参考]基于gprsgeneralpacketradioservice远程无线数据采集系统设计

参考]基于gprsgeneralpacketradioservice远程无线数据采集系统设计内容摘要：

eketLinux 等 )。 其中，RTLinux 通过把通常的 Limix 任务优先级设为最低，而所有的实时任务的优先级都高于它，以达到既兼容通常的 Limix 任务又保证强实时性能的目的。 另一种常用的嵌入式 Linux 是 uCLimix，它是针对没有 MMU的处理器而设计的。 它不能使用处理器的虚拟内存管理技术，对内存的访问是直接的，所有程序中访问的地址都是实际的物理地址。 它专为嵌入式系统做了许多小型化的工作。 嵌入式系统的开发流程 典型的嵌入式系统开发通常采用软硬件协同设计，将软件设计和硬件设计作为一个整体并行设计，找到软硬件的最佳结合点，从而使系统高效工作。 这样的设计方 法，可以充分利用现有的软硬件资源，缩短系统开发周期、降低开发成本、提高系统性能，避免由于独立设计软硬件体系结构而带来的弊端。 嵌入式系统开发一般由 4 个阶段构成，如图 所示，包括系统描述、系统设计、仿真验证与综合实现。 系统描述是用一种或多种系统级描述语言对所要设计的嵌入式系统的功能和性能进行全面的描述，建立系统的软硬件模型的过程。 系统设计又可以分为软硬件功能分配和系统映射两个子过程。 软硬件功能分配就是要确定哪些系统功能由硬件模块来实现，哪些系统功能由软件模块来实现。 硬件一般能够提供更好的性能，而软件更容易 开发和修改，成本相对较低。 系统映射是根据系统描述和软硬件任务划分的结果，选择系统的软硬件模块以及其接口的具体实现方法，并将其集成，最终确定系统的体系结构。 这一过程要确定系统将采用哪些硬件模块 (如存储器、 Io 片、 MCU、 FPGA、 I/O 接口部件等 )、软件模块 (嵌入式操作系统、驱动程序、功能模块等 )和软硬件模块之间的通讯方法 (数据总线、共享存储器、数据通道等 )以及这些模块的具体实现方法。 仿真验证是检验系统设计正确性的过程。 由它对设计结果的正确性进行评估，以达到避免在系统实现过程中发现问题时再进行反复修改的目的。 在系统仿真验证的过程中，模拟的工作环境和实际使用时差异很大，软硬件之间的相互作用方式及作用效果也就不同，这也使得难以保证系统在真实环境下工作的可靠性。 因此，系统模拟的有效性是有限的。 但是选择好的仿真验证环境对于系统的开发验证往往能起到事半功倍的效果。 软硬件综合实现就是软件、硬件系统的具体制作。 设计结果经过仿真验证后，可按系统设计的要求进行系统制作，即按照前述工作的要求设计硬件软件，并使它们能够协调一致地工作，制作完成后即可进行现场实验。 嵌入式系统的应用领域 嵌入式系统具有非常广阔的应用领域，是现代计算机技术改造传统产业、提升许多领域技术水平的有力工具。 目前大量的 1 32 位嵌入式微处理器应用在工业过程控制、数控机床、电网安全、电网设备检测、石油化工和消费电子等领域，显著提高了这些技术领域的自动化和智能化程度。 航空航天、交通管理、家庭智能管理系统、 POS 网络及电子商务、环境检测等领域技术进步与智能化水平的提高，其中的嵌入式系统功不可没。 嵌入式系统在航天领域得到了广泛的应用，比如在美国宇航局的“基地登陆者”号。 “深空二 号”和火星气候轨道器等登陆火星探测器上，就采用了 Vxwbrks嵌入式操作系统，负责火星探测器全部飞行控制，包括飞行纠正，载体自转和降落时的高度控制等，而且还负责数据收集以及与地球的通信工作。 进入 20 世纪 90 年代以来，随着高新技术的迅猛发展及其在军事领域的广泛应用，武器装备在军事斗争和军队建设中的作用日益突出。 各国在新军事变革中发展武器装备的一个明显共性是，利用现有信息技术的发展成果对现有的武器装备进行改造，最终实现武器装备的智能化，作战系统的网络化。 例如，美国战略核武器民兵 (MinuteMan)系列导弹的导航系统就采用了先进的嵌入式系统。 当前嵌入式系统还广泛用于下面的领域 : 1)无线设备。 超过 85%的无线设备 (手机等 )都采用了 ARM 技术，在向 3G 升 级的过程中， ARM 也地位稳固。 在 PDA 一类的无线设备中， ARM 针对视频流进行了优化，并获得了广泛的支持。 