统一般用于运算机中心较大的运算机系统中；由于其硬件设备

9、比较全、价格较高，所以此类系统特别留意CPU 及其它设备的充分利用，追求高的吞吐量，不具备实时性；分时系统的主要目的是让多个运算机用户能够共享系统的资源，能准时的响应和服务联机用户，只具有很弱的实时功能，但与真正的实时操作系统仍旧有明显的区分；实时操作系统是大事驱动的，能对来自外界的作用在限定的时间范畴内作出响应；它强调的是实时性、牢靠性和敏捷性，与实时应用软件相结合成有机的整体，并由它来治理和和谐各项工作，为应用软件供应良好的运行软件环境及开发环境；而嵌入式实时操作系统在目前的嵌入式应用中也越来越广泛，特殊在功能复杂、系统巨大的应用中显得更为重要；但是，使用嵌入式实时操作系统仍需要额外的RO

10、M/RAM开销、 2% 5%的 CPU额外负荷以及内核的费用；综上所述，嵌入式实时操作系统只用了少量的ROM/RA、M CPU等资源却换来了如此多的优点；本文中的应用程序对系统资源的要求不是很高，完全可以供应很少的一点资源来给实时操作系统；就本系统而言，采纳嵌入式实时操作系统是必要而且可行的；第三章无线数据终端硬件平台设计3.1 无线数据终端硬件原理框图图 3-1硬件平台原理框图在无线数据传输终端的硬件结构中，以S3C44B0X处理器为核心，主要有以下几个模块组成：CPU 中心处理器单元：包括S3C44B0X处理器的最小系统、时钟电路、复位电路等部分；FLASH 储备单元：可存放用户应用程序、

11、操作系统或其他在系统掉电后需要储存的用户数据等，SDRAM储备单元：作为系统运行时的主要区域，系统、用户数据及堆栈均位于其中；以太网单元：以太网接口为系统供应以太网接入的物理通道，通过该接口系统可以10M的速率接入以太网；JTAG 调试接口：该接口可对芯片内部的全部部件进行拜访，对系统进行调试、编程等；RS-232 串行接口：用于S3C44B0X系统与用户端进行串行通信时使用；GPRS/GSM射频模块：用来与GPRS网络进行通信的射频模块；欢迎下载精品学习资源3.2 ARM7TDMI 处理器及 SamsungS3C44B0X概述3.2.1 ARM7TDMI 处理器介绍ARM7TDM的I 重要特

12、性有：1）实现 ARM体系结构版本4T，支持 64 位结果的乘法，半字、有符号字节存取；2）支持 Thumb指令集，可降低系统开销；3） 32 8 DPS 乘法器；4） 32 位寻址空间 -4GB 线性地址空间；5）它包含了 EmbeddedICE模块，以支持嵌入式系统调试；6）调试硬件由 JTAG 测试拜访端口拜访，因此JTAG掌握规律被认为是处理器核的一部分；7）广泛的 ARM和第三方支持，并与ARM9Thumb系列、 ARM10Thumb系列和 StrongARM处理器相兼容；3.2.2 SamsungS3C44B0X介绍Samsung S3C44B0X微处理器片内集成ARM7TDMI核

13、，并在此内核基本功能的基础上集成了丰富的外围功能模块，便于低成本设计嵌入式应用系统，片上集成的主要功能如下：1）在 ARM7TDM基I 础上增加了 8KB的 Cache；2）外部扩充储备器掌握器FP/EDO/SDRAM掌握，片选规律）；3） LCD掌握器，并带有 1 个 LCD专用 DMA通道；4） 2 个通用 DMA通道 /2 个带外部恳求引脚的DMA通道；5） 2 个带有握手协议的UART， 1 个 SIO；6） 1 个多主的 PC总线掌握器；7） 1 个 IIS总线掌握器；8） 5 个 PWM定时器及 1 个内部定时器；9）看门狗定时器；10） 71 个通用可编程 I/O 口， 8 个外

