基于嵌入式操作系統(tǒng)在無線通信中的應用

朱 黎

（陜西工業(yè)職業(yè)技術學院，陜西咸陽 712000）

嵌入式操作系統(tǒng)（embedded operating system）是當今研究的熱點,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、開放源代碼等特點,這使得Linux在嵌入式領域中得到廣泛應用。隨著信息技術和數(shù)字技術的發(fā)展,特別是對Internet和多媒體通信需求的增長,通信技術的發(fā)展主要集中在寬帶通信網(wǎng)絡和無線通信領域。而通用分組無線業(yè)務(GPRS)技術又將互聯(lián)網(wǎng)等寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)絡與無線通信網(wǎng)絡連接在一起,GPRS的應用范圍很廣,可以用于開發(fā)互聯(lián)網(wǎng)、移動性管理以及無線監(jiān)控等方面。利用嵌入式技術研究其在通信中的應用主要工作集中在兩個方面:一方面是嵌入式數(shù)據(jù)采集模塊硬件實現(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計、GPRS模塊和微處理器的選型、電路板設計以及調試等;另一方面是軟件,主要是針對TCP/IP協(xié)議進行套接字(SOCKET)編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信和針對現(xiàn)場儀表協(xié)議進行編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集,完成上位機監(jiān)控軟件的設計以及下位機數(shù)據(jù)采集的功能。通過GPRS網(wǎng)絡使客戶端應用程序和服務器應用程序在Internet上建立連接,從而達到互訪的目的。

1 嵌入式系統(tǒng)及其特點

嵌入式系統(tǒng)（Embedded system），是一種“完全嵌入受控器件內部，為特定應用而設計的專用計算機系統(tǒng)”，根據(jù)英國電器工程師協(xié)會（U.K. Institution of Electrical Engineer）的定義，嵌入式系統(tǒng)為控制、監(jiān)視或輔助設備、機器或用于工廠運作的設備。

嵌入式系統(tǒng)具有以下特點：第一系統(tǒng)內核小。由于嵌入式系統(tǒng)一般是應用于小型電子裝置的，系統(tǒng)資源相對有限，所以內核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多。比如Enea公司的OSE分布式系統(tǒng)，內核只有5K。第二、專用性強。嵌入式系統(tǒng)的個性化很強，其中的軟件系統(tǒng)和硬件的結合非常緊密，一般要針對硬件進行系統(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行修改，有時候針對不同的任務，往往需要對系統(tǒng)進行較大更改，程序的編譯下載要和系統(tǒng)相結合，而且這種修改和通用軟件的“升級”是完全兩個概念。第三、系統(tǒng)精簡。嵌入式系統(tǒng)一般沒有系統(tǒng)軟件和應用軟件的明顯區(qū)分，不要求其功能設計及實現(xiàn)上過于復雜，這樣一方面利于控制系統(tǒng)成本，同時也利于實現(xiàn)系統(tǒng)安全。第四、高實時性的系統(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，以提高速度；軟件代碼要求高質量和高可靠性。

2 嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程

開發(fā)單片機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。軟件工具包括開發(fā)環(huán)境，編譯器等。開發(fā)嵌入式系統(tǒng)，先要根據(jù)系統(tǒng)要求進行硬件設計，用電子電路CAD軟件（主要采用Protel 系列軟件）設計電路原理圖、印制版圖。在進行原理設計后最好能進行電路的仿真實驗，仿真無誤后再設計印制板，然后將印制板圖送到專業(yè)工廠加工。制好電路板后進行元器件的安裝和焊接，第一次調試前，對于引腳較多的器件最好使用集成電路插座，以免調試過程中由于集成電路燒毀后不好再將其取下來更換。由于在無線通信中，只有在傳送的位是邏輯高電平時才消耗能量，而在傳送邏輯低電平時并不消耗能量，因此為了保證延長元器件的壽命，可以采用適當?shù)木幋a使得編碼中為邏輯1的位盡量的少，在達到降低功耗目的的同時還符合了環(huán)保低碳的綠色思維。

3 嵌入式設計在無線通信開發(fā)的應用

嵌入式無線通信終端系統(tǒng)，是一種移動無線通信接入系統(tǒng)，它能夠無線接入當前已經(jīng)遍布全國的無線蜂窩網(wǎng)絡，也可以通過無線網(wǎng)絡接入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：對實時多任務有很強的支持能力，能完成多任務并且有較短的中斷響應時間；嵌入式微處理器功耗很低，尤其是用于便攜式的無線及移動的計算和通信設備。

