嵌入式處理器在移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要:隨著手機(jī)、PDA、網(wǎng)絡(luò)冰箱、機(jī)頂盒等普及，嵌入式處理器應(yīng)用的范圍越來(lái)越廣。那么嵌入式處理器產(chǎn)品的廣泛普及必將為嵌入式系統(tǒng)軟件產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展提供無(wú)窮的推動(dòng)力，帶動(dòng)了PC機(jī)整個(gè)桌面軟件的發(fā)展。本文主要介紹嵌入式處理器在移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:嵌入式處理器;移動(dòng)通信系統(tǒng);應(yīng)用

中圖分類號(hào):TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-3044(2009)36-10631-02

The Application of Embedded Processors In Mobile Communication System

HU Jin-ming

(Langfang Branch，Hebei University of Technology，Langfang 065000，China)

Abstract: With the mobile phone，PDA，Internet refrigerators，set-top boxes and other popular embedded processors，increasingly wide range of applications.So widespread popularity of embedded processor products，embedded system software industry is bound to the rapid development of endless impetus to drive the PC，the desktop software development.This article focuses on embedded processors in mobile communication systems application.

Key Words: embedded chips; mobile communication system; apply

1 嵌入式處理器的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

1)嵌入式處理器的發(fā)展現(xiàn)狀

嵌入式操作是一種實(shí)時(shí)的、支持嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的操作系統(tǒng)軟件，它是嵌入式系統(tǒng)極為重要的組成部分。嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成，它是集軟硬件于一體的可獨(dú)立工作的“器件”。嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實(shí)時(shí)高效性、硬件的相關(guān)依賴性、軟件固態(tài)化以及應(yīng)用的專用性等方面具有較為突出的特點(diǎn)。Internet與網(wǎng)絡(luò)的迅速普及應(yīng)用，并向家庭領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，使消費(fèi)電子、計(jì)算機(jī)、通信一體化趨勢(shì)逐漸顯著，嵌入式處理器再次成為研究與應(yīng)用的熱點(diǎn)。

嵌入式處理器的品種較多，在個(gè)人領(lǐng)域中，嵌入式產(chǎn)品將主要是作為個(gè)人移動(dòng)的數(shù)據(jù)處理和通訊軟件。由于嵌入式設(shè)備具有自然的人機(jī)交互界面，手寫(xiě)文字輸入、語(yǔ)音撥號(hào)上網(wǎng)、收發(fā)電子郵件以及彩色圖形、圖像已取得初步成效，多媒體界面給人很大的親和力。

2)嵌入式處理器的發(fā)展趨勢(shì)

充滿了多樣化、信息化、數(shù)字化的嵌入式處理器遍及我們能夠想像到的各個(gè)角落，嵌入式系統(tǒng)發(fā)展到今天，處理器林林總總，千差萬(wàn)別。因此，每種處理器都有存在的理由和可伸展的方向，16位、32位乃至64位微處理器及各種DSP處理器閃亮登場(chǎng)，迅速搶占各自的優(yōu)勢(shì)領(lǐng)地。但就其主流來(lái)看，信息終端、手持產(chǎn)品及許多消費(fèi)類產(chǎn)品則是ARM處理器的天下，而且其應(yīng)用已經(jīng)滲透到IT產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。

在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，嵌入式處理器的發(fā)展趨勢(shì)如下:①32位處理器在興起，②處理器IP，③可編程處理器。無(wú)論是銀行證券、家用電器、通信、汽車，還是工業(yè)控制、醫(yī)療設(shè)備，其智能化程度越來(lái)越高，對(duì)微處理器的性能、功能、處理速度要求也越來(lái)越高，因此，嵌入式處理器的更新?lián)Q代越來(lái)越快，采用32位甚至64位芯片的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)是業(yè)界的必然選擇。技術(shù)的進(jìn)步、成本在不斷下降，使嵌入式系統(tǒng)的普及、應(yīng)用和發(fā)展提供了有利條件。

