基于嵌入式操作系统在无线通信中的应用

朱 黎

（陕西工业职业技术学院，陕西咸阳 712000）

嵌入式操作系统（embedded operating system）是当今研究的热点,而嵌入式Linux具有稳定、高效、易定制、易裁减、硬件支持广泛、免费、开放源代码等特点,这使得Linux在嵌入式领域中得到广泛应用。随着信息技术和数字技术的发展,特别是对Internet和多媒体通信需求的增长,通信技术的发展主要集中在宽带通信网络和无线通信领域。而通用分组无线业务(GPRS)技术又将互联网等宽带数据网络与无线通信网络连接在一起,GPRS的应用范围很广,可以用于开发互联网、移动性管理以及无线监控等方面。利用嵌入式技术研究其在通信中的应用主要工作集中在两个方面:一方面是嵌入式数据采集模块硬件实现,在这一部分涉及到嵌入式数据采集模块硬件功能设计、GPRS模块和微处理器的选型、电路板设计以及调试等;另一方面是软件,主要是针对TCP/IP协议进行套接字(SOCKET)编程实现数据的通信和针对现场仪表协议进行编程实现数据的采集,完成上位机监控软件的设计以及下位机数据采集的功能。通过GPRS网络使客户端应用程序和服务器应用程序在Internet上建立连接,从而达到互访的目的。

1 嵌入式系统及其特点

嵌入式系统（Embedded system），是一种“完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统”，根据英国电器工程师协会（U.K. Institution of Electrical Engineer）的定义，嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或用于工厂运作的设备。

嵌入式系统具有以下特点：第一系统内核小。由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。比如Enea公司的OSE分布式系统，内核只有5K。第二、专用性强。嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植，即使在同一品牌、同一系列的产品中也需要根据系统硬件的变化和增减不断进行修改，有时候针对不同的任务，往往需要对系统进行较大更改，程序的编译下载要和系统相结合，而且这种修改和通用软件的“升级”是完全两个概念。第三、系统精简。嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现系统安全。第四、高实时性的系统软件(OS)是嵌入式软件的基本要求，而且软件要求固态存储，以提高速度；软件代码要求高质量和高可靠性。

2 嵌入式系统的开发流程

开发单片机的基本工具包括硬件工具和软件工具。硬件工具包括IBM-PC、仿真器、编程器。软件工具包括开发环境，编译器等。开发嵌入式系统，先要根据系统要求进行硬件设计，用电子电路CAD软件（主要采用Protel 系列软件）设计电路原理图、印制版图。在进行原理设计后最好能进行电路的仿真实验，仿真无误后再设计印制板，然后将印制板图送到专业工厂加工。制好电路板后进行元器件的安装和焊接，第一次调试前，对于引脚较多的器件最好使用集成电路插座，以免调试过程中由于集成电路烧毁后不好再将其取下来更换。由于在无线通信中，只有在传送的位是逻辑高电平时才消耗能量，而在传送逻辑低电平时并不消耗能量，因此为了保证延长元器件的寿命，可以采用适当的编码使得编码中为逻辑1的位尽量的少，在达到降低功耗目的的同时还符合了环保低碳的绿色思维。

3 嵌入式设计在无线通信开发的应用

嵌入式无线通信终端系统，是一种移动无线通信接入系统，它能够无线接入当前已经遍布全国的无线蜂窝网络，也可以通过无线网络接入Internet或者PSTN（Public Switched Telephone Network）。

嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器，嵌入式微处理器一般就具备以下特点：对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间；嵌入式微处理器功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备。

无线通信模块如果要建立无线通信链路，必须要以无线 网 络 为 基 础， YCIG-CCMG1X800是 CDMA 1X RTT（Radio Transmission Technology）无线通信模块之一，能够适用于多种无线终端设备，支持R-UIM卡，模块允许应用软件开发，支持开放AT命令集，它与处理器通过标准RS-232接口相连接，该模块能直接读取UIM卡信息，带有MODEM状态指示灯，基于以上特性该，我们选用改通信模块作为无线通信模块。

同时我们还需要满足无线通信模块的数据存储，为此可以采用64M的SDRAM和32M的Flash作为数据存储的介质，也可以用与SRAM类似的接口访问Flash存储器。在电源的设计中也可以采用模块化设计，输入＋5V输出3V和稳定的5V分别供给通信模块使用和处理器使用，在系统设计实现中加入多级稳压电路和高精度低功耗CMOS线性调压电路，也可以起到电源管理的作用，电源管理芯片是MIC5219，具有过热和过流保护功能，工作额定电流能达到150mA，能够符合绝大多数无线通信系统设计需要。

串行通信是目前十分实用的通信方式之一，在通信模块与处理器的硬件接口上，可以采用全功能的UART（通用接收/发送器）即FFUART，UART具有Modem控制脚，允许通过软件控制数据流，UART可执行串行/并行转换，处理器可读出UART的各种状态，FFUART支持Modem控制功能。CDMA 1X无线通信模块在功能上可映射为无线Modem，这样PXA 255就能够很方便实现对通信模块的控制。CDMA 1X无线通信模块也具有全功能的UART，在它们之间使用串口转换芯片SP3238，实现两者之间RS-232接口的电平转换。

嵌入式系统软件设计部分主要包括操作系统、驱动程序和应用程序。操作系统可以选用Redhat9.0版本进行定制裁减，驱动程序主要是串行口驱动，应用程序主要是拨号程序，开发这些软件要根据嵌入式开发流程来建立开发环境。目标系统硬件开发板用来运行嵌入式操作系统Linux、用户系统应用程序等，而主机平台用来嵌入式操作系统内核编译，文件系统的制作和系统应用程序开发和调试等。双方通过串口、并口或者以太网口等建立连接关系。

在无线通信终端接入Internet后，就能够进行通过互联网承载的应用。系统启动操作系统载入后，首先初始化CDMA 1X无线通信模块，进行端口终端设置和波特率设置，波特率一般设置为115200bps；模块初始化完毕后，进入拨号等待状态，启动拨号程序后，确认是否拨号成功，如果成功拨号，则调用Internet服务程序，如网络浏览器、用户应用程序等；最后使用Internet结束后，关闭无线连接。

4 结论

嵌入式linux无线通信系统既继承了Internet上无限的开放源代码资源，又具有嵌入式通信系统的特性。嵌入式Linux的特点是版权费免费，而且性能优异，软件移植容易，代码开放，有许多应用软件支持，应用产品开发周期短，新产品上市迅速，因为有许多公开的代码可以参考和移植，实时性能RT_Linux Hardhat Linux 等嵌入式Linux支持，实时性能稳定性好安全性好，领域非常广泛等。

[1] 马彪.基于GPRS的嵌入式数据采集系统的设计及研究[D]. 大连理工大学 2006

[2] 钱丽.基于ARM的嵌入式无线点菜[D]. 武汉科技大学2005

[3] 刘沛骞.基于GPRS的实时监控系统方案与实现[D]. 太原理工大学 2005

[4] 高旭巍.车载GPS/GPRS卫星定位系统[D]. 大连理工大学 2005

[5] 周启平,张杨编著.VxWorks下设备驱动程序及BSP开发指南[M]. 中国电力出版社, 2004

[6] 周立功等编著.ARM嵌入式系统实验教程[M]. 北京航空航天大学出版社, 2005

[7] 廖日坤编著.ARM嵌入式应用开发技术白金手册[M]. 中国电力出版社, 2005

[8] 沈连丰等编著.嵌入式系统及其开发应用[M]. 电子工业出版社, 2005