嵌入式通信系統軟件研究

王文明

摘 要：隨著工業化的深入，中國的制造業水平正與日俱增，而嵌入式通信系統正成為工業設計中的不可或缺部分。軟件的設計是嵌入式通信系統的點睛之筆，在嵌入式通信系統中起到至關重要的作用。本文由介紹嵌入式通信系統的總體結構入手，分析在嵌入式通信系統上應用嵌入式LIUNX操作系統進行軟件平臺研發。通過對ADSL標準進行比較、分析，在此系統基礎上優化設計嵌入式LIUNX操作系統的嵌入式通信系統ADSL收發器與嵌入式通信系統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。

關鍵詞：嵌入式系統軟件；LIUNX操作系統；ADSL；ATM

一、嵌入式通信系統軟件概述

1.嵌入式通信系統軟件設計

以MPC850SAR為核心，嵌入式通信系統有多種通信接口可供選擇，如USB、Etliernet、ATMUTOIPA、RS232、RS485、ISDN等待。在此硬件系統基礎上，如何選擇適合的嵌入式操作系統進行開發工作成為首要問題。本文選擇基于MPC850SAR作為處理器的嵌入式通信系統案例，其在PowerPC內核的版本之上以RISC體系結構為基礎，加入通用64位嵌入式通信控制器，集成微處理器、外設接口，構成專用通信芯片，提高了性價比，改善了網絡協議處理能力。提供多個串行通道，通過編程實現通信協議的支持。

2、嵌入式通信系統軟件LIUNX操作系統

嵌入式LIUNX系統系由精簡后的標準LIUNX系統得到的，其與標準LIUNX系統一脈相承，具備LUNIX的絕大多數優點，任務調度高效，網絡功能支持強健、安全等等。通過在LIUNX系統的內核中加載調度器，提高LIUNX系統的實效性。LIUNX系統本身源代碼公開，作為其最大的優點，LIUNX系統是免費的，不像其他操作系統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系統有許多開發人員支持，大量且不斷增加的開發工作對嵌入式通信系統研發者來說至關重要。嵌入式LIUNX系統的操作系統是專門為64位嵌入式通信系統設計、開發的。其基于GNU體系構架，用LIUNX系統為內核，構建可定制的嵌入式操作系統結構。

3.嵌入式通信系統軟件開發環境

嵌入式通信系統開發環境是運行在開發主機上的，故開發主機可以由工作站、PC機等擔任，其操作系統多為LIUNX系統、Widnows系統等工具豐富、界面友好的操作系統。目標機作為待開發的嵌入式硬件系統，主機和其之間通過串行口、以太網、仿真器等通信手段進行聯系。開發工作皆在主機開發環境下進行編碼、鏈接、編譯、調試、下載等。生成的代碼通過串行口、以太網等通信手段下載至目標機，在目標機上執行應用程序。嵌入式通信系統用戶使用基于主機的開發環境所提供的嵌入式通信系統調試工具，調試、運行在目標機安裝的應用程序。嵌入式通信系統的開發環境要能夠開發出處理器的全部功能，還應具有用戶友好的界面。

二、LIUNX操作系統下ADSL軟件接口設計

1.嵌入式通信系統軟件ADSL原理

ADSL高速數據傳輸系統基于局端設備和用戶端設備共同組成。局端設備是DSL多路復用器，可以將多路用戶的數據復用，再接入到各種骨干網絡；用戶端設備即ADSLMODEM，為用戶提供網絡接口，實現用戶端ADSL數據的接收和發送，使用戶由高速數據通道接入寬帶網絡。嵌入式通信系統中的ADSLMODEM基于嵌入式通信系統與ADSL收發器構成。嵌入式通信系統負責為ADSLMODEM用戶提供以太網接口；ATMUTOIPA的作用是為廣域網提供接口和SDRAM、FLASH存儲器件。

2.嵌入式通信系統軟件收發器模塊

首先對嵌入式通信系統信息進行必要的判斷，然后將TSM狀態機初始化，最后設置參數。對于CO端，進入參數設置階段，信道速率設置時，需要調用設置速率的函數。其作用是判斷系統當前信道速率參數，與ADSL相關標準的契合程度，再根據參數中的速率設置方法，設置速率。若系統最初選用的參數不足以實現速率的需要，函數就會自動反饋速率設置不成功的消息。與此相應的參數設置子模塊亦反饋這樣的消息。

3.嵌入式通信系統軟件處理器模塊

嵌入式通信系統的收發器軟件模塊的中心任務是完成命令。控制ADSL收發器的任務調度，是嵌入式通信系統的處理器模塊的中心任務，即將嵌入式通信系統的收發器軟件各子模塊合理地組合到一起，共同完成ADSL收發器的工作。嵌入式通信系統的處理器模塊能夠實現從DILE模式轉換到SHOWITME模式，建立ADSL數據傳輸信道，進而實現各種狀態之間的轉換。所有狀態轉換都通過嵌入式通信系統發布相應的任務，再由TSM狀態機完成相應的任務來實現。

4.嵌入式通信系統軟件通信鏈路測試

設計好ADSL軟件接口后，需要對ADSL收發器、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收發器與微處理器硬件接口、ADSL收發器硬件測試、ADSL底層驅動與軟件接口代碼測試，其對于掌握嵌入式通信系統的ADSL功能實現情況至關重要。測試利用監控界面WHIP來實現，提供與其芯片組配套的監控界面WHIP，其運行于PC機上。利用該界面監測ADSL信道、ADSL芯片組的狀態，在PC機上實時顯示。為ADSL驅動、軟件接口的開發、ADSL通信鏈路測試提供有價值的參考。

三、ATM數據傳輸軟件設計

1.嵌入式通信系統軟件ATM協議原理

ATM系基于寬帶電路，可以同時傳輸數據信號、聲音信號、視頻信號的技術。ATM帶寬可達上百MbsP，其繼承了電路、報文交換的優點。ATM具有速率靈活、內含服務質量控制、拓撲結構靈活等突出特點。固定長度的信元作為ATM傳輸的基本單位，其信元共53字節，其中包括5字節頭部、48字節有效載荷。ATM只是數據鏈路層、物理層的作用，若要在實際的系統中起作用，要結合相應的高層協議。本文研究的重點是實現基于嵌入式通信系統的數據傳輸接口的軟件，故對于高層協議接口未作重點論述。

2.ATM數據傳輸測試軟件設計實現

基于MPC85OSAR實現和對ATM數據傳輸機理的深入分析，實現UTOIPA模式下MPC850SAR傳輸ATM數據的測試軟件。其設計目的是為了測試以MPC850SAR為核心的嵌入式通信系統，在極端的、高負載、高負荷、短時間內，是否能夠正確地接收和發送信元。測試整體上采用環路測試法，通過信道發送若干ATMAALS幀，再經過環路接收。比較接收到的數據與發送的數據，若不一致，則在開發系統上的指示燈會閃爍；若傳輸的數據一致，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配置，將環路置于MPC85oSAR的內部；若工作在UTOPIA模式中，則通過ADSL收發器，在外部形成環路。

參考文獻

[1] 王學龍，嵌入式LIUNX系統設一計與應用，清華大學出版社，2011年.

[2] 盧錫城，ATM網絡原理與應用，電子工業出版社，2009年.

[3] 張翔，ADSL接入技術協議研究，國防科技大學碩士學位論文，2009年.

[4] 孔祥營，柏桂枝，嵌入式實11寸操作系統VxWorks及其研發環境，中國電力出版社，2012年.

[5] 姚飛，熊輝，習勇，魏急波，基于MPC850的ADSL MoDEM實現，微處理機，2012年.