嵌入式通信系統(tǒng)軟件研究

王文明

摘 要：隨著工業(yè)化的深入，中國的制造業(yè)水平正與日俱增，而嵌入式通信系統(tǒng)正成為工業(yè)設(shè)計中的不可或缺部分。軟件的設(shè)計是嵌入式通信系統(tǒng)的點睛之筆，在嵌入式通信系統(tǒng)中起到至關(guān)重要的作用。本文由介紹嵌入式通信系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)入手，分析在嵌入式通信系統(tǒng)上應(yīng)用嵌入式LIUNX操作系統(tǒng)進行軟件平臺研發(fā)。通過對ADSL標(biāo)準(zhǔn)進行比較、分析，在此系統(tǒng)基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計嵌入式LIUNX操作系統(tǒng)的嵌入式通信系統(tǒng)ADSL收發(fā)器與嵌入式通信系統(tǒng)微處理器的軟件接口，并編寫針對性軟件對其功能進行了有效性測試。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)軟件；LIUNX操作系統(tǒng)；ADSL；ATM

一、嵌入式通信系統(tǒng)軟件概述

1.嵌入式通信系統(tǒng)軟件設(shè)計

以MPC850SAR為核心，嵌入式通信系統(tǒng)有多種通信接口可供選擇，如USB、Etliernet、ATMUTOIPA、RS232、RS485、ISDN等待。在此硬件系統(tǒng)基礎(chǔ)上，如何選擇適合的嵌入式操作系統(tǒng)進行開發(fā)工作成為首要問題。本文選擇基于MPC850SAR作為處理器的嵌入式通信系統(tǒng)案例，其在PowerPC內(nèi)核的版本之上以RISC體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，加入通用64位嵌入式通信控制器，集成微處理器、外設(shè)接口，構(gòu)成專用通信芯片，提高了性價比，改善了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理能力。提供多個串行通道，通過編程實現(xiàn)通信協(xié)議的支持。

2、嵌入式通信系統(tǒng)軟件LIUNX操作系統(tǒng)

嵌入式LIUNX系統(tǒng)系由精簡后的標(biāo)準(zhǔn)LIUNX系統(tǒng)得到的，其與標(biāo)準(zhǔn)LIUNX系統(tǒng)一脈相承，具備LUNIX的絕大多數(shù)優(yōu)點，任務(wù)調(diào)度高效，網(wǎng)絡(luò)功能支持強健、安全等等。通過在LIUNX系統(tǒng)的內(nèi)核中加載調(diào)度器，提高LIUNX系統(tǒng)的實效性。LIUNX系統(tǒng)本身源代碼公開，作為其最大的優(yōu)點，LIUNX系統(tǒng)是免費的，不像其他操作系統(tǒng)那樣需要支付高額的許可費用，能大幅度地減小成本；另一方而，LIUNX系統(tǒng)有許多開發(fā)人員支持，大量且不斷增加的開發(fā)工作對嵌入式通信系統(tǒng)研發(fā)者來說至關(guān)重要。嵌入式LIUNX系統(tǒng)的操作系統(tǒng)是專門為64位嵌入式通信系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)的。其基于GNU體系構(gòu)架，用LIUNX系統(tǒng)為內(nèi)核，構(gòu)建可定制的嵌入式操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

3.嵌入式通信系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境

嵌入式通信系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境是運行在開發(fā)主機上的，故開發(fā)主機可以由工作站、PC機等擔(dān)任，其操作系統(tǒng)多為LIUNX系統(tǒng)、Widnows系統(tǒng)等工具豐富、界面友好的操作系統(tǒng)。目標(biāo)機作為待開發(fā)的嵌入式硬件系統(tǒng)，主機和其之間通過串行口、以太網(wǎng)、仿真器等通信手段進行聯(lián)系。開發(fā)工作皆在主機開發(fā)環(huán)境下進行編碼、鏈接、編譯、調(diào)試、下載等。生成的代碼通過串行口、以太網(wǎng)等通信手段下載至目標(biāo)機，在目標(biāo)機上執(zhí)行應(yīng)用程序。嵌入式通信系統(tǒng)用戶使用基于主機的開發(fā)環(huán)境所提供的嵌入式通信系統(tǒng)調(diào)試工具，調(diào)試、運行在目標(biāo)機安裝的應(yīng)用程序。嵌入式通信系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境要能夠開發(fā)出處理器的全部功能，還應(yīng)具有用戶友好的界面。

二、LIUNX操作系統(tǒng)下ADSL軟件接口設(shè)計

1.嵌入式通信系統(tǒng)軟件ADSL原理

ADSL高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)基于局端設(shè)備和用戶端設(shè)備共同組成。局端設(shè)備是DSL多路復(fù)用器，可以將多路用戶的數(shù)據(jù)復(fù)用，再接入到各種骨干網(wǎng)絡(luò)；用戶端設(shè)備即ADSLMODEM，為用戶提供網(wǎng)絡(luò)接口，實現(xiàn)用戶端ADSL數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，使用戶由高速數(shù)據(jù)通道接入寬帶網(wǎng)絡(luò)。嵌入式通信系統(tǒng)中的ADSLMODEM基于嵌入式通信系統(tǒng)與ADSL收發(fā)器構(gòu)成。嵌入式通信系統(tǒng)負(fù)責(zé)為ADSLMODEM用戶提供以太網(wǎng)接口；ATMUTOIPA的作用是為廣域網(wǎng)提供接口和SDRAM、FLASH存儲器件。