14、部中断源；11）功耗掌握模式：正常、低、休眠和停止；12）8 路 10 位 ADC；13）具有日历功能的RTC实时时钟）；14） PLL 时钟发生器；3.3 GPRS 模块嵌入设计通过 GPRS网进行数据传输一般需要使用GPRS模块；目前， GPRS模块一般是指带有GPRS功能的 GMS模块，可以利用GPRS网惊醒数据通信；本系统选用PIML-900/1800GPRS 模块，它是CENTEL推出的 GSM/DCS双频模块，带 GPRS功能，主要为语音传输、短消息和数据业务供应无线接口，PIML-900/1800集成了完整的射频电路和GSM的基带处理电路， 及充电电路；模块与掌握器间的通信协议是

15、AT命令集是 Modem通信接口的工业标准，它的功能包括配置 Modem与软件共同工作、与远程系统通信、发起或应答一个呼叫等；现在已成为事实上的标准并被全部调制解调器制造商采纳的一个调制解调器命令语言；全部AT 命令都以前缀 AY 开头，回车键结尾；指令执行后回车，如回应OK，就表示指令已正确执行，如回应欢迎下载精品学习资源error ，就指令执行失败或发生错误，前缀AT 用以引起调制解调器的留意，监测运算机串行通信口的速率，识别字符格式，包括字符长度和奇偶设定等，并且每一天AT 命令都对应Modem的某种动作；硬件连接完成后，在进行GPRS上网操作之前，第一要对GPRS模块进行肯定的设置，

16、主要的设置工作有： 设置通信波特率，可以使用AT+IPR=115200 命令，把波特率设为115200b/s 或其他合适的波特率，默认的通信速度为9600b/s ；设置接入网关，通过AT+CGDCONT，=1“ IP ” , ” CMNE”T 命令设置 GPRS接入网关为移动梦网； 设置移动终端的类别，通过AT+CGCLASS”= B”设置移动终端的类别为B 类，即同 时监控多种业务，但只能运行一种业务，即在同一时间只能使用GPRS上网，或者使用GSM 的语音通信； 测试 GPRS的服务是否开通，使用AT+CGACT=1,1命令激活 GPRS功能；3.4 输入输出接口电路设计3.4.1 串行接

17、口电路设计几乎全部的微掌握器、PC 都供应串行接口，使用电子工业协会举荐的RS-232-C 标准，这是一种很常用的串行数据传输总线标准；RS-232-C 标准采纳的接口是9 芯或 25 芯的 D 型插头，系统采纳9 芯 D 型插头，但由于RS-232-C 标准所定义的高、低电平信号与S3C44B0X系统的 LVTTL 电路所定义的高、低电平信号完全不同，LVTTL 的标准规律“ 1”对应 2V 3.3V电平，标准规律“ 0”对应 0V 0.4V电平，而 RS-232-C 标准采纳负规律方式，标准规律“ 1”对应 -5V 15V 电平，标准规律“0”对应 +5V+15V 电平，明显，两者间要进行

18、通信必需经过信号电平的转换；3.4.2 以太网接口电路设计在嵌入式系统中增加以太网接口，通常有如下两种方法实现：1）嵌入式处理器 +网卡芯片如： RTL8019AS这种方法对嵌入式处理器没有特殊要求，只要把以太网芯片连接到嵌入式处理器的总线即可，此方法通用性强，但是速度慢；2）带有以太网络接口的嵌入式处理器这种方法要求嵌入式处理器有通用的网络接口，处理器核网络数据交换通过内部总线，速度快；由于本系统采纳的CPU为 S3C44B0X,内部没有网络接口，只能采纳嵌入式处理网+网卡芯片的方法扩展以太网接口；网卡芯片采纳RTL8019AS， S3C44B0X处理器和 RTL8019AS连接的结构图如图

