基于ARM與嵌入式LinuxGPRS無(wú)線通訊系統(tǒng)

1、湖南文理學(xué)院芙蓉學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱：嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)：通信1101班學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 楊峰 完成時(shí)間： 2014年6月7日 報(bào)告成績(jī)：評(píng)閱意見(jiàn)：評(píng)閱教師日期目錄一、設(shè)計(jì)題目4二、設(shè)計(jì)要求4三、設(shè)計(jì)作用及目的4四、設(shè)計(jì)所用設(shè)備及軟件4五、系統(tǒng)設(shè)計(jì)41、ARM處理器選型42、GSM/GPRS模塊選型6六、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)71、ARM硬件結(jié)構(gòu)與外圍電路7（1）SAMSUNGS3C24107（2）ST2410開(kāi)發(fā)板的硬件結(jié)構(gòu)8（3）ST2410硬件資源分配9（4）ST2410接口資源11（5）ST2410的串口通訊122、M22通訊電路板的設(shè)計(jì)15（1）BenQM22GSM/GPRS

2、無(wú)線模塊15（2）BenQM22電源部分的設(shè)計(jì)16（3）BenQM22天線的選擇17（4）BenQM22與SIM卡的接口17（5）BenQM22在語(yǔ)音通訊設(shè)計(jì)18（6）BenQM22通訊板的PCB設(shè)計(jì)19（7）BenQM22通訊板的串口21七、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)221、引導(dǎo)加載程序的設(shè)計(jì)22（1）Bootloader的基本概念22（2）ST2410的Bootloader功能說(shuō)明232、串口通訊程序的設(shè)計(jì)243、BenQM22模塊內(nèi)部的軟件特性264、AT指令27（1）AT指令的語(yǔ)法格式27（2）AT指令的分類285、系統(tǒng)軟件運(yùn)行流程圖28八、GPRS通訊系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果301、軟件運(yùn)行截圖31九、設(shè)計(jì)總

3、結(jié)34十、心得體會(huì)36十一、參考文獻(xiàn)3737基于ARM與嵌入式Linux的GPRS無(wú)線通訊系統(tǒng)1、 設(shè)計(jì)題目基于ARM與嵌入式Linux的GPRS無(wú)線通訊系統(tǒng)2、 設(shè)計(jì)要求1、 利用分組將數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳送，達(dá)到多用戶間對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的共享2、 同時(shí)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)可以最大限度地使用現(xiàn)有GSM設(shè)備，避免了GSM設(shè)備投資的浪費(fèi)。3、 數(shù)據(jù)傳送使用GPRS，而語(yǔ)音傳送使用GSM，使下載資料和通話可以同時(shí)進(jìn)行。3、 設(shè)計(jì)作業(yè)及目的1、 了解什么是GPRS及其體系結(jié)構(gòu)和基本功能2、 了解GPRS的是如何傳輸數(shù)據(jù)3、 了解GPRS在當(dāng)前時(shí)代的運(yùn)用4、 設(shè)計(jì)所用設(shè)備及軟件（1）SAMSUNGST2410ARM9開(kāi)發(fā)

4、板（2）SHARPTFT_LCD液晶屏（3）BenQM22GPRS模塊（4）神州行SIM卡（5）GSM900/1800MHz吸盤天線（6）BenQM22電路板五、系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、ARM處理器選型ARM微處理器現(xiàn)有ARM7,ARM9,ARM9E,ARM10E,SecurCore,Xscale,StrongARM等幾個(gè)系列.鑒于當(dāng)前電子市場(chǎng)上的情況,在此我主要討論一下ARM7與ARM9這兩種主流處理器的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域。（1）ARM7微處理器系列ARM7系列微處理器為低功耗的32位RISC處理器，最適合用于對(duì)價(jià)位和功耗要求較高的消費(fèi)類應(yīng)用。ARM7微處理器系列具有如下特點(diǎn)：具有嵌入式ICERT邏輯，調(diào)試

5、開(kāi)發(fā)方便。極低的功耗，適合對(duì)功耗要求較高的應(yīng)用，如便攜式產(chǎn)品。能夠提供0.9MIPS/MHz的三級(jí)流水線結(jié)構(gòu)。代碼密度高并兼容16位的Thumb指令集。對(duì)操作系統(tǒng)的支持廣泛，包括WindowsCE、Linux、PalmOS等。指令系統(tǒng)與ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便于用戶的產(chǎn)品升級(jí)換代。主頻最高可達(dá)130MIPS，高速的運(yùn)算處理能力能勝任絕大多數(shù)的復(fù)雜應(yīng)用。ARM7系列微處理器的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋汗I(yè)控制、Internet設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備、移動(dòng)電話等多種多媒體和嵌入式應(yīng)用。ARM7系列微處理器包括如下幾種類型的核：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM7

6、20T、ARM7EJ。其中，ARM7TMDI是目前使用最廣泛的32位嵌入式RISC處理器，屬低端ARM處理器核。（2）ARM9微處理器系列ARM9系列微處理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。具有以下特點(diǎn)：5級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。提供1.1MIPS/MHz的哈佛結(jié)構(gòu)。支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。支持32位的高速AMBA總線接口。全性能的MMU，支持WindowsCE、Linux、PalmOS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)。MPU支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。支持?jǐn)?shù)據(jù)Cache和指令Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力。ARM9系列微處理器主要應(yīng)用于無(wú)線設(shè)備、儀器儀表、安全

