嵌入式處理器在移動通信系統中的應用

摘要:隨著手機、PDA、網絡冰箱、機頂盒等普及，嵌入式處理器應用的范圍越來越廣。那么嵌入式處理器產品的廣泛普及必將為嵌入式系統軟件產業的蓬勃發展提供無窮的推動力，帶動了PC機整個桌面軟件的發展。本文主要介紹嵌入式處理器在移動通信系統中的應用。

關鍵詞:嵌入式處理器;移動通信系統;應用

中圖分類號:TP393文獻標識碼:A文章編號: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 嵌入式處理器的發展現狀與趨勢

1)嵌入式處理器的發展現狀

嵌入式操作是一種實時的、支持嵌入式系統應用的操作系統軟件，它是嵌入式系統極為重要的組成部分。嵌入式系統主要由嵌入式處理器、相關支撐硬件、嵌入式操作系統及應用軟件系統等組成，它是集軟硬件于一體的可獨立工作的“器件”。嵌入式操作系統在系統實時高效性、硬件的相關依賴性、軟件固態化以及應用的專用性等方面具有較為突出的特點。Internet與網絡的迅速普及應用，并向家庭領域不斷擴展，使消費電子、計算機、通信一體化趨勢逐漸顯著，嵌入式處理器再次成為研究與應用的熱點。

嵌入式處理器的品種較多，在個人領域中，嵌入式產品將主要是作為個人移動的數據處理和通訊軟件。由于嵌入式設備具有自然的人機交互界面，手寫文字輸入、語音撥號上網、收發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)嵌入式處理器的發展趨勢

充滿了多樣化、信息化、數字化的嵌入式處理器遍及我們能夠想像到的各個角落，嵌入式系統發展到今天，處理器林林總總，千差萬別。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，迅速搶占各自的優勢領地。但就其主流來看，信息終端、手持產品及許多消費類產品則是ARM處理器的天下，而且其應用已經滲透到IT產業的各個領域。

在可預見的未來，嵌入式處理器的發展趨勢如下:①32位處理器在興起，②處理器IP，③可編程處理器。無論是銀行證券、家用電器、通信、汽車，還是工業控制、醫療設備，其智能化程度越來越高，對微處理器的性能、功能、處理速度要求也越來越高，因此，嵌入式處理器的更新換代越來越快，采用32位甚至64位芯片的嵌入式系統已經是業界的必然選擇。技術的進步、成本在不斷下降，使嵌入式系統的普及、應用和發展提供了有利條件。

新一代的嵌入式處理器已經開始內嵌網絡接口，除了支持TCP/IP協議，還有的支持IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA通信接口中的一種或者幾種，同時也需要提供相應的通信組網協議軟件和物理層驅動軟件。為了適應網絡發展的要求，未來的嵌入式設備必然要求硬件上提供各種網絡通信接口。硬件和軟件的選擇包括處理器、硬件部件、操作系統、編程語言、軟件開發工具、硬件調試工具、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限制操作系統的選擇，操作系統的選擇又會限制開發工具的選擇。軟件方面系統內核支持網絡模塊，甚至可以在設備上嵌入Web瀏覽器，真正實現隨時隨地用各種設備上網。

2 移動通信系統的特點

嵌入式系統與無線網絡的結合，是現在乃至將來嵌入式應用的必然趨勢。目前據不完全統計，全世界沒有一種微處理器和微處理器公司可以主導嵌入式系統，由于嵌入式系統設計的差異性很大，因此選擇是多樣化的。嵌入式系統的核心部件是各種類型的嵌入式處理器。利用無線通信技術設計一個很好的嵌入式無線通信系統，如何選擇合理的嵌入式處理器和操作系統成為了一個重大課題。嵌入式處理器運用GPRS技術進行無線實時數據的傳輸，將嵌入式系統與無線網絡很好的結合在一起，應用于無線網絡，大大降低了成本、并且使得系統應用更靈活。

1)移動通信技術

GPRS一方面是因為其極高的傳輸速率和分組技術，另一方面則是因為它對TCP/IP和X.25協議的完全透明支持，這是人們最熟悉、也是應用最為廣泛的兩種傳輸協議。以前9.6Kbit/s速率的數據傳輸業務的GSM網絡遠遠不能滿足用戶對高速無線數據業務的需求。GPRS允許用戶始終在線，享受方便快捷的服務，不再根據用戶實際的數據流量來計費。因此，GPRS被認為是第二代移動通信系統向第三代移動通信演進的重要一步。

GPRS可以提供高達115kbit/s速率的分組數據業務，實現包括圖片、話音和視頻的多媒體業務在無線網絡中的傳輸，它采用分組交換技術、在通信的過程中符合數據通信突發性的特點，并且呼叫建立時間很短，不再需要建立和保持電路。人們可以通過GPRS在移動通信網絡上實現對IP和X.25網絡的訪問和應用。正是由于這兩種協議的應用，移動臺和終端設備可以以點到點或點到多點的方式訪問全球任何一個網絡，如圖1所示。

GPRS支持IP和X.25等標準網絡協議，人們就可以很簡便地配置PC以使其能在GPRS環境下通信，用戶可以使用諸如Windows98/NT、WindowsCE內置的TCP/IP協議連接到Internet和LAN上。

