（信号与信息处理专业论文）无线短信通信终端的设计与实现.pdf

摘要 摘要 在这个信息大爆炸的时代，各种信息栏，信息牌，广告牌等信息终端在我们 的日常生活中扮演着越来越重要的角色，如何高效经济及时准确的对各种终端信 息进行更新成为当前存在的一个问题。当前，信息终端的更新方式主要依靠人工 逐个更新或者有线通信的方式，前者效率低下，信息实时性差，后者价格昂贵且 受距离限制。因此，我们亟需一种更加方便、科学、及时、准确的信息更新方式。 本论文阐述了一种基于u c o s i i 的g p r s 无线短信通信终端，采用s a m s u n g 的 $ 3 c 2 4 1 0 处理器作为m c u ( m i c r o p r o c e s s o rc o n t r o lu n i t ) ，b e n q 公司的m 2 2 作为 g p r s 通讯模块，用l e d 点阵屏作为终端的信息显示屏，成功实现了不受距离限制 的远程信息实时更新系统。本论文首先介绍了课题研究的背景和意义，国内外无 线终端的现状及发展；介绍了g p r s 体系结构、特点、业务及市场应用前景；同 时对u c o s i i 操作系统进行了系统分析。其次，介绍了无线通信终端总体设计方 案，系统主要功能，系统由控制台、短信中心及无线短信终端三部分构成，需要 更新的信息通过控制台发送，通过短信中心处理，发送到无线短信终端上，实现 文字信息的远程及时更新。重点介绍了终端的硬件设计和软件设计，终端硬件由 g p r s 通信模块、存储器、处理器及相关外围电路、l e d 屏及驱动电路组成，详细 介绍了从硬件选型到各个具体电路的设计方法，分析了硬件抗干扰性。实现了 u c o s i i 在硬件板上的移植，对终端软件部分进行了系统任务划分，给出了实现 过程和硬件底层驱动程序设计，设计了界面友好的人机交互界面。该终端的设计 解决了类似车站广告牌那样每次都需要人工更新效率低下、工作量大、操作复杂、 信息更新时间滞后等严重问题，解决了有线终端需要铺设线路硬件成本昂贵、受 通信距离限制的问题。 在实验室进行了一个控制台对一个信息终端的实时更新信息实验，短信息发 送到接收一般在5 3 0 s ，能显示出汉字、数字、字母。 结果表明，能实现短信息实时更新的设计要求，信息更新准确，具有实用性 和应用前景。 关键字：g p r s ；终端；a r m ；u c 0 s ；l e d 广东工业大学硕 学位论文 a b s t r a c t i nt h ee r ao fi n f o r m a t i o ne x p l o s i o n ，a l lk i n d so fi n f o r m a t i o nt e r m i n a l s ，s u c ha s i n f o r m a t i o nb o a r d s ，b i l l b o a r d sa n ds oo n ，a r ep l a y i n ga l li n c r e a s i n g l yi m p o r t a n tr o l ei n o u rd a i l yl i f e h o wt ou p d a t et h ei n f o r m a t i o no f t h ev a r i o u st e r m i n a l st i m e l y , a c c u r a t e l y , e c o n o m i c a l l ya n de f f e c t i v e l yi sb e c o m i n gat o u g hp r o b l e m c u r r e n t l y , t h e r ea r em a i n l y t w o w a yt ou p d a t et e r m i n a li n f o r m a t i o n t h ep r e v i o u s ，u p d a t em a n u a l l y , w h i c hh a sl o w e f f i c i e n c y , l o wr e a l - t i m ea b i l i t y t h el a t e r , u p d a t eb yw i r ec o m m u n i c a t i o n ，w h i c hi sq u i t e e x p e n s i v ea n dh a m p e r e db yd i s t a n c el i m i t a t i o n s s oam o r ec o n v e n i e n t ，s c i e n t i f i c ， t i m e l ya n da c c u r a t ew a yt ou p d a t et h ei n f o r m a t i o ni sn e e d e du r g e n t l y t h i sp a p e rd e s c r i b e sa nw i r e l e s sg p r sc o m m u n i c a t i o nt e r m i n a l sb a s e do n u c o s i i ，w h i c hu s e ss a m s u n gp r o c e s s o r $ 3 c 2 4 10a si t sc p ua n db e n qm 2 2a sa g p r sc o m m u n i c a t i o nm o d u l e ，m e s s a g es i g nt e r m i n a lb a s e do nd o tm a t r i xl e da n d s u c c e s s f u lf i