無線通信模塊如果要建立無線通信鏈路，必須要以無線 網(wǎng) 絡 為 基 礎， YCIG-CCMG1X800是 CDMA 1X RTT（Radio Transmission Technology）無線通信模塊之一，能夠適用于多種無線終端設備，支持R-UIM卡，模塊允許應用軟件開發(fā)，支持開放AT命令集，它與處理器通過標準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線通信模塊。

同時我們還需要滿足無線通信模塊的數(shù)據(jù)存儲，為此可以采用64M的SDRAM和32M的Flash作為數(shù)據(jù)存儲的介質，也可以用與SRAM類似的接口訪問Flash存儲器。在電源的設計中也可以采用模塊化設計，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)設計實現(xiàn)中加入多級穩(wěn)壓電路和高精度低功耗CMOS線性調壓電路，也可以起到電源管理的作用，電源管理芯片是MIC5219，具有過熱和過流保護功能，工作額定電流能達到150mA，能夠符合絕大多數(shù)無線通信系統(tǒng)設計需要。

串行通信是目前十分實用的通信方式之一，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，允許通過軟件控制數(shù)據(jù)流，UART可執(zhí)行串行/并行轉換，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無線通信模塊在功能上可映射為無線Modem，這樣PXA 255就能夠很方便實現(xiàn)對通信模塊的控制。CDMA 1X無線通信模塊也具有全功能的UART，在它們之間使用串口轉換芯片SP3238，實現(xiàn)兩者之間RS-232接口的電平轉換。

嵌入式系統(tǒng)軟件設計部分主要包括操作系統(tǒng)、驅動程序和應用程序。操作系統(tǒng)可以選用Redhat9.0版本進行定制裁減，驅動程序主要是串行口驅動，應用程序主要是撥號程序，開發(fā)這些軟件要根據(jù)嵌入式開發(fā)流程來建立開發(fā)環(huán)境。目標系統(tǒng)硬件開發(fā)板用來運行嵌入式操作系統(tǒng)Linux、用戶系統(tǒng)應用程序等，而主機平臺用來嵌入式操作系統(tǒng)內核編譯，文件系統(tǒng)的制作和系統(tǒng)應用程序開發(fā)和調試等。雙方通過串口、并口或者以太網(wǎng)口等建立連接關系。

在無線通信終端接入Internet后，就能夠進行通過互聯(lián)網(wǎng)承載的應用。系統(tǒng)啟動操作系統(tǒng)載入后，首先初始化CDMA 1X無線通信模塊，進行端口終端設置和波特率設置，波特率一般設置為115200bps；模塊初始化完畢后，進入撥號等待狀態(tài)，啟動撥號程序后，確認是否撥號成功，如果成功撥號，則調用Internet服務程序，如網(wǎng)絡瀏覽器、用戶應用程序等；最后使用Internet結束后，關閉無線連接。

4 結論

嵌入式linux無線通信系統(tǒng)既繼承了Internet上無限的開放源代碼資源，又具有嵌入式通信系統(tǒng)的特性。嵌入式Linux的特點是版權費免費，而且性能優(yōu)異，軟件移植容易，代碼開放，有許多應用軟件支持，應用產(chǎn)品開發(fā)周期短，新產(chǎn)品上市迅速，因為有許多公開的代碼可以參考和移植，實時性能RT_Linux Hardhat Linux 等嵌入式Linux支持，實時性能穩(wěn)定性好安全性好，領域非常廣泛等。

[1] 馬彪.基于GPRS的嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計及研究[D]. 大連理工大學 2006

[2] 錢麗.基于ARM的嵌入式無線點菜[D]. 武漢科技大學2005

[3] 劉沛騫.基于GPRS的實時監(jiān)控系統(tǒng)方案與實現(xiàn)[D]. 太原理工大學 2005

[4] 高旭巍.車載GPS/GPRS衛(wèi)星定位系統(tǒng)[D]. 大連理工大學 2005

[5] 周啟平,張楊編著.VxWorks下設備驅動程序及BSP開發(fā)指南[M]. 中國電力出版社, 2004

[6] 周立功等編著.ARM嵌入式系統(tǒng)實驗教程[M]. 北京航空航天大學出版社, 2005

[7] 廖日坤編著.ARM嵌入式應用開發(fā)技術白金手冊[M]. 中國電力出版社, 2005

[8] 沈連豐等編著.嵌入式系統(tǒng)及其開發(fā)應用[M]. 電子工業(yè)出版社, 2005