曹長瑞

【摘 要】近年來隨著嵌入式操作系統(tǒng)和無線通信技術的不斷發(fā)展，以嵌入式操作系統(tǒng)為平臺，依賴于無線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)終端被越來越多的運用于現(xiàn)實生活中。本文主要是針對車載系統(tǒng)和地面設備的無線通訊中存在的包括數(shù)據(jù)傳輸速度慢、數(shù)據(jù)量大、易丟失在內(nèi)的一系列問題，提出了一種嵌入式無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的設計方案，并將其應用于某車載系統(tǒng)的無線通訊模塊中，在實際中已經(jīng)得到了驗證。

【關鍵詞】嵌入式系統(tǒng)；無線通信；存儲芯片

1.嵌入式系統(tǒng)的相關問題

1.1嵌入式系統(tǒng)的定義

對于嵌入式系統(tǒng)最普遍認同的定義是：將應用作為中心，計算機技術為基礎，軟硬件可裁減，適應應用系統(tǒng)對功能、成本、可靠性、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)實用性強、體積小、功能強、可定制、管理系統(tǒng)軟件。近年來，嵌入式系統(tǒng)完成了從單一的非實時控制系統(tǒng)向多元的實時控制系統(tǒng)的轉化，加之性能的不斷完善，使它的運用范圍更加廣闊，例如，網(wǎng)絡設備、信息電器、移動計算機設備、工控、醫(yī)療儀器等等。隨著高新技術的不斷發(fā)展和網(wǎng)絡的普及，嵌入式系統(tǒng)必將朝著系統(tǒng)化和網(wǎng)絡化的方向進一步發(fā)展。

1.2嵌入式系統(tǒng)設計所面臨的挑戰(zhàn)

通常情況下，簡單的嵌入式系統(tǒng)并不需要用到嵌入式操作系統(tǒng)，例如單片控制等等。但是由于嵌入式系統(tǒng)復雜性的不斷增加，操作系統(tǒng)必然會越來越重要，所以就需要對復雜的嵌入式軟件系統(tǒng)實行更合理的控制。而對嵌入式實時操作系統(tǒng)有四個方面的要求，分別是實時性、系統(tǒng)可剪裁、輕量型網(wǎng)絡支持、功能可擴展。嵌入式系統(tǒng)工業(yè)是專用計算機工業(yè)，將一切變得更為簡單、方便、適用就是其需要達到的目的。本文主要研究的是嵌入式系統(tǒng)在無線通信技術中的應用。

2.本文研究目的

以目前的應用環(huán)境來看，有效利用無線通信技術來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫傳輸具有十分重要的意義，因為利用現(xiàn)有網(wǎng)絡來實現(xiàn)大容量的數(shù)據(jù)通信環(huán)境的市場空間較大，需求量還很大，不僅在城市的無線通訊中應用廣泛，尤其是在車載系統(tǒng)的無線通訊中嵌入式系統(tǒng)的運用已經(jīng)得到人們的共識。雖然運用比較廣泛，但在實際的操作中，還存在著數(shù)據(jù)大、傳播速度慢、傳播過程不穩(wěn)定等問題，導致現(xiàn)有通訊方式的數(shù)據(jù)傳輸還存在著一定的阻礙。

隨著高新技術的迅猛發(fā)展，交通越來越便捷，城市環(huán)境也日益復雜，城市中有的地方信號雖強，但是還存在干擾十分嚴重的問題。為了讓車載系統(tǒng)中的無障礙數(shù)據(jù)通訊得到進一步的完善，本文對此提出了一種嵌入式無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的設計方案。

3.系統(tǒng)設計方案

因為嵌入式系統(tǒng)具有內(nèi)核小、系統(tǒng)精簡、專用性強的特點，所以通常需要專門的開發(fā)工具和運行環(huán)境。系統(tǒng)總體可以分為三個部分，分別是車載系統(tǒng)、嵌入式部分、后臺部分。車載系統(tǒng)主要起到接收車內(nèi)信息的作用，一般是通過發(fā)送天線的方式放出。嵌入式部分主要包括ARM芯片、接收天線、GPRS/CDMA模塊、FLASH存儲芯片。這個部分是系統(tǒng)實現(xiàn)的核心部分，比較關鍵，加之車載系統(tǒng)的環(huán)境相對復雜，所以車載信息是以地面設備的方式發(fā)送出來。后臺部分則是包括后臺服務器和Internet接入模塊兩個方面。