新一代的嵌入式處理器已經(jīng)開(kāi)始內(nèi)嵌網(wǎng)絡(luò)接口，除了支持TCP/IP協(xié)議，還有的支持IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA通信接口中的一種或者幾種，同時(shí)也需要提供相應(yīng)的通信組網(wǎng)協(xié)議軟件和物理層驅(qū)動(dòng)軟件。為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的要求，未來(lái)的嵌入式設(shè)備必然要求硬件上提供各種網(wǎng)絡(luò)通信接口。硬件和軟件的選擇包括處理器、硬件部件、操作系統(tǒng)、編程語(yǔ)言、軟件開(kāi)發(fā)工具、硬件調(diào)試工具、軟件組件等。在上述選擇中，處理器往往是最重要的。處理器的選擇常常會(huì)限制操作系統(tǒng)的選擇，操作系統(tǒng)的選擇又會(huì)限制開(kāi)發(fā)工具的選擇。軟件方面系統(tǒng)內(nèi)核支持網(wǎng)絡(luò)模塊，甚至可以在設(shè)備上嵌入Web瀏覽器，真正實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地用各種設(shè)備上網(wǎng)。

2 移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)

嵌入式系統(tǒng)與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，是現(xiàn)在乃至將來(lái)嵌入式應(yīng)用的必然趨勢(shì)。目前據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界沒(méi)有一種微處理器和微處理器公司可以主導(dǎo)嵌入式系統(tǒng)，由于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的差異性很大，因此選擇是多樣化的。嵌入式系統(tǒng)的核心部件是各種類型的嵌入式處理器。利用無(wú)線通信技術(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)很好的嵌入式無(wú)線通信系統(tǒng)，如何選擇合理的嵌入式處理器和操作系統(tǒng)成為了一個(gè)重大課題。嵌入式處理器運(yùn)用GPRS技術(shù)進(jìn)行無(wú)線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸，將嵌入式系統(tǒng)與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)很好的結(jié)合在一起，應(yīng)用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，大大降低了成本、并且使得系統(tǒng)應(yīng)用更靈活。

1)移動(dòng)通信技術(shù)

GPRS一方面是因?yàn)槠錁O高的傳輸速率和分組技術(shù)，另一方面則是因?yàn)樗鼘?duì)TCP/IP和X.25協(xié)議的完全透明支持，這是人們最熟悉、也是應(yīng)用最為廣泛的兩種傳輸協(xié)議。以前9.6Kbit/s速率的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的GSM網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足用戶對(duì)高速無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求。GPRS允許用戶始終在線，享受方便快捷的服務(wù)，不再根據(jù)用戶實(shí)際的數(shù)據(jù)流量來(lái)計(jì)費(fèi)。因此，GPRS被認(rèn)為是第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)向第三代移動(dòng)通信演進(jìn)的重要一步。

GPRS可以提供高達(dá)115kbit/s速率的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)包括圖片、話音和視頻的多媒體業(yè)務(wù)在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的傳輸，它采用分組交換技術(shù)、在通信的過(guò)程中符合數(shù)據(jù)通信突發(fā)性的特點(diǎn)，并且呼叫建立時(shí)間很短，不再需要建立和保持電路。人們可以通過(guò)GPRS在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)對(duì)IP和X.25網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)和應(yīng)用。正是由于這兩種協(xié)議的應(yīng)用，移動(dòng)臺(tái)和終端設(shè)備可以以點(diǎn)到點(diǎn)或點(diǎn)到多點(diǎn)的方式訪問(wèn)全球任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。

GPRS支持IP和X.25等標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，人們就可以很簡(jiǎn)便地配置PC以使其能在GPRS環(huán)境下通信，用戶可以使用諸如Windows98/NT、WindowsCE內(nèi)置的TCP/IP協(xié)議連接到Internet和LAN上。

