基于嵌入式操作系統在無線通信中的應用

朱 黎

（陜西工業職業技術學院，陜西咸陽 712000）

嵌入式操作系統（embedded operating system）是當今研究的熱點,而嵌入式Linux具有穩定、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。隨著信息技術和數字技術的發展,特別是對Internet和多媒體通信需求的增長,通信技術的發展主要集中在寬帶通信網絡和無線通信領域。而通用分組無線業務(GPRS)技術又將互聯網等寬帶數據網絡與無線通信網絡連接在一起,GPRS的應用范圍很廣,可以用于開發互聯網、移動性管理以及無線監控等方面。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:一方面是嵌入式數據采集模塊硬件實現,在這一部分涉及到嵌入式數據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協議進行套接字(SOCKET)編程實現數據的通信和針對現場儀表協議進行編程實現數據的采集,完成上位機監控軟件的設計以及下位機數據采集的功能。通過GPRS網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 嵌入式系統及其特點

嵌入式系統（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”，根據英國電器工程師協會（U.K. Institution of Electrical Engineer）的定義，嵌入式系統為控制、監視或輔助設備、機器或用于工廠運作的設備。

嵌入式系統具有以下特點：第一系統內核小。由于嵌入式系統一般是應用于小型電子裝置的，系統資源相對有限，所以內核較之傳統的操作系統要小得多。比如Enea公司的OSE分布式系統，內核只有5K。第二、專用性強。嵌入式系統的個性化很強，其中的軟件系統和硬件的結合非常緊密，一般要針對硬件進行系統的移植，即使在同一品牌、同一系列的產品中也需要根據系統硬件的變化和增減不斷進行修改，有時候針對不同的任務，往往需要對系統進行較大更改，程序的編譯下載要和系統相結合，而且這種修改和通用軟件的“升級”是完全兩個概念。第三、系統精簡。嵌入式系統一般沒有系統軟件和應用軟件的明顯區分，不要求其功能設計及實現上過于復雜，這樣一方面利于控制系統成本，同時也利于實現系統安全。第四、高實時性的系統軟件(OS)是嵌入式軟件的基本要求，而且軟件要求固態存儲，以提高速度；軟件代碼要求高質量和高可靠性。

2 嵌入式系統的開發流程

開發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。軟件工具包括開發環境，編譯器等。開發嵌入式系統，先要根據系統要求進行硬件設計，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，可以采用適當的編碼使得編碼中為邏輯1的位盡量的少，在達到降低功耗目的的同時還符合了環保低碳的綠色思維。

3 嵌入式設計在無線通信開發的應用

嵌入式無線通信終端系統，是一種移動無線通信接入系統，它能夠無線接入當前已經遍布全國的無線蜂窩網絡，也可以通過無線網絡接入Internet或者PSTN（Public Switched Telephone Network）。

嵌入式系統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 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，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據存儲，為此可以采用64M的SDRAM和32M的Flash作為數據存儲的介質，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和穩定的5V分別供給通信模塊使用和處理器使用，在系統設計實現中加入多級穩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，能夠符合絕大多數無線通信系統設計需要。

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/發送器）即FFUART，UART具有Modem控制腳，允許通過軟件控制數據流，UART可執行串行/并行轉換，處理器可讀出UART的各種狀態，FFUART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，實現兩者之間RS-232接口的電平轉換。

嵌入式系統軟件設計部分主要包括操作系統、驅動程序和應用程序。操作系統可以選用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，開發這些軟件要根據嵌入式開發流程來建立開發環境。目標系統硬件開發板用來運行嵌入式操作系統Linux、用戶系統應用程序等，而主機平臺用來嵌入式操作系統內核編譯，文件系統的制作和系統應用程序開發和調試等。雙方通過串口、并口或者以太網口等建立連接關系。

在無線通信終端接入Internet后，就能夠進行通過互聯網承載的應用。系統啟動操作系統載入后，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，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的特性。嵌入式Linux的特點是版權費免費，而且性能優異，軟件移植容易，代碼開放，有許多應用軟件支持，應用產品開發周期短，新產品上市迅速，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，實時性能穩定性好安全性好，領域非常廣泛等。

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