嵌入式无线移动通信系统的研究及开发

牟云飞

（泰山科技学院 山东省泰安市 271000）

随着互联网的普及与迅猛发展，越来越多的要求嵌入式终端设备接入互联网，以实现信息共享和远程控制。当今，嵌入式设备的网络化已进入了以Internet为标志的时代，成为研究和应用的热点。嵌入式系统是以各种微控制器软件为技术核心，具有高度技术特异性的新型计算机控制系统。它已广泛应用于现代工业生产自动化、各种电子应用和高级电子产品以及移动通信终端。与目前传统的通用移动计算机操作系统相比，嵌入式操作系统硬件专用性更突出，硬件配置要求低，功能相对简单，而且其实际数据处理效率也相对较高。

1 嵌入式移动通信系统的硬件要求

1.1 结构设计

在系统结构设计中，构建基于嵌入式的移动终端无线通信控制系统时，每个GPRS的移动终端与卡的微控制器之间的模拟数据转换连接往往需要同时由MAX232模块驱动，主要原因是只有一个GPRS移动终端直接由两个基于卡的移动模块sima驱动，而移动模块直接获取的模拟信号只是一张卡的模拟信号，不能直接被卡的微控制器用于数据处理。由此它被设计成使用MAX232模块直接将卡的模拟信号转换成模拟数字信号，然后可以与基于微处理器的模拟I/O接口通信。此外，微控制器往往需要通过操作系统驱动控制单元等一系列外围控制硬件和一套软件来实现，即图文显示输入操作系统、音频输入操作系统、键盘输入操作系统等。

1.2 GPRS通信模块的选择

作为嵌入式无线通信系统的核心，GPRS两大模块不仅可以为系统微控制器和芯片组从个人电脑到移动互联网网络的接入提供底层的无线数据传输输链路，也是本文嵌入式系统与移动互联网无线数据交换的重要桥梁[1]。为了充分保证网络数据和视频通信的高效率和新数据稳定性，本文使用的主要模块是由Cellon公司提供的cms91-90/1800通信支持模块。该通信模块同时提供gsm/cprs双通道频段之间的数据通信支持。同时，这个通信模块是一个10级的通信模块，所以它能提供比2级通信模块或者4级通信模块更高效的视频数据传输和处理能力。此外，该控制模块还具有系统功耗相对较低、体积非常小、接口简单、与第三方虚拟硬件网络兼容性好的特点。

1.3 微控制器芯片选择

作为嵌入式无线移动通信控制系统的核心控制硬件，微控制器处理芯片从小低端升级到中高端的方式有很多。考虑到系统制造成本和系统功耗的问题，本文主要选择MicrochIP公司设计生产的PIC18F452芯片。作为一款8位无线低端微控制器芯片，其内部结构设计比较简单。指令体系非常精细。虽然只有两条运行管线，但最高运行数据频率可直接达到10mpis，完全可以满足通信系统对实时、高速运行的需求。该核心芯片还包含一个硬件结构，可以同时提供32kb应用终端存储和256b的EEP-ROM。除此之外，它还有88的硬件级倍增器，终端存储资源也非常丰富。更重要的是，PIC18F452芯片组中还有许多其他外围硬件模块可以与其硬件相匹配，这使得该处理系统核心硬件的内部结构设计相对简单。

2 嵌入式无线通信系统的设计

2.1 软件设计

合理的系统软件设计，其主要目的是保证嵌入式通信系统在现代无线通信网络技术及其应用中具有良好的系统稳定性，从而充分发挥其基本功能和技术优势，从而满足实际应用需求。在实际设计和应用过程中，设计操作人员要及时对睡眠系统进行完善的设计分析和综合设计，使睡眠系统每次自动睡眠时尽可能降低系统的能耗，最终达到有效节能的设计目的[2]。同时，设计工程师可能还需要综合考虑安全因素，如通信网络信号的网络稳定性、通信信号系统的网络兼容性等。在无线通信系统软件设计的实际应用中，嵌入式通信系统包括良好的射频传感耦合功能和gps耦合功能。在不断研发和创新软件设计应用的过程中，优化了传统无线通信应用系统的整体设计功能结构特点，其软件设计更符合当前实际应用需求。目前，企业软件设计的主体应主要包括以下两个方面。

2.1.1 基于软件的工作流优化设计

结合当前应用端口的设计和系统初始化的实际应用需求，对当前的frram、flash等端口进行规划设计，确保系统管理平台的自动化具有良好的软件操作系统性能，能够保证其在实际系统运行管理过程中高效、流畅地传输系统信息和数据，从根本上避免了系统信息大量丢失的尴尬局面。