7、系統(tǒng)、機(jī)頂盒、高端打印機(jī)、數(shù)字照相機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等。ARM9系列微處理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三種類型.由此可見(jiàn),ARM9對(duì)于Linux操作系統(tǒng)的支持性明顯強(qiáng)于ARM7。因此,本系統(tǒng)采的核心微處理器是SAMSUNGS3C2410(以ARM920T為內(nèi)核)。2、GSM/GPRS模塊選型目前市面上出現(xiàn)的主流GPRS/GSM模塊主要有以下幾種:（1）BenQ公司的M20/M22(A)/M32(A)模塊；（2）SIEMENS公司的TC35i/MC35模塊；（3）SonyEricsson公司的GR47/GR48模塊考慮到市場(chǎng)的普及度與可靠性的要求,我們選擇BenQ公司的通訊模

8、塊。鑒于設(shè)計(jì)成本與功能上的要求，本系統(tǒng)采用BenQM22無(wú)線模塊。BenQM22特性如下：z支持頻段：EGSM900/DCS1800/PCS1900MHZz符合ETSIGSMphase2+z支持SIM接口：3Vz工作電壓3.2V4.2Vz通訊功能：支持GSM語(yǔ)音，數(shù)據(jù)，傳真，短消息及GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)葄軟件支持標(biāo)準(zhǔn)ATcommand(3GPP27.07/27.05)z尺寸:36.8x35.2x2.85(mm)z48PINLCC封裝6、 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)1、ARM硬件結(jié)構(gòu)與外圍電路（1）SAMSUNGS3C2410S3C2410對(duì)于片內(nèi)的各個(gè)部件采用了獨(dú)立的電源供給方式：內(nèi)核采用1.8V供電；存儲(chǔ)單

9、元采用3.3V獨(dú)立供電；I/O采用獨(dú)立3.3V供電S3C2410的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下圖1所示圖1 S3C2410內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（2）ST2410開(kāi)發(fā)板的硬件結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)采用的是深圳優(yōu)龍公司開(kāi)發(fā)的基于SAMSUNGARM9的ST2410開(kāi)發(fā)板。該開(kāi)發(fā)板的外圍電路及功能如下所示：（1） 采用三星公司的S3C2410，主頻可達(dá)203MHz；（2） 64M字節(jié)的SDRAM，由兩片K4S561632組成，工作在32位模式下；（3） 64M字節(jié)NANDFlash，采用的是K9F1208，可以兼容16M，32M或128M字節(jié)；（4） 2M字節(jié)的NorFlash，采用的是SST39VF1601,工作在16位模式；（5）

10、10M以太網(wǎng)接口，采用的是CS8900Q3，帶傳輸和連接指示燈；（6）LCD和觸摸屏接口;（7）1個(gè)USBHOST，S3C2410內(nèi)置的，符合USB1.1；一個(gè)USBDevice，S3C2410內(nèi)置的，符合USB1.1;（8）支持音頻輸入和音頻輸出，音頻模塊由S3C2410的IIS音頻總線接口和UDA1341音頻編碼解碼器組成，板上還集成了一個(gè)MIC，用于音頻輸入；（9）2路UART串行口，波特率可高達(dá)115200bps，并具有RS232電平轉(zhuǎn)換電路；（10） SD卡接口，兼容SDMemoryCardProtocol1.0和SDIOCardProtocol1.0;（11） Embedded-I

11、CE（20腳標(biāo)準(zhǔn)JTAG）接口和并口式JTAG接口，支持ADS，SDT軟件的下載和調(diào)試以及FLASH的燒寫；（12）串行EEPROM：AT24C024KbytesEEPROM，IIC接口；（13）蜂鳴器，4個(gè)LED燈；4個(gè)按鍵，開(kāi)關(guān)電源，分布式電源供電，3V鋰電池，提供CPU內(nèi)置RTC操持電源；圖2 ST2410開(kāi)發(fā)板實(shí)物圖（3） ST2410硬件資源分配 S3C2410將系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間分成8組（Bank），每組的大小是128MB，共1GB。Bank0到Bank5的開(kāi)始地址是固定的，用于ROM或SRAM。Bank6和Bank7用于ROM、SRAM或SDRAM，這兩個(gè)組可編程且大小相同。Bank

12、7的開(kāi)始地址是Bank6的結(jié)束地址，靈活可變。所有內(nèi)存塊的訪問(wèn)周期都是可編程的。S3C2410采用nGCS7:08個(gè)通用片選信號(hào)選擇這些組。因此，S3C2410支持兩種啟動(dòng)模式:（1）從NANDFLASH啟動(dòng)（2）從外部nGCS0片選的NORFLASH啟動(dòng)所以在這兩種啟動(dòng)模式下,各片選的存儲(chǔ)空間分配是不同的,這兩種啟動(dòng)模式的存儲(chǔ)分配如圖3所示:圖3 存儲(chǔ)空間分配圖a)圖是nGCS0片選的NorFlash啟動(dòng)模式下的存儲(chǔ)分配圖；b)圖是NANDFLASH啟動(dòng)模式下的存儲(chǔ)分配圖；說(shuō)明：SFRArea為特殊寄存器地址空間在進(jìn)行器件地址說(shuō)明之前，有一個(gè)點(diǎn)需要注意，nGCS0片選的空間在不同的啟動(dòng)模式下

