嵌入式无线接入系统设计

2013-05-26 12:12:58来源: 互联网
1 引言

  现在各行业对无线通信的需求愈来愈多,能够无线接入Internet 网络是最重要的需求之一。随着信息技术的飞速发展,嵌入式系统也正在迅速、广泛地应用于工业、服务业和消费电子业。XSCALE 微架构应用处理器,是 Intel公司为新一代无线应用产品开发的嵌入式处理器。CDMA 1X无线通信网络,引入了高速分组数据业务和IP 技术, 为支持各种多媒体分组业务打下了基础,CDMA 1X 能提供153.6 kb/s 的数据速率。CDMA (Code Division Multiple I Access)无线网络系统已分别在美国、韩国、中国和中国香港等区域投入使用,取得了良好的网络性能,美国高通、诺基亚公司、韩国三星公司、三洋电子公司和西门子公司等世界大公司都进行了CDMA 系统的研发。

  嵌入式系统的开发多采用模块化的思想,首先在开发板上进行,然后根据实际性能再进一步开发。XSBase是一款基于英特尔XSCALE PXA255处理器的高端嵌入式设备开发平台,该平台支持嵌入式设备的软硬件开发,我们在该平台上开发实现了以Intel XSCALE PXA255 高性能嵌入式处理器为核心硬件平台,以嵌入式Linux为操作系统,以CDMA 1X无线通信模块YCIG-CCMG1X800为核心通信单元、支持宽带无线网络CDMA 1X 的嵌入式无线通信接入系统。

  2 嵌入式无线通信终端系统总体描述

  我们所设计的嵌入式无线通信终端系统,是一种移动无线通信接入系统,它在整个通信网络中的位置示意如图1,它能够无线接入当前已经遍布全国的CDMA 1X无线蜂窝网络,也可以通过CDMA 1X无线网络接入Internet或者PSTN(Public Switched Telephone Network)。该无线通信终端系统带有高性能的嵌入式处理器,支持液晶屏显示和嵌入式Linux操作系统,具有低功耗和便于移动携带的特点。

  (注:MSC(Mobile Switching Center)移动交换中心;BTS(Base Station)基站;IWF (Inter-Working Function) 互通功能。)

  3 嵌入式无线通信终端系统的结构组成

  嵌入式系统一般包括硬件和软件两部分,该嵌入式无线通信终端系统的硬件是由Intel XSCALE PXA 255 ARM架构嵌入式处理器(400MHz主频)、CDMA 1X无线通信模块YCIG-CCMG1X800、SDRAM(64Mbyte)、FLASH(32Mbyte)、6.4英寸TFT LCD液晶屏(真彩,分辨率640x480)、触摸屏(四线电阻式)、电源模块以及扩展接口(GPIO)组成,通信终端系统硬件构成如图2所示。

  3.1 嵌入式微处理器

  嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器,嵌入式微处理器一般就具备以下特点:对实时多任务有很强的支持能力,能完成多任务并且有较短的中断响应时间;嵌入式微处理器功耗很低,尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备。XSCALE PXA 255 就是一种高性能(主频400MHz)低功耗的ARM架构的嵌入式微处理器,它的主要特性如下:采用7/8级流水线;支持多媒体处理技术;指令快存(I-Cache32KB);数据快存(D—Cache32KB),可重构为28KB片内RAM;指令存储器管理单元I—MMU;动态电源管理功能。目前,根据系统工作环境的要求我们选用了Intel XSCALE PXA 255。

  3.2 无线通信模块

  无线通信模块的是建立无线通信链路,接入CDMA 1X无线网络的基础,我们选用的CDMA 1X无线通信模块是YCIG-CCMG1X800。

  YCIG-CCMG1X800是CDMA 1X RTT(Radio Transmission Technology)无线通信模块之一,能够适用于多种无线终端设备。支持R-UIM卡,模块允许应用软件开发,支持开放AT命令集。它与处理器通过标准RS-232接口相连接。该模块能直接读取UIM卡信息,带有MODEM状态指示灯,基于以上特性该模块我们选用作为无线通信模块。

  3.3 存储器

  为了满足数据存储的需要,我们采用了64M的SDRAM和32M的Flash,PXA 255处理器可以与16位或32位异步SRAM接口。我们可以用与SRAM类似的接口访问Flash存储器。