2.1.2 基于软件的应用指令集和执行器的设计

设计的内容主要是为aarm7设计系统指令软件。在实际的系统软件运行设计过程中，系统人员可以根据软件设计的各种指令要求，有效地进行各种操作[3]。

2.2 操作系统的设计

操作系统在嵌入式无线通信系统中一直扮演着系统管理员的角色。其主要目的是管理操作系统所有运行的网络资源，进而为系统创造良好的稳定性和运行环境，环境在通信操作系统的正常运行中，以当前的通信模块软件作为输出介质，发挥其输出本身的基本功能，保证无线通信操作系统的整体稳定正常运行。在实际操作过程中，操作系统不仅能为您创造良好的多任务、多用户的系统运行管理环境和工作条件，还能达到最终用户友好的应用目的。以Linux等操作系统应用为例，在系统实际运行过程中，可以自动实现分时操作，充分发挥和突出嵌入式系统创新的应用特性，如良好的系统扩展应用功能、开放的操作系统应用源代码等。此外，根据实际应用情况，可以对操作系统应用程序进行合理设计和改进，加强创新功能的综合集成，满足未来人们对移动通信信息服务更丰富的应用需求。目前，Linux无线操作系统网络应用广泛的主要原因是操作系统具备良好的网络支持和管理功能，如协议管理支持、文件管理支持、设备管理支持等。使当前无线通信信息技术的应用服务覆盖范围得以合理扩展，以满足信息时代快速发展的应用需求。当前，在嵌入式操作系统的实际应用中，要充分保证其具有完善的面向用户的应用，充分利用用户应用的固有功能，设计合理的操作系统架构，从而不断提升专为嵌入式操作系统应用而设计的系统的整体应用性能。

3 嵌入式无线通信系统的协议框架设计

3.1 框架设计思想

目前传统的嵌入式操作系统本身对软件、硬件和网络协议资源的实时集成性能要求不高，本文选择的操作系统软硬件是基于降低系统网络成本的一些原因考虑的，性能不是很强。因此，在设计快速实现大规模通用网络协议的系统应用时，面对一些系统性能密切相关的大规模通用网络协议应用集群，如t/tcp/IP，往往需要在削减系统性能控制的同时，简化成本控制，从而有效满足整个系统的网络成本优化需求。构建一个好的嵌入式系统、移动网络、无线通信系统、网络协议体系、基础通信网络协议框架、设计框架、基础协议设计框架，主要内容如下：

（1）不仅要求用户在硬件资源有限、移动操作系统占用较高的情况下，完全满足基础操作系统软件性能测试条件的要求，而且用户可以方便、直接地进行系统性能测试，无需其他移动操作管理系统上软件资源的支持；

（2）基本视图代码的可移植性和通用性比较高；

（3）需要能够直接支持各种类型uml状态机的基础系统视图代码技术；

（4）用户需要能够根据状态机的各种类型的uml基本系统视图代码格式，方便直接地编写基本视图代码的编程逻辑结构[4]。

3.2 嵌入式网络协议栈设计

根据上述模型框架结构的设计思想，并参考下面的tcp/IP设计模型，进行了人式-free系统中模拟嵌入式tcp/IP模型协议栈结构的框架设计。协议栈的内部模块接口层和中间接口并不是完全直接用全局函数标志封装的，而是直接用全局函数和变量消息组成缓冲区，然后添加全局函数标志和变量来设计的。之所以选择这种设计方法，是为了有效克服传统嵌入式人式-free操作系统内存资源有限的技术缺陷。编写每个内存模块的所有代码的基本技术要求是使用简化的内存，同时每个内存模块都要合理固化后存储。所有模块至少需要占用5m的内存空间[5]。同时，由于本文系统协议栈的整体设计完全是通过将其设计与系统框架栈的设计和运行思路以及各种模块化软件设计和运行模式相结合来完成的，其可扩展性得到了充分的保证，并且可以根据实际应用需求随时随地对相关功能进行优化和扩展，使用方便性强。基于现代软件开发工程设计思想的软件框架设计模式清晰、准确地反映了嵌入人式移动网络协议的软件开发中状态机基本状态之间的嵌套和层次关系。将原来嵌套在人式移动网络协议中的oouml状态流程图自动可视化为人式网络协议的软件实现过程代码，规范了软件开发工作流程，提高了软件开发工作效率。

4 嵌入式系统中无线数据通信的主要技术

研究中采用的关键技术主要包括GPRS终端的硬件电路设计、基于GPRS的通信协议设计和基于Linux操作系统的终端应用程序设计。GPRS终端的硬件电路设计包括微处理器、闪存和串行通信模块的选择以及它们之间的连接。需要考虑存储在程序存储器中的信息，微处理器采用的指令集，以及通信模块的各种技术指标，如传输速率等。通信协议的基本设计和应用是本文的重点研究内容。GPRS通信技术的建设是现代移动通信协议技术与IP技术相结合的必然产物。在移动传输和通信过程中，数据需要遵循tcp/IP通信协议。中心终端和服务器客户端有固定的IP协议地址，而被监控终端的IP地址是浮动的[6]。因此，通信协议的设计是基于GPRS移动网络。中心数据服务器端数据应用程序的开发设计可以使用visualc等可视化软件编程语言进行开发，提供简单的可视化操作界面，使用户可以直观、方便、快捷地从远程中心数据终端了解实时数据传输的运行状态，实现与viGPRS数据终端的实时通信。具体硬件处理功能为：主要研究arm7系列终端微处理器核心芯片的硬件指令，以完成一个bootloader系列功能；主要建立跨系统编译软件开发工作环境，在基于arm7内核的硬件平台上移植Linux系列操作系统，并对其硬件配置进行交叉编译。

5 结束语

综上所述，我国在发展嵌入式无线通信系统的过程上还有很长的道路要走，在对嵌入式无线移动通信系统的设计和应用过程中，设计人员要充分结合当前实际技术要求，提出更加完善的总体设计技术目标，灵活组合和突出通信系统应具备的技术优势，持续积极开展技术创新和推广应用，通过有效的理论实践，全面稳步提升我国无线通信信息技术的设计质量和应用水平，突出现代嵌入式通信系统对我国无线通信信息技术发展的重要引领作用和积极意义，促进通信产业稳定健康发展[7]。