13、，映射的器件是不一樣的。由下表可以知道：（1）在NorFlash啟動(dòng)模式（非NANDFLASH啟動(dòng)模式）下，與nGCS0相連的外部存儲(chǔ)器NorFlash就被映射到nGCS0片選的空間。表4 硬件地址分配表地址范圍說(shuō)明片選信號(hào)0x4800_00000x6000_0000SFR（特殊寄存器）地址空間0x4000_00000x4000_0FFFNANDFLASH啟動(dòng)模式下，該空間沒(méi)有被使用非NANDFLASH啟動(dòng)模式下，該空間為BootSRam0x3000_00000x3400_0000SDRAM空間nGCS60x1900_0300CS8900的IO基址nGCS30x0000_00000x0020_

14、0000NANDFLASH啟動(dòng)模式下，BootRam的有效地址：0x0000_00000x0000_0FFFnGCS0非NANDFLASH啟動(dòng)模式下，NorFlash的有效地址空間為：0x0000_00000x0020_0000（2）ST2410接口資源表5 跳線分配表跳線名稱說(shuō)明JP1（核心板）決定S3C2410的啟動(dòng)模式插上短路塊從NandFlash中啟動(dòng)，默認(rèn)不插上短路塊從NorFlash中啟動(dòng)表6 核心板按鍵說(shuō)明按鍵名稱說(shuō)明S1（Reset）（核心板）復(fù)位按鍵，小按鍵K1K4按鍵4鍵盤表7 底板接口說(shuō)明接口名稱說(shuō)明T1(RJ45)以太網(wǎng)接口（RJ45，帶隔離器的）UART1(J8),U

15、ART3(J7)串行口1，2U10紅外線IrDASD_CARD(J1)SD卡接口J17USBHOST接口USB_DEVICE(J15)USBDEVICE接口J2音頻輸出接口J27CCFL背光電源輸出接口J6板子的電源接口JP2一些擴(kuò)展口JP1(LCDINTERFACE)LCD和觸摸屏接口（3）ST2410的串口通訊由于在本系統(tǒng)中ARM與PC機(jī)和M22模塊都是通過(guò)串口進(jìn)行通訊。在此，我詳細(xì)介紹一下S3C2410的串口資源。串行通信是微計(jì)算機(jī)之間一種常見(jiàn)的近距離通信手段，因使用方便，編程簡(jiǎn)單而廣泛使用，幾乎所有的微控制器，PC都提供串行通信接口。（1）串行通訊傳輸格式圖8 串口的幀數(shù)據(jù)傳輸格式開(kāi)始

16、前，線路處于空閑狀態(tài)，送出連續(xù)“1”。傳送開(kāi)始時(shí)首先發(fā)一個(gè)“0”作為起始位，然后出現(xiàn)在通信線上的是字符的二進(jìn)制編碼數(shù)據(jù)。 每個(gè)字符的數(shù)據(jù)位長(zhǎng)可以約定為5位、6位、7位或8位，一般采用ASCII編碼。后面是奇偶校驗(yàn)位，根據(jù)約定，用奇偶校驗(yàn)位將所傳字符中為“1”的位數(shù)湊成奇數(shù)個(gè)或偶數(shù)個(gè)。也可以約定不要奇偶校驗(yàn)，這樣就取消奇偶校驗(yàn)位。最后是表示停止位的“1”信號(hào)，這個(gè)停止位可以約定持續(xù)1位、1.5位或2位的時(shí)間寬度。至此一個(gè)字符傳送完畢，線路又進(jìn)入空閑，持續(xù)為“1”。經(jīng)過(guò)一段隨機(jī)的時(shí)間后，下一個(gè)字符開(kāi)始傳送才又發(fā)出起始位。每一個(gè)數(shù)據(jù)位的寬度等于傳送波特率的倒數(shù)。微機(jī)異步串行通信中，常用的波特率為11

17、0，150，300，600，1200，2400，4800，9600等。（2）電氣特性RS-232標(biāo)準(zhǔn)采用的接口是9芯或25芯的D型插頭，常用的一般是9針插頭（DB-9），下表是DB9引腳說(shuō)明：表9 DB9引腳說(shuō)明引腳名稱全稱說(shuō)明FGFrameGround連到及其的接地線TXDTransmittedData數(shù)據(jù)輸出線RXDReceivedData數(shù)據(jù)輸入線RTSRequesttoSend要求發(fā)送數(shù)據(jù)CTSCleartoSend回應(yīng)對(duì)方發(fā)送的RTS的發(fā)送許可，告訴對(duì)方可以發(fā)送DSRDataSetReady告知本機(jī)在待命狀態(tài)DTRDataTerminalReady告知數(shù)據(jù)終端處于待命狀態(tài)CDCarr