n i s h e sr e a l - t i m eu p d a t e so fi n f o r m a t i o nf o ra n yl o n gd i s t a n c et e r m i n a l s t h i sp a p e rf i r s t l yi n t r o d u c e st h er e s e a r c hb a c k g r o u n d ，r e s e a r c hs i g n i f i c a n c e ，t h ec u r r e n t s t a t u so fd o m e s t i ca n do v e r s e a sw i r e l e s st e r m i n a l sa n di t sd e v e l o p m e n t t r e n d , t o o ，g i v e s t h ed e s c r i p t i o no ft h eg p r sa r c h i t e c t u r e ，i t sf e a t u r e s ，i t s o p e r a t i o na n dm a r k e t p r o s p e c t s ，a n dg e n e r a l l ya n a l y z e su c o s i io p e r a t i n gs y s t e m s e c o n d l y , t h ep a p e r d e s c r i b e st h eg e n e r a lp r o je c td e s i g no fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e r m i n a l ，i t sw h o l e f u n c t i o na n ds y s t e mc o n s t i t u t i o ni n c l u d i n gc o n t r o lc e n t r e ，s m sc e n t e r sa n dw i r e l e s s m e s s a g i n gt e r m i n a l s m e s s a g e sn e e d e dt ob eu p d a t ei st r a n s m i t t e dv i ac o n t r o lc e n t e r , b y b e i n gh a n d l e di nm e s s a g ec e n t e r , m e s s a g e sw i l lb et r a n s m i t t e dt ot h et e r m i n a l st o f i n i s hu p d a t et i m e l yi nal o n gr a n g e t h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r ed e s i g no ft e r m i n a li s d e s c r i b e da sa e m p h a s i sp a r t t e r m i n a lh a r d w a r eb ec o m p r i s e do fg p r s c o m m u n i c a t i o nm o d u l e ，m e m o r y , p r o c e s s o ra n dr e l a t e dp e r i p h e r a lc i r c u i t s ，l e da n d i t sd r i v e rc i r c u i t t h eh a r d w a r ea n t i - i n t e r f e r e n c ei sa n a l y z e d , t h es e l e c t i o no f h a r d w a r e ， e a c hs p e c i f i cc i r c u i td e s i g nm e t h o da r ei n t r o d u c e di nd e t a i l t h eg i v e nd e s i g nr e a l i z e s t h et r a n s p l a n t a t i o no fu c o s - i io nt h eh a r d w a r eb o a r d ，a n da c h i e v e sa s s i g n m e n to f a b s t r a c t s o f t w a r es y s t e ma n dp r o c e s so fi t si m p l e m e n t a t i o n , a n dg i v e st h eu n d e r l y i n gh a r d w a r e d r i v ep r o g r a ma n dt h ed e s i g no faf r i e n d l yu s e ri n t e r a c t i v ei n t e r f a c e t h i st e r m i n a ln o t o n l yo v e r c o m e sl o we f f i c i e n c y , d i f f i c u l to p e r a t i o n ，l o wr e a l - t i m ei n f o r m a t i o nu p d a t e i n g ， e n o r m o u sh u m a nw a s t eb u ta l