2)數據包的發送與接收

通過串行或無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分組是從基站發送到服務GPRS支持節點，而不是通過移動交換中心連接到語音網絡上，SGSN與網關GPRS支持節點進行通信;GGSN對分組數據進行相應的處理，再發送到目的網絡，與電路交換式數據呼叫不同。如Internet或X.25網絡，見圖2所示:來自Internet、標識有移動臺地址的IP包，由GGSN接收，再轉發到SGSN，繼而傳送到移動臺上。

3)GPRS的優勢

GPRS技術的發展進一步提供更大的帶寬，提高了信道利用率，降低了移動數據通信的費用。GPRS對移動數據應用產生了深遠的影響，并在最近兩年得到迅速發展。但它并不是要取代目前通過GSM實現的其他數據業務，而是對它們作一更為完善的補充。此外，GPRS也提供第三代蜂窩網絡所具有的數據通信能力。

3 嵌入式處理器在移動通信系統的應用

伴隨電信網絡新業務的開通和新設備的增加，網絡管理成為個日益突出的問題而備受關注。電信管理網絡的發展，對網絡和設備提出了新的要求。嵌入式處理器的應用范圍已經擴展到許多領域，尤其在通信領域更是得到了前所未有的發展。早先的設備和網絡功能簡單且缺乏必要的、統一的管理接口，使得不同廠家的不同設備很難實現互通與互管。為解決這一問題，ITU-T進行了網絡管理標準化的工作，先后制定了一系列協議規范，定義了網絡管理的體系結構和統一接口。現在，不同的設備廠商在開發通信設備的時候，通常參數并實現ITU-T關于網絡管理的協議和接口。由于ITU-T的網絡管理模型涉及的層次較多，接口比較復雜，因此，網絡管理的功能比以前要復雜得多。而作為網絡管理的一個重要方面，設備的管理直接影響著網絡管理的整體性能;因而，功能簡單的網絡和設備不同滿足現代通信網絡發展的需要。移動通信網絡的擴大、新業務和新設備的大量增加要求網絡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，網絡管理必須滿足一定的實時性。

隨著應用環境的日趨復雜，系統要求的功能越來越多，嵌入式處理器成為實現嵌入式實時系統的核心。為了實現完善而高效的網絡管理，通信設備必須增強自身性能，從而為高層網管提供高性能的軟硬件平臺。因此，移動通信系統的設計出現了新的發展趨勢的原因主要在于:

1)應用程序直接運行于CPU之上的方式具有明顯的不足

①硬件功能有限，不能進行高效而復雜的設備管理;

②硬件平臺簡單，不能有效地支持功能繁多而且復雜的網絡管理;

③軟件缺乏操作系統的支持，網絡應用程序設計復雜，難以實現功能完善的性能網絡管理。

2)通用計算機由于體積、成本以及效率等因素的限制，不適合這種應用環境

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”設備內部作為控制的硬件核心，可以支持復雜的設備管理;

②嵌入式實時系統以高性能的嵌入式處理器為核心的嵌入式實時操作系統，除了為系統提供良好的實時性保障以外，簡化了高層應用程序的設計。

由于嵌入式處理器有別于一般的計算機處理器，在設計和實現上存在著區別于通用計算機處理器的若干關鍵問題，嵌入式處理器作為計算機應用的一個嶄新領域，以其簡潔高效等特點越來越多地受到人們的廣泛關注。嵌入式處理器的應用范圍已經擴展到先前的只能使用通計算機處理器的領域，并且其應用數量已經超過了通用計算機處理器，尤其是在電信及IT領域中更是得到前所未有的廣泛應用。以嵌入式處理器為核心使設備內部具有一個強大而高效的軟硬件平臺;既滿足了網絡管理的高效性，又保證了網絡管理功能上的要求;既支持高效統一的網絡管理，又支持設備本身的管理。因此，以嵌入式處理器作為設備的功能核心和網絡管理平臺是現在移動通信系統廣泛采用的實現方案。嵌入式處理器由于在功能、性能以及價格等方面具有不可替代的優勢，在移動通信、個人通信、數據通信、衛星通信及信息家電等領域得到了深入而廣泛的應用。

4 總結

總之，新興IT產生的發展要求處理器具有小型化、智能化的特點。為適應這一發展趨勢，在計算機系統的應用過程中發展了一類特殊的處理器——嵌入式處理器。由于具備簡潔、高效等特點，在最近幾年，嵌入式處理器表現出了強勁的發展勢頭;隨著二十一世紀的到來，以嵌入式處理器為核心IT業迎來了一個嶄新的時代。在集成了通用計算機系統的共性以外，嵌入式系統還包含了很多適合“嵌入式”應用的新技術;因此，嵌入式處理器其強大而靈活的可應用性越來越多地受到人們的普遍重視，得到了計算機、通信和信息等產業的廣泛認可，并已經擴展到前所未有的廣泛領域。嵌入式處理器正成為移動通信系統最具有發展潛力和應用前景的核心處理器，它的快速發展正在成為IT等產業保持快速發展的強大推動力。

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