18、ierDetect載波檢出，用以確認(rèn)是否收到Modem的載波SGSignalGround信號(hào)線的接地線（嚴(yán)格的說(shuō)是信號(hào)線的零標(biāo)準(zhǔn)線）圖10 DB9引腳實(shí)物圖要完成基本的通信功能，實(shí)際上只需要RXD，TXD，GND即可，但是由于BenQ的M22通訊模塊需要握手信號(hào)（RTS和CTS），所以在本系統(tǒng)中至少要接5根線。同時(shí)又由于RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)所定義的高，低電平信號(hào)與S3C210X系統(tǒng)的LVTTL電路定義的高，低電平信號(hào)完全不同，LVTTL的標(biāo)準(zhǔn)邏輯“1”對(duì)應(yīng)2V3.3V電平，標(biāo)準(zhǔn)邏輯“0”對(duì)應(yīng)0V0.4V電平，而RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)采用負(fù)邏輯方式，標(biāo)準(zhǔn)邏輯“1”對(duì)應(yīng)-5V-15V電平，標(biāo)準(zhǔn)邏輯“

19、0”對(duì)應(yīng)+5V+15V。顯然，兩者間要進(jìn)行通信，必須經(jīng)過(guò)電平的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換芯片采用的MAX232。電路原理圖見(jiàn)圖11：圖11 串口連接電圖其中J8串口負(fù)責(zé)與BenQM22通訊，J7串口負(fù)責(zé)與PC機(jī)通訊。 （3）S3C2410的UART操作S3C2410的UART（通用異步串行口）單元提供三個(gè)獨(dú)立的異步串行I/O端口，每個(gè)都可以在中斷和DMA兩種模式下進(jìn)行。它們支持最高波特率115.2Kbps。每個(gè)UART通道包含2個(gè)16位FIFO分別提供給接收和發(fā)送。S3C2410X的UART可以進(jìn)行以下參數(shù)的設(shè)置：可編程的波特率，紅外收/發(fā)模式，1或2個(gè)停止位，5位，6位，7位或8位數(shù)據(jù)寬度和奇偶位校驗(yàn)。2、

20、M22通訊電路板的設(shè)計(jì)BenQM22通訊電路板主要是由M22無(wú)線模塊的外圍接口電路組成(參見(jiàn)附錄1)。該電路板主要包括以下幾個(gè)部分：（1）電源與整流部分（2）串口通訊接口（3）SIM卡電路（4）差分語(yǔ)音電路（5）LED信號(hào)燈顯示電路（6）蜂鳴器接口（7）按鍵輸入（8）天線接口（1）BenQM22GSM/GPRS無(wú)線模塊BenQ的這款M22無(wú)線模塊能通過(guò)手機(jī)網(wǎng)絡(luò)為任何需要語(yǔ)音通訊和數(shù)據(jù)傳輸要求的產(chǎn)品提供無(wú)線通訊解決方案。主要用于以下方面：無(wú)線PSTN、車載電話、無(wú)線終端、報(bào)警或安全系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制、短信通訊其管腳（44腳）分配如表12所示表12 BenQM22管腳分配表管腳名管腳數(shù)目描述UART/

21、RS2326RS232接口UART22軟件調(diào)試BU1蜂鳴器輸出GPIO6通用I/O管腳PowerOn1上電運(yùn)行LEDDriver1LED驅(qū)動(dòng)SIM4SIM卡接口VBATRF3RF的電源輸入VBATBB1BB的電源輸入Audio7語(yǔ)音接口KeypadInterrupt1鍵盤中斷接口BGND10地NC1無(wú)連接圖13 M22模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖（2）BenQM22電源部分的設(shè)計(jì)我們知道無(wú)線模塊的耗電具有不穩(wěn)定的特點(diǎn)。在待機(jī)狀態(tài)，在和基站的握手狀態(tài)，在通話狀態(tài)，在撥號(hào)狀態(tài)，在信號(hào)強(qiáng)弱不同的地方這些因素都會(huì)直接的影響無(wú)線模塊的耗電流，所以無(wú)線模塊的電源設(shè)計(jì)非常重要。M22推薦的電源電壓范圍為DC3.6-4V

22、，所以我在設(shè)計(jì)電源的時(shí)候取3.8V的電壓，模塊在工作中最大的瞬間電流能夠達(dá)到1.7A，所以考慮到大電流的需要，我采用LM2576開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓芯片。又因?yàn)檩^高的輸出電壓紋波（一般大于20mV）是開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)中不可回避的問(wèn)題。在某些對(duì)電源紋波電壓有特殊要求的場(chǎng)合（如MCU內(nèi)部有高精度A/D轉(zhuǎn)換器等），可采用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源來(lái)提高穩(wěn)壓電源的工作效率或采用線性穩(wěn)壓電源來(lái)降低穩(wěn)壓電源的輸出紋波電壓。因此，采用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源與線性穩(wěn)壓電源相結(jié)合的形式可為有特殊要求的MCU供電提供一種更好的方法。因此我的最終電源設(shè)計(jì)方案采用LM7805和LM2576的聯(lián)合設(shè)計(jì)。直流電源（12V）輸入LM7805，然后輸出DC5V

