开放型嵌入式平台的设计及GPRS接驳技术的研究解析

乔 莉，侯 贺，郭晓伟

（河北北方学院，河北 张家口075000）

嵌入式系统是以管理应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪处理。嵌入式系统适合应用在对功能、可靠性、成本、体积和功耗要求比较高的计算机系统。嵌入式系统执行专用功能依托计算机网络系统。和一般性的通用型计算机相比，嵌入式系统是一种固化的软件，终端用户在使用系统的时候很难根据自己的需要来随意改变软件。

1 GPRS网络的特点

“GPRS”是通用分组无线业务的一个简称，是一种基于GSM系统无线分组交换技术形式。在GPRS系统的运作下能够提供全方位、多角度、广域化的无线IP连接。从实际应用角度来看，GPRS在数据信息传输工作中显示出了以下几个方面的特点：①接入范围广。GPRS网络在现有的GSM网络系统基础上得到了升级，在具体运作的时候可以实现对周围电信网络信息的充分利用，从而能够更加方便、快捷地为用户数据终端来提供远程接入服务支持。②较高的信息传输率。数据信息的传输速度能够达到57.6 kbps，最高能够达到115～171.2 kbps。数据信息的传输率是理想化传输速率的2倍以上。③快捷登录。整个系统的接入时间比较短暂，在有需要的情况下可以实现快速链接。④按照流量的消耗来计算费用。用户在收发数据信息的过程中会占用一些无线资源，系统运作的计费方式一般会选择用户喜闻乐见的计费模式。⑤自主切换。用户在传输数据信息的时候会根据系统响应情况来处理各个信号，能够实现数据业务和语言业务的自由化转换[1]。

2 嵌入式系统的发展趋势

在云计算、信息安全、物联网、网络通信、智慧城市建设等方面，开发一批与大数据、互联网应用相关的关键技术和核心产品，全面提升张家口市新一代电子信息产业的技术创新能力是当前相关人员需要思考和解决的问题。

密切联网。为了能够适应嵌入式分布处理结构、应用上网需求。嵌入式系统在运作的时候需要配备一个多元化的网络通信接口。针对外部联网的基本要求，嵌入式系统在运作的时候需要配备专门的通信接口，也需要得到对应TCP/IP协议文件的支持。由于家用电器之间的互相关联，为了能够保障设备、信息终端信息、实验室仪器协调工作的基本要求，新一代嵌入式设备需要具备更高阶的通信接口，在具体运行的时候还需要提供对应的网络的协议软件。在智慧城市应用中，在智慧城市监督控制系统运作领域研强科技推出了一款嵌入式工控机。整个系统能够支持8 G内存运行，系统会牵扯到4个接口，能够支持AI卡的拓展，也能够通过完善的系统界面显示出来。嵌入式工控机的应用特点表现如下：①智慧城市监督控制系统在运作的时候具备良好的散热、抗高温、抗震动、抗冲击性能，整个系统适合应用在电磁干扰强的复杂工作环境中；②智慧城市监督控制系统拥有丰富的I/O接口，系统运行的时候能够支持多个端口；③较强的拓展能力。智慧城市监督控制系统能够支持AI扩展服务。

3 基于GPRS无线数据的传输系统方案设计

3.1 基于GPRS无线数据的终端传输设计

基于GPRS无线数据的终端设计有2套方案，第一套是“单片机+GPRS调制解调器”方案。此方案造价成本低廉，但是功能受限，“单片机+GPRS调制解调器”方案协议开发设计就会遇到一些阻碍。第二套方案是“嵌入式+GPRS模块”。这个方案的建设成本较高，但是需要嵌入式CPU芯片来支持嵌入式操作系统运作，在系统方案的支持下还能够为高端系统的稳定运作提供重要支持。在综合比较之后，本文决定选择第二套系统来作为方案。

ARM7处理器是32b处理器，运行频率为40 MHz，内存为8 MB，能够为系统的稳定运行提供有力的支持。在嵌入式操作系统的支持下能够将应用划分为多个任务，之后交给操作系统调度运行，降低开发者的开发负担[2]。

3.2 基于GPRS无线数据传输系统的构成和网络接入方式

基于GPRS无线数据传输的系统包含GPRS远端数据单元和数据控制中心。

GPRSDTU：基于GPRS无线数据系统远端站用户数据接口会和传输装置连接在一起。在了解系统开发运作情况的基础上本文中的DTU会选择CMNET接入公众Internet的方式。

数据业务控制中心：在中心对多个节点应用模式的作用下，远端站的GPRSDTU数据会在全球定位系统的网络平台上被传递到指定的数据中心，数据中心会将接收到的DTU数据通过协议转换进行还原处理，实现对DTU的管理。在具体实施操作的时候数据中心会使用Internet直接接入的操作方式。