s or e s o l v e st h ep r o b l e m so fh i 曲c o s ti nt e r m i n a l h a r d w a r ea n dl i m i to fc o m m u n i c a t i o nd i s t a n c e a ne x p e r i m e n t si sc a r r i e do u tb e t w e e nac o n t r o lc e n t r ea n da l li n t e l l i g e n c e t e r m i n a l ，t h et i m es p e n tb e t w e e ns h o r tm e s s a g eb e i n gt r a n s m i t t e da n dr e c e i v e di sa b o u t 5 3 0s e c o n d s ，a n dc h i n e s ec h a r a c t e r s ，d a t a , e n g l i s hl e t t e r sa l lc a nb er i g h t l yd i s p l a y e d r e s u l t st u r no u tt h a tt h ew h o l ed e s i g nc a r lr e a l i z er e a l - t i m ea n da c c u r a t e l y u p d a t i n go fs h o r tm e s s a g e s w h i c hh a sp r a c t i c a l i t ya n da p p l i c a t i o np r o s p e c t k e y w o r d s ：g p r s ；t e r m in a l ；a r m ； u c o s ii ；l e d i i i 广东工业大学硕士学位论文 独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以 标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，不包 含本人或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明，并表示了谢意。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的，论 文成果归广东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。 论文作者签字：留尹 指导教师签字： 惰孚 日 第一章绪论 第一章绪论弟一早三百下匕 1 1 课题研究的背景及意义 1 1 1 课题研究的背景 2 1 世纪是信息的时代，各种大量的信息充斥着我们日常生活的各个方面，信 息对整个社会的影响逐步提高到一种绝对重要的地位。生活，工作，学习，交通， 旅游，娱乐等各种信息量都以几何级数的速度在增长，同时，对于信息传播的速 度，信息处理的速度以及应用信息的程度等都提出了越来越高的要求。 随着现代信息技术的发展，信息流通和信息处理在我们的生活中扮演着越来 越重要的角色；广告牌、公交车站牌等信息牌随处可见，给我们日常生产生活带 来了极大方便，目前广州市就有4 0 0 0 多家广告公司，不算小巴士就有8 0 0 0 多辆 公交车，每天都有大量的信息终端需要更新，而目前的终端信息更新方式主要是 传统的依靠人力逐个逐个信息牌更新和有线传输的方式；有线传输的方式需要铺 设线路，成本较高，特别是对于远距离的终端，受到距离和经济成本的严重限制。 人力更新方式的弊端也充分暴露出来，面对如此多的，分布如此广泛，位置各异 的各种信息牌，按照传统的信息更新手段，工作量相当巨大，效率低下，操作很 不方便，且容易造成信息牌的更新出现遗漏，无法对信息终端进行及时的监管， 使得信息得不到及时准确的更新，造成信息传播阻塞、延时时间长等严重后果， 给信息的流通和处理带来严重不便。所以亟需一种更加方便、快捷、及时、经济 的信息更新方式。 1 1 2 课题研究的意义 g p r s t l l ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ，即通用分组无线业务) 因为具有永远在 线、不需拨号、价格便宜、覆盖范围广等优点，已经成为远程终端设备的首选。 本文介绍的无线短信通信终端正是利用了g p r s 的以上突出优点采用g p r s 通信 模块以短信息发送方式实现远程信息的及时、方便、快捷更新，远程监控无线信 息终端。 广东t 业大学硕士学位论文 同时，远程无线短信通信终端还具有以下优点： ( 1 ) 提高了效率：在管理中心通过上位机软件下发相应的指令就可对系统所 有终端进行信息更新，对每个终端运行情况实时监控，更新操作简单，就像发短 信一样即可完成操作，完全克服了人工现场更新操作复杂，费时费力的弊端。 ( 2 ) 提高管理水平：通过无线通信短信终端更新信息，在几秒时间内即可以 对终端信息实现更新，方便快捷，且不会出现终端更新遗漏等现象，可以通过查 询日志来核对信息的准确性，规范了信息终端的维护，极大提高了信息终端的管 理水平。 ( 3 ) 综上所述，无线短信通信终端具有广阔的市场前景和实用价值，在不久 的将来必将得到广泛的应用。 1 2 国内外无线终端的现状及发展趋势 远程无线通信终端的出现，是计算机网络技术与通信技术发展相结合的必然 结果。早期远程终端主要是非实时非在线更新信息方式，而现代通信终端是有线 通信方式，借助于计算机、互联网和通信技术，操作者可以依靠安装在现场终端， 远隔千里便可随时按需要更新信息；随着技术的不断进步，市场的需求，远程无 线通信终端正在迅速兴起。