23、，與此同時(shí)通過(guò)LM2576產(chǎn)生DC4V電壓供給M22。由于LM2576具有可靠的工作性能、較高的工作效率和較強(qiáng)的輸出電流驅(qū)動(dòng)能力，從而為M22的穩(wěn)定、可靠工作提供了強(qiáng)有力的保證。圖14 M22電路板電源部分電路原理圖（3）BenQM22天線的選擇實(shí)際上天線的選擇總是一個(gè)難題。因?yàn)檫@和整個(gè)系統(tǒng)有關(guān)系，甚至和不同地區(qū)的GSM網(wǎng)絡(luò)有一定的關(guān)系。BENQ在對(duì)天線的選擇上推薦了一個(gè)如下的參考標(biāo)準(zhǔn)：表15 頻率波段范圍表16 VSWR（駐波比）參數(shù)表另外，對(duì)Impedance也要求為50ohms。（4）BenQM22與SIM卡的接口由于BenQM22必須通過(guò)中國(guó)電信的GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)才能夠工作，所以必

24、須要用到SIM電話卡。安裝時(shí)只要以右上角的缺口為準(zhǔn)即可。圖17 SIM卡接口電路原理圖（5） BenQM22在語(yǔ)音通訊設(shè)計(jì) 在語(yǔ)音通訊方面，M22提供了兩個(gè)語(yǔ)音通道:一個(gè)我們叫做差分通道,也就是說(shuō)無(wú)論是MICPHONE信號(hào)的輸入,還是SPEAKER信號(hào)的輸出都是采用差分的形式。也就是我們平時(shí)所說(shuō)的“雙端輸入雙端輸出”。在管腳的定義上MICIP，MICIN就分別是MICPHONE的正輸入端和負(fù)輸入端。EARP，EARN就分別是SPEAKER的正輸出端和負(fù)輸出端。另一路語(yǔ)音通道是單端方式。具體管腳定義為AUXI和AUXOP。其中AUXI為MICPHONE的正輸入端，MICPHONE的負(fù)輸入端應(yīng)該對(duì)

25、地。AUXOP為SPERKER的正輸出端，SPERKER的另一端應(yīng)該對(duì)地。當(dāng)然從外部線路的轉(zhuǎn)換來(lái)說(shuō)在這一路語(yǔ)音通道的使用中，MICPHONE也可以接成差分的形式，但是需要一個(gè)轉(zhuǎn)換電路。SPERKER也可以接成差分輸入的形式，也需要一個(gè)差分轉(zhuǎn)單端的線路。圖18是差分端的MICPHONE輸入?yún)⒖紙D圖18 差分方式的MICPHONE電路原理圖 圖19是SPEAKER的線路圖圖19 差分方式的SPEAKER電路原理圖需要說(shuō)明的是，由于單端輸入單端輸出的語(yǔ)音通道特別容易受到輻射干擾，從而對(duì)語(yǔ)音的質(zhì)量產(chǎn)生了很大的影響，所以在本系統(tǒng)中只采用了差分語(yǔ)音通道。（6）BenQM22通訊板的PCB設(shè)計(jì)該通訊板設(shè)計(jì)成

26、為一個(gè)雙面PCB，在Protel99SE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)而成。圖20 M22通訊板PCB圖因?yàn)镸22通訊板是高頻電路，所以在繪制PCB時(shí)除了要注意一般電路板的設(shè)計(jì)規(guī)范以外，一定要注意抗干擾的問(wèn)題：（1）各部件之間的引線要盡量短。（2）在重要以及易受干擾的電路板對(duì)外接口線路中串接高頻扼流環(huán)，以抑制高頻干擾同時(shí)也起到抗操作人員所帶靜電的作用。（3）在信號(hào)輸出及輸入端使用光耦進(jìn)行光電隔離，光耦兩端使用分離的電源，能有效地抑制尖脈沖及各種噪聲的干擾。在光電耦合器的輸入端，既使是幅值很高的干擾，也會(huì)由于沒(méi)有足夠的能量使發(fā)光二極管發(fā)光而被抑制。（4）采用單點(diǎn)接地法。（5）盡量使用45度折線而不用90度折線

27、布線以減少高頻信號(hào)對(duì)外的發(fā)射與耦合。任何信號(hào)都不形成環(huán)路。（6）采用屏蔽技術(shù)。（7）經(jīng)驗(yàn)告訴我們，寬度為100mil厚度為1盎司的PCB銅鉑能夠通過(guò)的電流約為3A。既然M22的瞬間電流為1.7A，那么PCB走線的時(shí)候，銅鉑的寬度就不能太小?？紤]到實(shí)際使用的時(shí)候一般的平均電流為250mA的實(shí)際情況，我在電源走線的時(shí)候銅鉑寬度為80mil。（8）若是電源從一層走到另外一層的時(shí)候，必然要用過(guò)孔來(lái)過(guò)渡。這個(gè)時(shí)候過(guò)孔數(shù)量是多少是需要注意的，由于機(jī)械加工的原因，過(guò)孔分布一定要均勻。（9）音頻走線部分主要注意兩點(diǎn)：1）各條音頻線不交叉；2）各條走線之間要包裹地線。這兩點(diǎn)措施主要是從防止射頻干擾的考慮出發(fā)的。