2)數(shù)據(jù)包的發(fā)送與接收

通過(guò)串行或無(wú)線方式筆記本電腦連接到GPRS蜂窩電話或Modem上。GPRS蜂窩電話或Modem與GSM基站通信，PRS分組是從基站發(fā)送到服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)，而不是通過(guò)移動(dòng)交換中心連接到語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò)上，SGSN與網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信;GGSN對(duì)分組數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，再發(fā)送到目的網(wǎng)絡(luò)，與電路交換式數(shù)據(jù)呼叫不同。如Internet或X.25網(wǎng)絡(luò)，見(jiàn)圖2所示:來(lái)自Internet、標(biāo)識(shí)有移動(dòng)臺(tái)地址的IP包，由GGSN接收，再轉(zhuǎn)發(fā)到SGSN，繼而傳送到移動(dòng)臺(tái)上。

3)GPRS的優(yōu)勢(shì)

GPRS技術(shù)的發(fā)展進(jìn)一步提供更大的帶寬，提高了信道利用率，降低了移動(dòng)數(shù)據(jù)通信的費(fèi)用。GPRS對(duì)移動(dòng)數(shù)據(jù)應(yīng)用產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，并在最近兩年得到迅速發(fā)展。但它并不是要取代目前通過(guò)GSM實(shí)現(xiàn)的其他數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，而是對(duì)它們作一更為完善的補(bǔ)充。此外，GPRS也提供第三代蜂窩網(wǎng)絡(luò)所具有的數(shù)據(jù)通信能力。

3 嵌入式處理器在移動(dòng)通信系統(tǒng)的應(yīng)用

伴隨電信網(wǎng)絡(luò)新業(yè)務(wù)的開(kāi)通和新設(shè)備的增加，網(wǎng)絡(luò)管理成為個(gè)日益突出的問(wèn)題而備受關(guān)注。電信管理網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，對(duì)網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備提出了新的要求。嵌入式處理器的應(yīng)用范圍已經(jīng)擴(kuò)展到許多領(lǐng)域，尤其在通信領(lǐng)域更是得到了前所未有的發(fā)展。早先的設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)功能簡(jiǎn)單且缺乏必要的、統(tǒng)一的管理接口，使得不同廠家的不同設(shè)備很難實(shí)現(xiàn)互通與互管。為解決這一問(wèn)題，ITU-T進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)管理標(biāo)準(zhǔn)化的工作，先后制定了一系列協(xié)議規(guī)范，定義了網(wǎng)絡(luò)管理的體系結(jié)構(gòu)和統(tǒng)一接口?，F(xiàn)在，不同的設(shè)備廠商在開(kāi)發(fā)通信設(shè)備的時(shí)候，通常參數(shù)并實(shí)現(xiàn)ITU-T關(guān)于網(wǎng)絡(luò)管理的協(xié)議和接口。由于ITU-T的網(wǎng)絡(luò)管理模型涉及的層次較多，接口比較復(fù)雜，因此，網(wǎng)絡(luò)管理的功能比以前要復(fù)雜得多。而作為網(wǎng)絡(luò)管理的一個(gè)重要方面，設(shè)備的管理直接影響著網(wǎng)絡(luò)管理的整體性能;因而，功能簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備不同滿足現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)大、新業(yè)務(wù)和新設(shè)備的大量增加要求網(wǎng)絡(luò)管理不但具備豐富管理功能，還要具備良好的管理性能效率;也就是說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)管理必須滿足一定的實(shí)時(shí)性。

隨著應(yīng)用環(huán)境的日趨復(fù)雜，系統(tǒng)要求的功能越來(lái)越多，嵌入式處理器成為實(shí)現(xiàn)嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的核心。為了實(shí)現(xiàn)完善而高效的網(wǎng)絡(luò)管理，通信設(shè)備必須增強(qiáng)自身性能，從而為高層網(wǎng)管提供高性能的軟硬件平臺(tái)。因此，移動(dòng)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)出現(xiàn)了新的發(fā)展趨勢(shì)的原因主要在于:

1)應(yīng)用程序直接運(yùn)行于CPU之上的方式具有明顯的不足

①硬件功能有限，不能進(jìn)行高效而復(fù)雜的設(shè)備管理;

②硬件平臺(tái)簡(jiǎn)單，不能有效地支持功能繁多而且復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)管理;

③軟件缺乏操作系統(tǒng)的支持，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)功能完善的性能網(wǎng)絡(luò)管理。