远程终端的通信和信息更新模式是与通信技术的发展 密不可分的，伴随着通信技术的发展，国内外目前主要有二种模式。 第一种为有线远程通信终端，此种模式是采用有线传输方式，根据通信方式 的不同，可以有以太网、光纤网等等，这也是现在广为使用的方式，如现场总线。 此种通信方式的终端，国内外发展的都较为成熟，性能良好，功能完善，已经得 到了广泛的使用。最显著特点是控制中心将需要更新的信息，如图文信息，图像 信息，音视频信息通过有线传输的方式在终端显示出来，有线信息终端在国内外 大城市的繁华地带随处可见，如纽约、东京、伦敦、广州、北京、上海的闹市街 头。由于数字信号远程传输的保真度高，不受时间和空间影响，因此，此类方式 的信息终端可以实现真正意义上的实时在线更新，但是，这种方式在网络铺设上 投资巨大，而且受距离限制，距离越远铺网的投资就越高。 第二种是目前正在迅速发展的无线远程通信终端，无线远程通信终端使用的 网络又分为专网专用的独立构建无线网和利用公共网络构建的无线网( 如利用联 2 第一章绪论 通，移动网络构建无线网1 。独立构建的无线网由于要自己进行网络构建包括传输 设备，中继站，传输协议制定，工作量比较大，相对成本高。利用公网构建的无 线网通信方式是依托遍布全球的g s m 网，它的最大特点是打破了距离的限制， 从而可以实现全国乃至全球漫游通信。g p r s 技术传输速度快，永远在线，用g p r s 技术实现的通信终端，实时性强，安全可靠，按流量计费，经济合理。利用g p r s 进行远程监控，既避免了开发新的频率资源，又开辟了远程监控的新领域。该系 统具有网络覆盖范围广，系统抗干扰能力强，通信速度快，通信误码率低等优点， 并且，完全利用g p r s 移动通信网络，建设和运行成本低。随着g p r s 网络技术 的不断发展，构筑在g p r s 网上的远程无线通信终端必然能与移动通信技术的发 展同步，应用前景非常广阔。 1 3 本文解决的关键问题 本论文解决的关键问题主要有： 1 用g p r s 无线通信实现信息实时更新代替传统的人工低效率笨拙方式或 经济代价高的有线传输更新方式。 2 无线终端的使用不受距离的限制，短信更新实时性高，解决了传统人工更 新方式信息延时较长问题。 3 接收端通过校验发送方是否为控制中心号码，通过验证确认为控制中心号 码后才接收数据，提高了信息的安全性。 4 短信采用p d u 模式，通过p d u 解码程序，实现了中英文混合短信的正 常显示。 5 本系统上位机软件在v i s u a lc + + 平台下开发，可运行在p c 机的 w i n 9 8 2 0 0 0 x p 等操作系统中，通过软件可以对远程终端实时管理，操作简单方 便。 1 4 主要研究内容和论文章节安排 本课题主要工作是设计一种基于u c o s i i 的g p r s 无线短信通信终端。主要研 究内容包括了控制台上位机设计，终端模块硬件选型，终端硬件电路设计及模块 接口电路设计，下位机软件的编写，结果的测试分析。为了方便未来功能的扩展， 3 广东工业大学硕士学位论文 嵌入了u c o s i i 实时操作系统。它涉及到了g p r s 通信系统、u c o s i i 操作系统、 l e d 屏及相关软硬件驱动的研究。 根据研究内容，本论文各章的主要内容如下： 第一章绪论介绍了课题研究的背景及意义、国内外无线终端研究的现状及发 展趋势和本文研究的关键问题及内容。 第二章介绍了g p r s 体系结构和提出了系统总体方案，详细分析了g p r s 数据 传输协议和网络结构。分析了系统构成及主要功能。 第三章对u c o s i i 操作系统进行了详细的系统分析，说明了其内核结构及运 行机理。 第四章详细介绍了终端硬件组成，各硬件模块及选型，各模块及处理器相关 外围电路的设计，分析了硬件的抗干扰性。 第五章介绍了终端软件开发的详细过程，任务划分，底层硬件驱动程序设计， 最后给出了上位机操作界面分析。 1 5 本章小结 本章阐述了课题研究的背景及意义、国内外无线终端的现状及发展趋势，本 论文解决的关键问题，主要研究内容和论文结构安排。 4 第二章g p r s 结构原理及终端总体方案 第二章g p r s 结构原理及终端总体方案 2 1g p r s 通信系统介绍 g p r s t 2 1 是g s mp h a s e 2 1 规范实现的内容之一，是g s m ( g l o b a ls y s t e mf o r m o b i l ec o m m u n i c a t i o n ) 网络向第三代移动通信演进的中间阶段。g p r s 采用与 g s m 相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、调频规则以及相同的 t d m a ( t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 帧结构。g p r s 能够使得用户在端到端分组 传送模式下发送和接收数据，由于无线资源采用动态分配方式，一个用户可分配 多个时隙，一个时隙也可以由多个m s ( m o b i l es t a t i o n ) 共享，用户虽然与网络一直 连接，但仅当有数据传送时才占用无线信道资源b 4 】，与原有的电路型业务相比较， 用户使用g p r s 业务将具有建链时间短、数据传输速率高、费用低等特点。 2 1 1g p r s 体系结构 2 1 1 1g p r s 网络结构 g p r s 是在g s m 系统基础上引入新的部件而构成的无线数据传输系统，它采 用分组交换技术，能兼容g s m 网络并在网络上更加有效的传输高速数据和信令。 