19、 3-2 所示， RTL8019AS通过总线和 S3C44B0X相连接，中断也通过S3C44B0X 的外部中断接管；图 3-2 S3C44B0X处理器和 RTL8019AS连接结构图欢迎下载精品学习资源3.4.3 JTAG接口电路JTAGJoint Test Action Group，联合测试行动小组）是一种国际标准测试协议，主 要用于芯片内部测试准时系统进行仿真、调试，JTAG 技术是一种嵌入式调试技术，它在芯片内部封装了测试电路TAPTest Access Port测试拜访口），通过专用的JTAG测试工具对内部节点进行测试；JTAG测试答应多个器件通过JTAG接口串联在一起，形成一个JTA

20、G链，能实现对各个期间分别测试， JTAG 接口仍通用于实现功能；通过JTAG 接口，可对芯片内部的全部部件进行拜访，因而是开发调试嵌入式系统的一种简洁高效的手段；S3C44B0X、电源电路、晶振电路、复位电路、 JTAG接口电路可构成真正意义上的最小系统，程序可运行于S3C44B0X内部的 8KB RAM中，程序大小有限，掉电后无法储存，只能通过JTAG接口调试程序；第四章无线数据终端软件设计本文依据实际应用的需要，软件系统主要包括四部分内容：系统启动加载程序、嵌入式实时操作系统 C/OS- 、基于 C/O-S的系统应用程序以及网络应用部分；该系统的软件模型如图 4-1 所示；图 4-1系统

21、软件模型4.1 启动加载程序 BootLoader的设计整个系统引导过程的流程如图4-2 所示欢迎下载精品学习资源图 4-2系统引导程序流程图系统启动程序所执行的操作同详细的目标系统和开发系统相关，对于S3C44B0X来说， 包含以下内容：1）硬件初始化BootLoader程序程序设计分四步进行，第一是硬件初始化，主要包括：禁止看门狗、禁止全部中断、设定时钟掌握寄存器、锁相环倍频设定、全部功能单元块时钟功能、设定 储备器掌握寄存器、初始化堆栈等，这些程序都是在FLASH中直接进行的；2）初始化储备器系统初始化储备器系统的编程对象是系统的储备器掌握器，储备器掌握器并不是ARM内核的部分，不同的系

22、统其设计不尽相同，所以应当针对详细的要求来完成这部分的程序设计；3）初始化堆栈程序如下所示：Idr r0,=WTCONIdr r1,=0/*禁止看门狗 */str r1,r0Idr r0,=INTMSKIdr r1,=0x07ffffffstr r1,r0/*禁止全部中断 */* 设置时钟掌握寄存器 */ Idr r0,=LOCKTIMEIdr r1,=0xfff str r1,r0_ifpLLONSTARTIdr r0,=PLLCON/*锁相环倍频设置 */ Idr r1,=M_DIV+P_DIV+S_DIV/*Fin=8Mhz,fout=64Mhz*/ str r1,r0欢迎下载精品学习资

23、源,endifIdr r0,=CLKCONIdr r1,=0x7ff8/*全部功能单元块时钟所能* 、str r1,r0/* 设置储备器掌握寄存器 */Idr r0,=SMRDATA-0xc000000Idmia r0,r1-r13Idr r0,=0x01c80000/*BWSCON地址 */ stmia r0,r1-r13/* 初始化堆栈 */ InitStack:mrs r0,cpsr/*cpsr-r0*/ bicr0,r0,#MODEMASK|NOINT/*安全起见，屏蔽模式位以外的其他位*/Orr r1,r0,#UNDEFMODE/*把设置模式位设置成需要的模式*/ msr cpsr_

24、cxsf,r1/*转到 Undef 模式 */Idr sp,=UndefStack/*设置 SP_und*/ Orr r1,r0,#ABORTMODE|NOINTmsr cpsr_cxsf,r1/*Abort模式 */ Idr sp,=AbortStackOrr r1,ro,#IRQMODE| IRQ_MODEmsr cpsr_cxsf,r1/*FIQ模式 */ Idr sp,=FIQStackbicr0,r0,#MODEMASK Orr r1,r0,#SVCMODEmsr cpsr_cxsf,r1/*SVC模式 */ 4初始化应用程序执行环境不同的工具链会供应一些不同的机制和方法帮忙用户完成