28、另外電源走線或者是時(shí)鐘走線也不能和音頻走線交叉無(wú)論這種交叉是在頂層TOPLAYER，還是在底層BOTTOMLAYER（10）比較均勻的鋪地。因?yàn)檫@樣也是減少干擾和降低一些很難覺(jué)察的錯(cuò)誤的產(chǎn)生的措施。 （11）在固定時(shí)必須接地。（7）BenQM22通訊板的串口前面已經(jīng)提到了由于RS-232電平的問(wèn)題，M22不能直接和PC機(jī)通訊，但是可以直接和ARM或單片機(jī)通訊，不需要任何電平轉(zhuǎn)換芯片。那為什么這里卻又需要一個(gè)電平轉(zhuǎn)換芯片（SP3238）呢？主要是由于ST2410上的串口已經(jīng)通過(guò)了MAX232，轉(zhuǎn)換成了RS-232-C電平。為了能夠與其通訊，必須也要將由M22出來(lái)的串口信號(hào)轉(zhuǎn)換成RS-232-C電

29、平。在此，我們采用的是另一種電平轉(zhuǎn)換芯片SP3238。因?yàn)榇诵酒梢砸淮无D(zhuǎn)換9個(gè)信號(hào)線，與MAX232相比更方便。圖21 M22與ARM進(jìn)行串口通訊原理圖圖22 SP3238與M22接口的電路原理圖七、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)該GPRS通訊程序是在ARMADS1.2（ARMDeveloperSuite。是ARM公司推出的新一代ARM集成開(kāi)發(fā)工具。）集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中編譯通過(guò)后，然后產(chǎn)生可以直接燒寫在FLASH中的.bin格式的二進(jìn)制可執(zhí)行文件，最后進(jìn)行下載運(yùn)行的。1、引導(dǎo)加載程序的設(shè)計(jì)（1）Bootloader的基本念一個(gè)嵌入式Linux系統(tǒng)從軟件的角度看,通?？梢苑譃樗膫€(gè)層次：（1）引導(dǎo)加載程序：包括固化在

30、固件(firmware)中的boot代碼(可選)，和BootLoader兩大部分。（2）Linux內(nèi)核：特定于嵌入式板子的定制內(nèi)核以及內(nèi)核的啟動(dòng)參數(shù)。（3）文件系統(tǒng):包括根文件系統(tǒng)和建立于Flash內(nèi)存設(shè)備之上文件系統(tǒng)。（4）用戶應(yīng)用程序。特定于用戶的應(yīng)用程序，有時(shí)在用戶應(yīng)用程序和內(nèi)核層之間可能還會(huì)包括一個(gè)嵌入式圖形用戶界面。常用的嵌入式GUI有：MicroWindows和MiniGUI等。（2）ST2410的Bootloader功能說(shuō)明本系統(tǒng)的Bootloader除了具有一般的功能外，還具有以下擴(kuò)展功能:USB口文件下載、串口文件下載、NOR和NANDFLASH的燒寫、運(yùn)行存儲(chǔ)在FLASH中

31、的程序、針對(duì)linux設(shè)置啟動(dòng)參數(shù)、設(shè)置Wince或Linux的自啟動(dòng)、運(yùn)行BenQM22GPRS通訊系統(tǒng)ST2410的Bootloader的流程圖，如圖4.1所示如前所述，此核心板一共由三大存儲(chǔ)設(shè)備NorFlash(2M)NandFlash(64M)SDRAM(64M)。前兩個(gè)Flash設(shè)備就猶如PC機(jī)的兩塊硬盤，(由于NandFlash無(wú)論在價(jià)格與性能上都優(yōu)于NorFlash,因此現(xiàn)在一般都采用NandFlash。)而SDRAM就猶如PC機(jī)的內(nèi)存設(shè)備。下面來(lái)看一下ST2410的Bootloader中設(shè)置的NorFlash與NandFlash的內(nèi)部結(jié)圖23 Bootloader流程圖構(gòu)圖。圖

32、24 NorFlash空間分配圖 圖25 NandFlash空間分配圖2、串口通訊程序的設(shè)計(jì)如前所述，本系統(tǒng)有三大模塊：（1）PC機(jī)：主要負(fù)責(zé)人機(jī)交互。在PC機(jī)上運(yùn)行DNW（一種串口調(diào)試軟件），從而可以顯示和接受來(lái)自ARM的數(shù)據(jù)。（2）ARM微處理器：核心處理器。將已經(jīng)編寫成功的GPRS通訊程序燒寫到其NandFlash中。 （3）M22通訊模塊：GPRS通訊的具體實(shí)現(xiàn)。接受來(lái)自ARM的AT指令，從而進(jìn)行GPRS通訊，并將有用的信息反饋給ARM。圖26 三大模塊之間串口通訊接線原理圖由此可見(jiàn)，串口通訊是本系統(tǒng)主要手段。下面我們就來(lái)詳細(xì)的談?wù)勱P(guān)于串口這部分程序的設(shè)計(jì)。S3C2410ARM微處理器