2)蓝牙技术。 ARM 已经为蓝牙的推广做好了准备，有 20 多家公司的元器件产品采用了 ARM 技术，如 E 五 csson、恤 el、 Lueent、 Philips 和 Tl 等。 3)互联网。 随着宽带接入市场的成长，采用 ARM 技术的 ADsL芯片组正在获得 竞争优势。 4)消费电子。 这是增长迅速的市场。 ARM 技术在数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机等应用广泛。 5)汽车。 汽车上使用的 ARM 正在进行设计中，包括驾驶、安全和车载娱乐等各种功能在内的设备有可能采用 5~6 个 ARM 处理器统一实现。 6)海量存储设备。 采用 ARM 技术的存储产品包括硬盘系列、微型闪存卡和可读写光盘等，已经投入生产，并且将会有更加先进的产品问世。 7)成像。 包括 ARM 技术的相机和打印机。 8)安全产品。 在 GsM 和 3G 手机中的 32 位 sIM 智能卡。 嵌入式系统的发展方向 信息时代、数字时代的 来临使嵌入式产品获得巨大的发展机遇，同时带给嵌入式系统应用市场光明的前景，也为嵌入式系统的发展指明了方向。 首先，嵌入式系统技术水平的提升，要求嵌入式系统厂商不仅要提供技术水平更高的嵌入式硬件，还要提供功能更加强大的硬件开发工具和软件包。 其次，对网络化、信息化的需求，随着国际互联网技术的日益成熟、带宽的增加而日益迫切，这就要求嵌入式系统芯片提供强大的网络支持功能。 为适应网络发展的要求，新一代的嵌入式系统芯片已经开始内嵌网络接口，且不仅支持 TCP/IP 协议，还支持 IEEEI39 USB、 CAN、蓝牙或 lrDA 通信接口中的一种或几种，同时还提供相应的通信网络协议软件和物理层驱动软件。 最后，功耗和成本的进一步降低是嵌入式系统今后的发展趋势之一，这就要求其操作系统在可以支撑应用需求的条件下能进一步精简系统的内核。 而为了便于开发，还应提供更加友好的多媒体人机界面等。 小结 本章主要对嵌入式系统进行了总体介绍，包括了嵌入式系统的定义、特点，嵌入式系统的层次结构、嵌入式系统的开发流程，同时对几种常用的嵌入式处理器和嵌入式操作系统做了简单的介绍。 基于嵌入式系统的特色和优势，嵌入式系统的应用也越来越广泛，已成为当今最热 门的技术之一。 4 远程数据采集系统的硬件设计 整体结构 系统结构框图 本系统的硬件平台主要由微处理器单元、存储器单元、 GPRS 模块单元、外部传感器单元、串口通讯单元以及 JTAG 接口， USB 接口， LCD 显示等部分组成，系统整体结构框图如图 所示。 该系统终端采用 ARM 处理器，通过控制 GPRS 模块，连接到移动公司的GPRS 网络，再连接到远程的计算机监控中心，从而实现远程的数据传输功能。 扩展了 Flash 程序存储器和 SDRAM， Flash 存储器用于存放已调试好的应用程序和嵌入式 Limix 操作系统。 串口通讯模块用于调试系统，及与终端设备进行通信。 LCD 液晶显示屏用于显示系统信息和相关的状态。 JTAG 接口用于仿真调试程序。 USB 接口用于烧写 Linux 系统相关的代码。 系统的 CPU采用的是 samsung 公司的一款 ARM92oTs3c2440 芯片，采用五级流水线和哈佛结构，具有高性能、低功耗的特点，配有全性能的 MMU、数据Cache 和高速的 AMBA 总线接口。 FLAsH 采用 samsung 公司的一片 64MKgF12osuoB， 用 于存储已调好 的应用程序和嵌入式操作系统。 SDRAM 采用了两片 16M 的 HY57V561620FTP 一 H，较大的容量保证了数据处理和网络协议的高效运行。 S3C2440 处理器介绍 S3C2440 是韩国三星公司的一款基于 ARM920T 内核的 16/32 位 RISC 嵌入式处理器，主要面向手持设备以及高性价比、低功耗的应用。 运行的频率可达到400MHz， ARM92OT 核由 ARM92OTDMI、存储管理单元 (MMU)和高速缓存三部分组成。 其中 MMU可以管理虚拟内存，高速缓存由独立的 16KB地址和 16KB数据高速 cache 组成。 ARM920T 有两个协处理器 :CP14 和 CP15， CP14 用于调试控制器， CP15 用于存储系统控制以及测试控制。 