2)通用計(jì)算機(jī)由于體積、成本以及效率等因素的限制，不適合這種應(yīng)用環(huán)境

3)采用嵌入式處理器是理想的解決方法

①嵌入式處理器在硬件上使用功能緊湊而高效的CPU，適合“嵌入”設(shè)備內(nèi)部作為控制的硬件核心，可以支持復(fù)雜的設(shè)備管理;

②嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)以高性能的嵌入式處理器為核心的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，除了為系統(tǒng)提供良好的實(shí)時(shí)性保障以外，簡(jiǎn)化了高層應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。

由于嵌入式處理器有別于一般的計(jì)算機(jī)處理器，在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)上存在著區(qū)別于通用計(jì)算機(jī)處理器的若干關(guān)鍵問(wèn)題，嵌入式處理器作為計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)嶄新領(lǐng)域，以其簡(jiǎn)潔高效等特點(diǎn)越來(lái)越多地受到人們的廣泛關(guān)注。嵌入式處理器的應(yīng)用范圍已經(jīng)擴(kuò)展到先前的只能使用通計(jì)算機(jī)處理器的領(lǐng)域，并且其應(yīng)用數(shù)量已經(jīng)超過(guò)了通用計(jì)算機(jī)處理器，尤其是在電信及IT領(lǐng)域中更是得到前所未有的廣泛應(yīng)用。以嵌入式處理器為核心使設(shè)備內(nèi)部具有一個(gè)強(qiáng)大而高效的軟硬件平臺(tái);既滿足了網(wǎng)絡(luò)管理的高效性，又保證了網(wǎng)絡(luò)管理功能上的要求;既支持高效統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理，又支持設(shè)備本身的管理。因此，以嵌入式處理器作為設(shè)備的功能核心和網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)是現(xiàn)在移動(dòng)通信系統(tǒng)廣泛采用的實(shí)現(xiàn)方案。嵌入式處理器由于在功能、性能以及價(jià)格等方面具有不可替代的優(yōu)勢(shì)，在移動(dòng)通信、個(gè)人通信、數(shù)據(jù)通信、衛(wèi)星通信及信息家電等領(lǐng)域得到了深入而廣泛的應(yīng)用。

4 總結(jié)

總之，新興IT產(chǎn)生的發(fā)展要求處理器具有小型化、智能化的特點(diǎn)。為適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用過(guò)程中發(fā)展了一類特殊的處理器——嵌入式處理器。由于具備簡(jiǎn)潔、高效等特點(diǎn)，在最近幾年，嵌入式處理器表現(xiàn)出了強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭;隨著二十一世紀(jì)的到來(lái)，以嵌入式處理器為核心IT業(yè)迎來(lái)了一個(gè)嶄新的時(shí)代。在集成了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的共性以外，嵌入式系統(tǒng)還包含了很多適合“嵌入式”應(yīng)用的新技術(shù);因此，嵌入式處理器其強(qiáng)大而靈活的可應(yīng)用性越來(lái)越多地受到人們的普遍重視，得到了計(jì)算機(jī)、通信和信息等產(chǎn)業(yè)的廣泛認(rèn)可，并已經(jīng)擴(kuò)展到前所未有的廣泛領(lǐng)域。嵌入式處理器正成為移動(dòng)通信系統(tǒng)最具有發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景的核心處理器，它的快速發(fā)展正在成為IT等產(chǎn)業(yè)保持快速發(fā)展的強(qiáng)大推動(dòng)力。

參考文獻(xiàn):

[1] 傅中君.嵌入式GPRS無(wú)線通信模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2004(14).

[2] 孫延才.嵌入式系統(tǒng)與信息化[A].中國(guó)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)高峰會(huì)議暨中國(guó)企業(yè)自動(dòng)化和信息化建設(shè)論壇論文集[C]，2005.

[3] 張敬齋.嵌入式移動(dòng)通信技術(shù)的研究及發(fā)展[J].徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息與電子工程系《中國(guó)市場(chǎng)》，2007(52).

[4] 王彧.嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊及應(yīng)用[D].大連理工大學(xué)，2004.