33、的串口主要是通過(guò)各種串口控制寄存器來(lái)操作串口的：z線路控制寄存器（ULCONn）：用來(lái)規(guī)定傳輸幀的格式；z控制寄存器（UCONn）：用來(lái)設(shè)定串口的一些工作模式；z狀態(tài)寄存器（UTRSTATn）：用來(lái)查詢串口的狀態(tài)；z波特率（UBRDIV）：用來(lái)設(shè)置波特率；z發(fā)送寄存器（UTXHn）：往這里寫數(shù)據(jù)便可以直接往TXD發(fā)送數(shù)據(jù)；z接收寄存器（URXHn）：從這里讀數(shù)據(jù)便可以直接接受來(lái)自RXD的數(shù)據(jù)。（具體的每一位的功能分配，請(qǐng)參見(jiàn)SAMSUNGS3C2410數(shù)據(jù)手冊(cè)）下面針對(duì)本系統(tǒng)，結(jié)合具體的程序，來(lái)具體的討論一下串口的操作步驟；（1）管腳初始化：由于S3C2410微處理器總共只有272個(gè)管腳。而要

34、實(shí)現(xiàn)那么多的功能，顯然如果一個(gè)管腳就只有一個(gè)功能的話肯定是不夠用的。因此，有一些管腳具有多個(gè)功能。在使用之前必須要對(duì)管腳的功能進(jìn)行選擇。rGPHCON=0x2afaa4;/選擇串口功能的管腳rGPHUP=0x7ff;/關(guān)閉所有管腳的上拉功能（2）串口寄存器初始化（以串口0為例）：rUFCON0=0x0;/關(guān)閉串口0的FIFO功能rUMCON0=0x0;/關(guān)閉流控功能rULCON0=0x3;/設(shè)置8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無(wú)奇偶校驗(yàn)串口模式rUCON0=0x245;/設(shè)置串口0的觸發(fā)模式rUBRDIV0=(int)(pclk/16./baud+0.5)-1);/設(shè)置波特率，pclk為CPU主頻，b

35、aud為波特率（3）收發(fā)數(shù)據(jù)while(!(rUTRSTAT0&0x1);/等待接收緩沖空Data=rURXH0;/接受數(shù)據(jù) while(!(rUTRSTAT0&0x2);/等待發(fā)送緩沖區(qū)空rUTXH0=data;/發(fā)送數(shù)據(jù)在此就幾個(gè)問(wèn)題作一下說(shuō)明：（1）溢出的問(wèn)題：本系統(tǒng)用的只是串口通訊的一般模式。因此，發(fā)送寄存器和接收寄存器都只有1個(gè)字節(jié)那么大的空間。那么尤其是在截接受數(shù)據(jù)時(shí)很容易出現(xiàn)接受溢出的現(xiàn)象（即接收寄存器中的數(shù)據(jù)還來(lái)不及被取走，下一個(gè)數(shù)據(jù)就到來(lái)了）。我在編程時(shí)注意到了這個(gè)問(wèn)題，我采用的辦法是：只要接收到了一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)就馬上把它賦給一個(gè)字符型變量，從而為接收下一個(gè)數(shù)

36、據(jù)做準(zhǔn)備。（2）握手信號(hào)(RTS/CTS):如前所述，當(dāng)ARM通過(guò)串口0和BenQM22通訊時(shí)，必須至少要連接5根信號(hào)線（即TXD，RXD，RTS，CTS，GND）。但是由于在S3C2410中，在普通模式下并不能使用RTS和CTS。然而，我們并沒(méi)有必要將GPH0和GPH1管腳定義成CTS和RTS。只需要將GPH0定義成INPUT，將RTS定義成OUTPUT就可以了。(由于PC機(jī)和ARM通訊采用的是串口1，而這只需要3個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)線就夠了，不需要握手信號(hào)。)3、BenQM22模塊內(nèi)部的軟件特性BenQM22的內(nèi)部集成的軟件包括以下3個(gè)部分：Layer1驅(qū)動(dòng)、協(xié)議棧/AT命令、基本接口由于在無(wú)線PS

37、TN和BenQM22模塊中都有微處理器，在這兩者之間的接口通常是AT指令。當(dāng)然由于協(xié)議棧（TCP/IP）的存在，我們也可以通過(guò)發(fā)送AT指令達(dá)到聯(lián)通GSM/GPRS網(wǎng)的目的。圖27 BenQM22模塊內(nèi)部軟件結(jié)構(gòu)圖圖28 BenQM22接收指令時(shí)的流程圖4、AT指令我們可以通過(guò)AT命令進(jìn)行呼叫短信電話本數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)補(bǔ)充業(yè)務(wù)傳真等方面的控制。圖29 AT指令示意圖1、AT指令的語(yǔ)法格式（1）基本語(yǔ)法格式<name><value>Example:ATV1<CR><CR><LF>OK<CR><LF>(response)（2

38、）擴(kuò)展命令格式+<name>=<value>Example:AT+CMUT=0<CR><CR><LF>OK<CR><LF>(response)（3）測(cè)試命令格式+<name>=?Example:ATS3=?<CR><CR><LF>S3:(0-127)<CR><LF>(response)<CR><LF>OK<CR><LF>（4）讀取命令格式+<name>?Example:AT+CAC