實施過程：將車載系統(tǒng)部分置于車上，道路和城市的關鍵節(jié)點處則需要置入嵌入式系統(tǒng)的硬件，這樣一來就可以通過穩(wěn)壓電路而讓整個網(wǎng)路的關鍵節(jié)點都能獲取信息。后臺部分需要置入在城市的監(jiān)控中心，方便獲取整個路網(wǎng)信息，通過充分利用Internet和GPRS網(wǎng)絡的功能，讓3G和4G實現(xiàn)無縫升級。

4.系統(tǒng)硬件與軟件部分設計

4.1系統(tǒng)硬件

ARM芯片中ARM7內(nèi)核、ARM9內(nèi)核等為主流，其中由于ARM7內(nèi)核擁有價格低廉、性價比高的優(yōu)勢而長期占據(jù)著壟斷的地位。Flash存儲芯片則具有低功耗、高密度、非易失性、可重復編程等方面的缺點，NOR Flash尺寸是NAND Flash尺寸的八倍，相對而言NAND Flash更適合于大容量數(shù)據(jù)存儲的嵌入式系統(tǒng)。

根據(jù)上面所考慮的因素，本設計最終選用的是嵌入式系統(tǒng)是ARM7架構、LPC2220FBD芯片和16MNAND Flash存儲器芯片K9F2808U0C存儲介質(zhì)為核心的架構。

GSM設備采用內(nèi)置SIM300的工業(yè)級GPRS Modem。該產(chǎn)品內(nèi)置有TCP/IP協(xié)議，對用戶來說IP數(shù)據(jù)包的傳輸是透明的，對接口的設計進行了簡化。而通信接口采用的是標準化的RS232接口，可以通過運用AT命令的方式來發(fā)起語音呼叫或是發(fā)送短信等功能。

4.2系統(tǒng)軟件

可以說要保證嵌入式系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，最關鍵的一點在于系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)。關于降低系統(tǒng)功耗這一點，嵌入式系統(tǒng)可以通過采用自動進入睡眠狀態(tài)的方式來實現(xiàn)。而針對傳輸速度上的瓶頸問題，系統(tǒng)則是采用了分類法的方式進行解決。讓所有的信息根據(jù)序號分配，通過實時、固定信息、可滯后信息的三種標準來講信息劃分為三個等級，其中值得注意的是傳感、GPS的實時數(shù)據(jù)等相關的發(fā)送等級必須置于最高的位置，而圖像和GIS等相關信息則在發(fā)送等級中置于較低的位置，接著在位置信息和車輛信息都完成傳輸工作后，最后再發(fā)送一些相對來說并不十分需要的信息。

取指令、譯碼、執(zhí)行是ARM7的指令執(zhí)行為的三個階段。通常正常操作情況下，在執(zhí)行一條指令的時候，后續(xù)的一個指令進行譯碼，而第三條指令則從存儲器重選取指令。

流程分別是總初始化、端口的連接中斷子程序、圖片數(shù)據(jù)寫入RAM、RAM寫入FLASH、發(fā)送準備是讓232收到connect_OK、232發(fā)送數(shù)據(jù)、清空FLASH。當這一系列的在讀流程完成以后，LPC2220將K9F2808C中的數(shù)據(jù)分別送入SIM模塊的RS232串口，這樣就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。

5.總結與展望

本文提出了是一種嵌入式的無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的設計方案，該方案具有數(shù)據(jù)穩(wěn)定、傳輸量大等方面的優(yōu)勢，對實現(xiàn)車載系統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)通訊起到了可實施性的作用。而設計中采用了兩個串口的通訊方式，一個串口與GPRS模塊進行通訊，另一個則是與無線接收模塊進行通訊，之后再將數(shù)據(jù)存于NAND FLASH中。因為采用這種方式使得其擁有數(shù)據(jù)存儲時間長的優(yōu)勢，而且在實際的使用過程中數(shù)據(jù)的傳輸速度也得到了驗證，這種數(shù)據(jù)通信方案還可以適用于城市道路系統(tǒng)的信息采集與傳輸?shù)确矫妗?/p>

嵌入式系統(tǒng)的應用可以從軍用和民用兩方面來看，就軍用嵌入式系統(tǒng)而言，其在實時性、小型化與規(guī)?；习l(fā)展到了一個嶄新的階段；而就民用方面來說，嵌入式系統(tǒng)的運用相當廣泛，幾乎遍布與現(xiàn)代生活的每一個方面，而嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品主要集中在通信產(chǎn)品、信息家電、工業(yè)控制器、掌上電腦等領域。在不久的將來基于嵌入式的無線通信技術的市場也會變得越來越廣闊。

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