25、这一步操作，主要是跟连接器相关；下面是在ARM开发工具环境下，一种常用储备器模型的直接实现： LDR r0,=Image_RO_Limit/*猎取 ROM数据区的地址 */LDR r1,=Image_RW_Base LDR r3,=Image_ZI_Base CMP r0,r1BEQ F1欢迎下载精品学习资源F0:F1:F2:CMPr1,r3 LDRCC r2,r0,#4 STRCC r2,r1,#4 BCCF0LDRr1,=Image_ZI_Limit MOVr2,#0CMPr3,r1/*零初始化 */欢迎下载精品学习资源STRCC r2,r3,#4 BCCF25 跳转到主应用程序当全部的系

26、统初始化工作完成之后，就需要把程序流程转入应用主程序，最简洁的一种情形是：/*跳到 main*/ BL MainB4.2 C/OS- 在 S3C44B0X处理器上的移植大部分的 C/OS- 代码是使用ANSIC语言书写的，因此C/OS- 的可移植性好，然而仍需要使用 C 和汇编语言写一些处理器相关代码， C/OS - 的移植需要满意一下要求： 处理器的 C编译器可以产生可重入代码； 可以使用 C调用进入和退出临界区代码； 处理器必需支持硬件中断，并且需要一个定时中断源； 处理器需要能够容纳肯定数据的硬件堆栈； 处理器需要有能够在CPU寄存器与内核和堆栈交换数据的指令；所以， S3C44B0X处

27、理器完全满意上述要求，我们使用ARM SDT编译器，移植 C/O-S 主要包括以下几个步骤：用 C 语言在 OS_CPU_、C C 中编写 6 个操作系统相关的函数；编 写 OSTaskStkInit函 数 ， 完 成 装 载 堆 栈 指 针 ， 为 新 任 务 创 建 上 下 文 等 ， OSTaskCreate 和 OSTaskCreateExt通过调用 OSTaskStkInit来初始化任务的堆栈结构，堆 栈看起来就像中断刚发生过一样，全部寄存器都储存在堆栈里，而其它的五个钩子函数HOO）K 由用户实现，这里只有定义即可；来使就绪态任务中优先级最高的任务开头运行；OSCtxSw用来实现任

28、务切换功能；OSIntCtxSw 用来在 ISR 中执行任务切换功能；OSTickISR 是时钟节拍中断处理程序；4.3 应用程序模块设计C/O-S仅仅是一个实时多任务的内核； C/OS - 移植处处理器平台，要实现一个相对完整、有用的嵌入式实时多任务操作系统，仍需要对C/OS- 进行扩展；应用程序总体结构如图 4-3 所示：欢迎下载精品学习资源图 4-3 DTU 系统应用程序总体结构在启动多任务操作系统前应第一完成对处理器硬件及系统外部硬件设备的初始化，包裹处理器初始化、串口初始化等；在系统硬件预备就绪后，按系统要求划分并创建系统任务；最终启动多任务操作系统，进行对各任务的调度；C/O-S是

29、一个基于优先级的多任务实时内核；因此在设计应用程序是，首要的任务是把整个应用程序按功能划分为几个任务；实时系统中的任务有别于前后台系统中的字程序模块飞任务是处理器按程序处理数据的过程，是个动态的概念；一般一个任务对用于一段独立的主程序，它可以调用各种子程序，并使用各种系统资源如中断、外设等，以完成某种设定的功能；第五章总结运算机信息和网络技术的进展，正在深刻地转变着我们的生活，给我们的行为生活方式带来前所未有的变革；现在，嵌入式系统是后PC时代进展的重点；其中嵌入式系统的网络化是当今嵌入式领域的一大讨论热点，在军事和民用领域都有特别广泛的应用前景；嵌入式产品将成为互联网的主要终端之一，嵌入式网络平台的讨论将使得更多的工业设备和仪器便利、快捷、经济的接入Internet，因而具有宽阔的市场前景；欢迎下载精品学习资源欢迎下载