39、M?<CR><CR><LF>+CACM:”0”<CR><LF>(response)<CR><LF>OK<CR><LF>2、AT指令的分類（1）一般命令（2）呼叫控制命令（3）網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)命令（4）安全性命令（5）電話本命令（6）短消息命令（7）補(bǔ)充業(yè)務(wù)命令（8）數(shù)據(jù)命令（9）傳真命令（10）串口控制命令5、系統(tǒng)軟件運(yùn)行流程圖軟件主菜單流程圖外電呼入時(shí)流程圖發(fā)送短信流程圖電話本查詢流程圖主動(dòng)呼叫流程圖八、GPRS通訊系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果1、軟件運(yùn)行截圖下面是軟件主要功能運(yùn)行時(shí)的屏幕截圖（1）Bootl

40、oader主菜單Bootloader主菜單（2）GPRS主功能菜單GPRS主功能菜單（3）主動(dòng)呼叫主動(dòng)呼叫（4）主動(dòng)呼叫時(shí)，主動(dòng)掛機(jī)掛機(jī)（5）查閱短消息 短信信息（6）編輯與發(fā)送短消息編輯短信（7）電話本功能菜單電話本菜單（8）查閱已經(jīng)存儲(chǔ)的電話號(hào)碼查閱存儲(chǔ)的電話（9）添加電話條目時(shí)出錯(cuò)添加電話條目時(shí)出錯(cuò)（10）添加電話條目成功添加電話條目成功（11）刪除電話條目刪除電話條目（12）查詢已撥電話查詢已撥電話 （13）查詢未接聽(tīng)電話 查詢未接聽(tīng)電話（14）查詢已接聽(tīng)電話查詢已接聽(tīng)電話（15）來(lái)電顯示來(lái)電顯示九、設(shè)計(jì)總結(jié)計(jì)算機(jī)發(fā)展的目標(biāo)是專用電腦，實(shí)現(xiàn)“普遍化計(jì)算”，因此可以稱嵌入式系統(tǒng)是構(gòu)成未來(lái)

41、世界的“數(shù)字基因”。嵌入式系統(tǒng)與無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成了最具吸引力的嵌入式通訊設(shè)備：設(shè)計(jì)應(yīng)用到車載GPS系統(tǒng)，手持PDA，智能手機(jī)等各方面。本文針對(duì)BenQM22無(wú)線模塊在無(wú)線通訊方面的應(yīng)用，對(duì)基于ARM9與嵌入式Linux的GPRS無(wú)線通訊系統(tǒng)的軟件和硬件方面的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，并對(duì)可以實(shí)現(xiàn)的語(yǔ)音通訊、短信控制、電話本記錄、來(lái)電查詢、來(lái)電顯示等功能進(jìn)行了驗(yàn)證。（1）硬件設(shè)備和開(kāi)發(fā)平臺(tái)的選擇是嵌入式開(kāi)發(fā)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。硬件發(fā)面，本文對(duì)三星公司的各種ARM系列進(jìn)行了分析分析比較，選取了性價(jià)比更高，應(yīng)用更廣泛，對(duì)Linux操作系統(tǒng)支持性更好的ARM構(gòu)架的為處理系列的芯片S3C2410X。同樣，在

42、GSM/GPRS通訊模塊的選擇上，選取的是明基公司的M22無(wú)線通訊模塊。開(kāi)發(fā)平臺(tái)方面，Linux的可靠性、開(kāi)源性、低成本以及豐富的開(kāi)發(fā)工具和開(kāi)發(fā)資源，使得選擇嵌入式Linux系統(tǒng)成為必然。（2）引導(dǎo)裝載程序（Bootloader）的開(kāi)發(fā)是嵌入式開(kāi)發(fā)中非常重要的環(huán)節(jié)。本文充分利用嵌入式Linux系統(tǒng)的開(kāi)源特性，先對(duì)業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的引導(dǎo)裝載程序vivi進(jìn)行了分析，然后再針對(duì)ST2410開(kāi)發(fā)板的外圍電路設(shè)計(jì)了相應(yīng)的Bootloader，并在此基礎(chǔ)上增加了M22無(wú)線通訊功能。在通過(guò)ADS1.2調(diào)試通過(guò)后，便直接下載到ARM中運(yùn)行。因此，簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)流程，縮短了開(kāi)發(fā)周期。（3）M22模塊通訊電路板的設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。本文首先就M22外圍電路中的幾個(gè)具體問(wèn)題做了詳細(xì)的說(shuō)明與解釋：如電源部分的設(shè)計(jì)、差分語(yǔ)音通訊的電路、M22與SIM卡的接口設(shè)計(jì)、天線的選擇等等。又因?yàn)榇薖CB是高頻電路板，與其他的PCB設(shè)計(jì)有很多的不同之處。本文也同時(shí)詳細(xì)的討論了高頻PCB設(shè)計(jì)的方法與注意事項(xiàng)，從而為后續(xù)工作搭建了一個(gè)很好的平臺(tái)。（4）本系統(tǒng)內(nèi)3個(gè)模塊之間都是采用串口進(jìn)行通訊的。本文先分別對(duì)PC機(jī)、ARM、M22模塊的串口接口電路進(jìn)行了深入比較與研究，然后針對(duì)AT指令，對(duì)具體的串口通訊的接口編程的步驟和方法進(jìn)行了詳細(xì)的討論。ARM與嵌