S3C2440 的资源包括 : 1 个 LCD 控制器 (支持 STN 和件 T 带有触摸屏的液晶显示屏 )。 SDRAM 控制器和外部存储器接口。 3 个通道的 UART，其中一个通道可以作为 LDA 红外通信接口。 4 个通道的 DMA。 4 个具有 PWM 功能的计时器和一个内部时钟。 8 通道的 10 位 ADC。 4 线电阻式触摸屏接口。 ns 音频接口。 2 个 USB 主机接口， 1 个 USB 设备接口。 1 个 nC 总线接口和 2 个 SPI 接口。 SD 接口和 MMC 卡接口。 看门狗定时器和 RTC 实时时钟。 130 个通用 I/O 和 24 个外部中断源。 8 通道 10 位 //D 控制器。 53C2440 将系统的存储空间分为 8 组 (Bank)，每组的大小是 128MB，共 IGB。 Banko 至 Banks 的开始地址是固定的，用于 ROM 或者 SRAM。 Bank6 和 Bank7用于 ROM、 SRAM 或者 SDRAM，这两个组可编程，且大小相同。 Bank7 的开始地址是 Bank6 的结束地址，灵活可变。 所有内存块的访问周期都可以编程。 53C2410 采用 Ngcs[7:0]8 个通用片选信号选择这些组。 53C2410 支持从 NandFlash 启动， NandFlash 具有容量大，比 NorFlash 价格低等特点。 系统采用 NandFlash 与 SDRAM 相结合，可以获得较高的性价比。 53C2440具有三种启动方式，可以通过 OM[1:0]引脚来选择 : OM[l:0]=00 时，处理器从 NandFlash 启动。 OM[l:0]=01 时，处理器从 16 位宽的 RoM 启。 OM[l:0]=10 时，处理器从 32 位宽的 RoM 启动。 用户可以将引导代码和操作系统镜像存放在外部的 NandFlash 中，并从NandFlash 启动，当处理器在这种模式下复位时，内置的 NandFlash 将访问控制接口，并将代码自动加载到内部 SDRAM 中并运行。 之后， SRAM 中的引导程序将操作系统镜像加载到 SDRAM 中，操作系统就能够在 SDRAM 中运行。 启动完毕之后， 4KB 的启动 SRAM 就可以用于其他用途。 如果从其他方式启动，启动 ROM 就要定位于内存的起始地址空间 0X00000000，处理器直接在 ROM 上运行启动程序，而 4KB 启动 SRAM 被定位于内存地址的 0X40000000 处。 53C2440 对于片内的各个部件采用了独立的电源供电方式 : 内 核采用 供电。 存储单元采用 ，对于一般的 SDRAM 可以采用 ，对于移动的 SDRAM 可以采用 VDD 等于。 VDOQ 等于。 I/O 采用独立。 主要模块的设计 电源模块 电源部分是电路设计中主要的一环，电源部分设计的好坏，直接影响到整个系统能否正常工作，本系统中所涉及的芯片众多，集成度较高，需要在电路板中分别为 53C2440MCU，内存，以及其他扩展模块提供不同的电压值。 网络接口，UART点平转换等需要 +。 而 S3C2440MCU需要 + I/O电压和 +核心电压。 下面就是各个电源模块的设计原理图，如图 所示。 SDRAM 的设计 SDRAM 具有高速、大容量等优点，是一种具有同步接口的高速动态随机存储器，它的同步接口和内部流水线结构允许存储外部高速数据，数据传输速度可以和 ARM 的时钟频率同步，主要用作程序的运行空间、数据及堆栈区。 ARM内部有一个可编程的 16位或者是 32位宽的 SDRAM接口，允许连接两组 SDRAM容量 512Mblt。 本系统设计中选择了 Hynix 公司的 HY57v561620FTP 一 H，它的容量是 16MB，单片数据宽度是 16 位，为了增加数据吞吐能力，所以选取了两片 SDRAM 构成犯位地址宽度。 SDRAM 模块的原理图如图 所示。 其中， SDRAM 的存储单元可理解为一个电容，总是倾向于放电，为了避免数据丢失，必须定时刷新。 因此，要在系统中使用 SDRAM，就要求微处理器具有刷新控制逻辑，或者是在系统中另外加入刷新控制逻辑电路。 ARM 芯片在片内具有独立的 SDRAM 刷新控制逻辑，可以方便地与 SDR。