4 基于GPRS无线数据传输系统的开放型嵌入式平台布置

一个微处理器在运作的时候会牵扯到多个总线系统，高速运转的设备会被连接在高速总线上，而低速运行总线设备则会被安排在别的总线上。在系统运作的时候一个被称作桥的小逻辑电路能够实现以上设备的互通互联。桥在从高速总线上获取指令信息之后会将获取的指令信息传输到低速总线上。

4.1 开放型嵌入式平台的硬件设计

开放型嵌入式平台的系统构造如图1所示。开放型嵌入式平台系统的核心处理器是S3C2410，在具体运作的时候开放型嵌入式平台系统会和全球定位系统、键盘机械设备操作、LCD显示灯结合在一起。

图1 开放型嵌入式平台系统架构

开放型嵌入式平台系统S3C2410微处理器在运行的时候使用手持设备来进行设计，整个运行系统在具体运行的时候采取了16 KB指令和16 KB数据缓存、MMU、外部存储器控制器、LCD控制器。

开放型嵌入式平台系统在运行的时候整个系统模块由北京航宇公司加工完成，整个系统模块在运行的时候会采用专业的RS232接口，在具体运行操作的时候计算机串联接口会经过嵌入式处理器来完成驱动处理[3]。

在这个阶段，计算机作为数字终端设备、GPRS模块作为数字电路设备，在数字终端设备和数字电路设备之间，在设备运作的时候会使用一整套AT命令来进行控制。GSM、GPRS各个功能的实现都依赖数字终端设备。

GPRS模块系统采用GSM900/DCSI1800双频系统，射频接口采用日本公司生产的射频连接器。GPRS模块在运行的时候提供了完整的音频接口，可以增加少量外围辅助元器件设计构成的主要通道、辅助通道。GPRS模块能够支持外部SIM卡，可以直接和3.0 V SIM卡连接，GPRS模块自动检测和适应SIM类型。

开放型嵌入式平台在运作的时候会为系统用户提供一个开放的操作平台，同时系统平台的运作环境是一个高起点的支撑环境，在这个环境中除了会牵扯到面向行业应用软硬件服务设施之外，系统平台还会显示出较强的空间扩展功能，用户能够根据自己的需要在平台上获取所需要的数据信息。

系统的打造依托GPRS、CC2530单片机技术，会将整个系统划分为传感器模块、可燃气体模块、烟雾检测模块、报警模块。在家庭网络环境下，IPx6网络会为每个家电分配一个IP地址并提供更为安全的家庭网络供使用。系统通信过程中会采用IPV6协议，使用IPV6数据包格式对系统中传输的数据进行打包和传送。

UART接口户将平台应用在全球定位导航系统上，各个通信模块会借助UART的通信方式来和处理器实现彼此的交互。在系统平台运作的时候如果将平台信息应用到心电图监测仪上，借助多路UART传送器会将各个信路上的信息传输给处理器进行处理。将包含USB接口的平台应用到监督控制系统中的时候可以借助USB摄像头来扫描分析视频图像数据信息，同时，还能够借助移动硬盘来存储大量数据信息。开放型嵌入式平台能够被应用到远程监督控制系统中，在远程系统运作时候会将收集到的数据信息借助以太网来传输到可嵌入分析系统中。在IIC总线接口的作用下能够将系统平台应 用到更多信息处理系统中，在系统运作的时候，AF控制器、IF系统、IIC总线接口也会和处理器连接在一起。SPI总线接口能够将平台系统应用到温度测试系统中，温度监测数据信息能够通过SPI总线传送到处理器。在数据信息采集整理的过程中，所获得的信息多数是模拟量，在使用这些模拟信息的时候需要借助模拟转换器来将信息转变为方便处理的信息。

4.2 开放型嵌入式平台的软件设计

开放型嵌入式平台的软件开发使用了武汉信息科技公司生产的系统，在这个集成系统的作用下能够为使用者提供清晰、安全的软件操作管理平台。整个软件系统平台涉及到编辑器、链接器、工程管理器、调试器等。在GPRS通信的过程中可以根据不同的处理需要来启动对应的应用程序，具体涉及到主要操作程序、功能程序、键盘控制程序。

开放型嵌入式平台系统功能程序涉及到GPRS模块初始化操作程序、GPRS读数据程序、GPRS发送消息程序。整个操作系统在运作的时候会通过状态机来完成控制。

键盘操作会对用户管理操作信息和用户操作所有信息来进行展示，在具体实施操作的时候可以通过键盘来实现管理，整个系统操作模块会涉及到数据信息的初始化处理、信息传递、信息接收等，都可以通过键盘操作。