2.嵌入式通信系統(tǒng)軟件收發(fā)器模塊

首先對嵌入式通信系統(tǒng)信息進行必要的判斷，然后將TSM狀態(tài)機初始化，最后設(shè)置參數(shù)。對于CO端，進入?yún)?shù)設(shè)置階段，信道速率設(shè)置時，需要調(diào)用設(shè)置速率的函數(shù)。其作用是判斷系統(tǒng)當(dāng)前信道速率參數(shù)，與ADSL相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的契合程度，再根據(jù)參數(shù)中的速率設(shè)置方法，設(shè)置速率。若系統(tǒng)最初選用的參數(shù)不足以實現(xiàn)速率的需要，函數(shù)就會自動反饋速率設(shè)置不成功的消息。與此相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置子模塊亦反饋這樣的消息。

3.嵌入式通信系統(tǒng)軟件處理器模塊

嵌入式通信系統(tǒng)的收發(fā)器軟件模塊的中心任務(wù)是完成命令?？刂艫DSL收發(fā)器的任務(wù)調(diào)度，是嵌入式通信系統(tǒng)的處理器模塊的中心任務(wù)，即將嵌入式通信系統(tǒng)的收發(fā)器軟件各子模塊合理地組合到一起，共同完成ADSL收發(fā)器的工作。嵌入式通信系統(tǒng)的處理器模塊能夠?qū)崿F(xiàn)從DILE模式轉(zhuǎn)換到SHOWITME模式，建立ADSL數(shù)據(jù)傳輸信道，進而實現(xiàn)各種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。所有狀態(tài)轉(zhuǎn)換都通過嵌入式通信系統(tǒng)發(fā)布相應(yīng)的任務(wù)，再由TSM狀態(tài)機完成相應(yīng)的任務(wù)來實現(xiàn)。

4.嵌入式通信系統(tǒng)軟件通信鏈路測試

設(shè)計好ADSL軟件接口后，需要對ADSL收發(fā)器、點到點的ADSL通信鏈路等項目進行測試。這些測試主要包括ADSL收發(fā)器與微處理器硬件接口、ADSL收發(fā)器硬件測試、ADSL底層驅(qū)動與軟件接口代碼測試，其對于掌握嵌入式通信系統(tǒng)的ADSL功能實現(xiàn)情況至關(guān)重要。測試?yán)帽O(jiān)控界面WHIP來實現(xiàn)，提供與其芯片組配套的監(jiān)控界面WHIP，其運行于PC機上。利用該界面監(jiān)測ADSL信道、ADSL芯片組的狀態(tài)，在PC機上實時顯示。為ADSL驅(qū)動、軟件接口的開發(fā)、ADSL通信鏈路測試提供有價值的參考。

三、ATM數(shù)據(jù)傳輸軟件設(shè)計

1.嵌入式通信系統(tǒng)軟件ATM協(xié)議原理

ATM系基于寬帶電路，可以同時傳輸數(shù)據(jù)信號、聲音信號、視頻信號的技術(shù)。ATM帶寬可達(dá)上百MbsP，其繼承了電路、報文交換的優(yōu)點。ATM具有速率靈活、內(nèi)含服務(wù)質(zhì)量控制、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活等突出特點。固定長度的信元作為ATM傳輸?shù)幕締挝唬湫旁?3字節(jié)，其中包括5字節(jié)頭部、48字節(jié)有效載荷。ATM只是數(shù)據(jù)鏈路層、物理層的作用，若要在實際的系統(tǒng)中起作用，要結(jié)合相應(yīng)的高層協(xié)議。本文研究的重點是實現(xiàn)基于嵌入式通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸接口的軟件，故對于高層協(xié)議接口未作重點論述。

2.ATM數(shù)據(jù)傳輸測試軟件設(shè)計實現(xiàn)

基于MPC85OSAR實現(xiàn)和對ATM數(shù)據(jù)傳輸機理的深入分析，實現(xiàn)UTOIPA模式下MPC850SAR傳輸ATM數(shù)據(jù)的測試軟件。其設(shè)計目的是為了測試以MPC850SAR為核心的嵌入式通信系統(tǒng)，在極端的、高負(fù)載、高負(fù)荷、短時間內(nèi)，是否能夠正確地接收和發(fā)送信元。測試整體上采用環(huán)路測試法，通過信道發(fā)送若干ATMAALS幀，再經(jīng)過環(huán)路接收。比較接收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送的數(shù)據(jù)，若不一致，則在開發(fā)系統(tǒng)上的指示燈會閃爍；若傳輸?shù)臄?shù)據(jù)一致，則指示燈會保持常亮。若工作在串行模式中，則通過有效的嵌入式通信系統(tǒng)配置，將環(huán)路置于MPC85oSAR的內(nèi)部；若工作在UTOPIA模式中，則通過ADSL收發(fā)器，在外部形成環(huán)路。

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