  3.4 显示单元

  PXA255处理器内部集成有LCD控制器,它提供了从处理器到Active(TFT)显示屏的接口,LCD控制器的作用是将Frame Buffer里的数据传输到LCD控制器的内部,然后经过处理,输出数据到LCD的输入引脚上。触摸屏带有触摸屏控制芯片,触摸屏控制芯片与PXA 255相连接。触摸屏是一种透明的绝对定位系统,一般分为四个基本类型:电阻式触摸屏、电容式触摸屏、红外线式触摸屏和声表面式触摸屏;我们设计使用的是电阻式触摸屏。

  3.4 电源单元

  电源单元采用模块化设计,输入+5V输出3V和稳定的5V分别供给通信模块使用和处理器使用,在系统设计实现中加入了多级稳压电路和高精度低功耗CMOS线性调压电路,它起到电源管理的作用,电源管理芯片是MIC5219,具有过热和过流保护功能,工作额定电流能达到150mA,适合了我们的系统设计需要。

  4 通信模块硬件接口设计

  串行通信是目前十分实用的通信方式之一,在通信模块与处理器的硬件接口上,我们设计了全功能的UART(通用接收/发送器)即FFUART,UART具有Modem控制脚,允许通过软件控制数据流,UART可执行串行/并行转换,处理器可读出UART的各种状态,FFUART支持Modem控制功能。CDMA 1X无线通信模块在功能上可映射为无线Modem,这样PXA 255就能够很方便实现对通信模块的控制。CDMA 1X 通信模块也具有全功能的UART,在它们之间使用串口转换芯片SP3238,实现两者之间RS-232接口的电平转换。

  5 软件流程设计

  嵌入式系统软件设计部分主要包括操作系统,驱动程序,应用程序。操作系统我们选用Redhat9.0版本进行定制裁减,驱动程序主要是串行口驱动,应用程序主要是拨号程序。开发这些软件要根据嵌入式开发流程来建立开发环境。

  5.1 软件开发环境建立

  基于嵌入式Linux开发环境一般由目标系统硬件开发板和装有Linux桌面版的主机平台PC组成。我们这里用的是Redhat9.0的版本。目标系统硬件开发板用来运行嵌入式操作系统Linux、用户系统应用程序等,而主机平台用来嵌入式操作系统内核编译,文件系统的制作和系统应用程序开发和调试等。双方通过串口、并口或者以太网口等建立连接关系。

  5.2 系统工作执行流程图

  系统工作开始工作时,执行流程如图5.1所示,首先通过供电单元提供的电源进行系统上电,接着启动Bootloader,然后开始加载嵌入式Linux的系统内核,接下来进行外设模块的初始化进程,在存储单元准备就绪后,初始化次序为显示单元(触摸屏/TFT/LCD 液晶显示屏)、GPIO(通用输入输出接口)和CDMA 1X无线通信模块,如果外设未初始化成功,将重新进行初始化,成功后准备接入无线网络;开始加载网络协议(Point-To-Point Protocol、TCP/IP),加载成功后运行用户应用程序,系统使用结束后,关闭主程序,系统执行结束。

  该无线通信终端接入Internet后,就能够进行通过互联网承载的应用。无线接入网络的流程如图5.2所示。系统启动,操作系统载入后,首先初始化CDMA 1X无线模块,进行端口终端设置和波特率设置,波特率一般设置为115200bps;模块初始化完毕后,进入拨号等待状态,因为该无线通信终端在功能上映射为无线Modem,所以登陆网络需要进行拨号连接,接入号是#777,用户名和密码均为card,启动拨号程序后,确认是否拨号成功,如果成功拨号,则调用Internet服务程序,如网络浏览器、用户应用程序等;最后使用Internet结束后,关闭无线连接。

  5.4 串口驱动分析

  Linux操作系统对串口提供了很好的支持,嵌入式Linux也保留了这些功能。我们设计串口应用时,进行的串口操作主要是:设置串口、打开和关闭串口以及读写串口(收、发数据);最基本的设置串口包括波特率设置,效验位和停止位设置。在驱动代码开发时,需要定义一些结构体,用它来实现上层抽象操作和底层具体操作的联系,它应该包括串口初始化函数、打开函数、关闭函数、接受函数、发送函数;编写驱动代码就是实现这些函数。

  6 结束语

  该系统设计已应用到具体项目之中,在网络性能良好的状况下,能达到115200bps的网络连接速率。由于采用了高性能低功耗嵌入式处理器XSCALE和CDMA 1X模块,使得该无线接入系统,能够接入Internet网络,从而实现多种应用,如远程数据传输、无线监控等。随着无线通信技术领域和用户市场的不断发展,无线通信终端接入系统在交通路况监控、林业森林养护、工业现场数据传输、远程图像传输等方面将会有更大的前景。

关键字:嵌入式  无线接入

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/0526/article_18661.html
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