4.2.1 启动加载程序Boot Loader的设计

Boot Loader是在操作系统内核运行之间所运行的一个系统程序，是系统加电之后运行的第一段代码，类似PC机上的BIOS。Boot Loader运行过程中的引导程序功能可实现对硬件的初始化处理和科学设定内核启动参数。在技术的支持下，Boot Loader能够和主机系统实现交互，之后从串口、USB口或者网络平台上来下载文件资料，实现对存储设备的有效管理。系统通过运行这个程序能够保障平台始终处于一个理想化的软硬件环境中。

4.2.2 嵌入式实施操作系统在S344BOX上的移植

嵌入式实施操作系统是一个性能较强的、能够实现对任务随时性调度管理的系统，整个系统在运行的过程中具备中断管理、同步管理的功能特点。与此同时，嵌入式实施操作系统还是一个移植性较强的操作系统，系统内部的软硬件区别化设置，可以根据实际需要来进行选择。

嵌入式实施操作系统的处理器具备以下功能特点：①嵌入式实施操作系统处理器的C编译器能够产生可重入的代码。②嵌入式实施操作系统使用C语言就能够完成开关设定和调节；处理器能够支持一定容量的硬件堆栈。③嵌入式操作系统的处理器能够将堆栈指针和其他CPU处理器结合在一起，在彼此的密切配合下来解读内存指令[4]。

4.2.3 以太网功能设计分析

终端系统中的无线射频模块采取的是PIML-900/1800GPRS模块，整个模块系统在运作的时候没有嵌入TCP、IP网络协议。为了保证终端系统稳定运行，需要在终端系统中嵌入TCP、IP网络协议，在协议的支持下，增强以太网的软硬件功能，并使用有线的以太网完成对数据中心的访问。整个系统在运作的时候会使用嵌入式应用开源TCP、IP协议栈来将开源和TCP、IP网络协议模块联系在一起。协议栈在设计的时候会考虑移植问题，各个硬件、OS、编译器的功能会独立出来，而后将所有信息放置在src、arch目录下。

4.2.4 应用程序模块的设计

嵌入式平台系统能够同时启动多个模块来处理软硬件信息，在这个期间所涉及的内部信息包含处理器初始化信息、串口初始化信息，在系统硬件准备好之后按照系统的运作要求来划分相应的系统任务。首先，初始化处理。系统信息的初始化处理包含主函数和初始化任务。在主函数完成对系统硬件初始化处理之后就会启动操作系统。任务会同构AT命令来完成对GPRS模块的测试，打造出独立的GPRS连接流程。接着，应用操作程序。应用程序运作的最高级形式是任务的配置，在用户发送特殊字符的时候会将其以“1”的形式编辑在邮箱中，从用户侧读入配置参数写入FLASH特定区域。用户侧串口会根据需要选择中断方式，任务的优先级始终在所有任务之上。满包数据发送任务会优先于配合任务，在具体实施操作的时候会从用户侧的串口读入数据到数据区域，在接收到一连串字符之后会向GPRS模块发送AT指令数据。在串口数据达到一包的时候就会被高优先级的满包数据发送，较低级别的数据处理任务仅仅能够用来处理不满一包的数据信息，在具体实施操作的时候会将这不满一包的数据单独使用AT命令来发送，在用户超过40 s没有数据信息发送的时候，数据处理任务负责会向网络系统传递一个没有用户动态变化的信息来保证无线链路。

4.3 开放型嵌入式平台的实验结果分析

连接计算机串口能够连接到嵌入式处理器的S3C2410平台上，在连接好全球定位系统天线的基础上可以在全球定位系统SIM插座上插入SIM卡。在卡片插入之后连接耳机和麦克风，通过一系列设备的连接来实现超级终端系统的运作。在系统运作的时候需要结合实际情况来选择适合的串口，并根据实际情况来对串口的各个参数进行设置，在设置好参数之后打开串口。

全球定位系统模块在连通电力资源之后可以通过使用键盘的UP、DOWN键选择“GPRS-连接PC选项”，确定好之后整个系统会自动复位GPS模块，而后在PC模块的作用下通过计算机模拟控制的系统来连接整个系统模块，实现对系统模块的初始化处理，而后借助不同的指令完成操作。

5 结束语

综上所述，本文在阐述嵌入式系统构造和基本内涵的基础上，将嵌入式处理器S3C2410作为基本研究对象，以一系列先进的技术形式打造出一个完善的通信管理系统，并为系统运行创设良好的环境，旨在能够为无线通信技术应用研究提供切实可行的操作平台支持。