g p r s 系统原理如图2 1 所示【s 】： 为了实现g p r s ，需要在现有的g s m 网络中引入三种新的逻辑网络实体，即： 1 g g s n ( g p r s 网关支持节点，g a t e w a yg p r ss u p p o r tn o d e ) ：是连接g p r s 网络与外部数据网络的节点。对于外部数据网络来说，它是一个路由器，负责存 储已经激活g p r s 用户的路由信息。g g s n 接收移动终端发来的数据，转发至相应 的外部网络，或接收来自外部网络的数据，通过隧道技术传给相应的s g s n 。另 外g g s n 还具有地址分配、计费、防火墙等功能嘲。 2 s g s n ( g p r s 业务支持节点，s e r v i n gg p r ss u p p o r tn o d e ) ：主要功能是 对移动终端进行鉴权和移动性管理，建立移动终端到g g s n 的传输通道，接收从 b s s ( b a s es t a t i o ns u b s y s t e m ) 传来的移动终端分组数据，通过g p r s 骨干网传送给 g g s n 或者将分组发送到同一服务区内的移动终端。 5 广东i 业大学硕士学位论文 矿毒ji 号0 回基叵恒：) 2 112g p r s 数据传输协议 g p r s 网络通信过程中的数据传输平台独立于网络子系统，由分层的协议结构 组成。传输平台能够提供用户信息传递，采取信息传递过程控制( 如流量控制、 差错检测、差错纠正和错误恢复等) 。数据传输平台如图2 2 所示一s l 。 u m 接口：空中接口，其射频部分与g s m 相同，但逻辑信道增加了分组数据 信道，采用t 4 种新的信道编码方式，并能支持多时隙传输方式，最多可到8 个时 隙。 g b 接口：s g s n 与b s s 之间的接口。该接口既传送信令又传送话务信息。它 通过基于帧中继的网络服务提供流量控制，支持移动性管理功能和会话功能，同 时支持移动台分组业务经b s s 至i j s o s n 的传输。 g i l 接口：同一p l m n ( p u b l i c l a n d m o b i l en e h 惭k ) 中的两个g s n ( g p r ss u p p o r t n o d e s ) 之间的接口，它支持用户数据和有关信令的传输，支持移动性管理，在基 于i p 的骨干网中，g n 使用g p r s 隧道协议。 第二章g p r s 结构原理及终端总体方案 i 应用 i i p ，x 2 5i p ，x 2 5 s n d c pd ；少+g t p g t p譬n n r p l l cl l cu d p ， 二 u d p i 也c中b s s g p t c pt c p r t ，r i s 譬g p p 山 i p m a c网络业务 l 2 一 l 2 t a c 网络、l ，备 g s m r fg s m r f _ , i b i sl i b i sl ll 1 m su 盘b s so bs g s no ng g s no i 图2 - 2 数据传输平台示意图 f i g 2 - 2d a t at r a n s m i s s i o np l a t f o r md i a g r a m g i 参考点：g g s n 与外部分组数据网络之间的接口参考点。由于g p r s 可以支 持各种各样的数据网络，因此g i 不是标准接口，只是一个参考点。该接口参考点 支持的协议不在g p r s 规范定义之内而是根据所互通的数据网采用相应的适用协 议。 g t p ：g p r s 隧道协议，该协议在g p r s 骨干网络内部的g p r s 支节点之间采用 隧道方式传输用户数据和信令。所有的点对点的、采用p d p ( p a c k e td a t ap r o t o c 0 1 ) 的分组数据单元都将通过该协议进行封装打包。 t c p u d p ：t c p 传输g p i 峪骨干网络内部的g t p 分组数据单元，适合于需要可 靠数据链路的协议，例如x 2 5 。u d p 传输g t p 分组数据单元，适合于不需要可靠 数据链路的协议，例如i p 。t c p 提供流量控制、队损失和被破坏的g t p 分组数据 单元的保护；u d p 提供对被破坏的g t p 分组数据单元的保护。 i p ：g p r s 骨干网络协议，用于用户数据和控制信令的路由选择。现今g p r s 骨干网络可以采用i p v 4 和i p v 6 。 s n d c p ( s u b - n e t w o r kd e p e n d e n tc o n v e r g e n c ep r o t o c 0 1 ) ：子网会聚协议，该传 输功能将网络层特性映射成低层网络特性。 l l c ( l o g i c a ll i l l l ( c o n t r 0 1 ) ：逻辑链路控制，该层提供更可靠的加密逻辑链路。 为了允许引入其他的g p r s 无线解决方案。最小地改动网络子系统。l l c 独立于底 层无线接口协议。 r e l a y ：中继，在基站子系统中，该功能在u m 和g b 接口中继l l c 分组数据单 元。在s g s n 中，该功能在g b 和g n 接口之间中继符合p d p 的分组数据单元。 7 广东工业大学硕士学位论文 b s s g p ( b a s es t a t i o ns u b s y s t e mg p r sp r o t o c 0 1 ) ：基站系统g p r s 协议，该层 在b s s 和s g s n 之间传递与路由和q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) 有关的信息，b s s g p 不 执行差错纠正。 n s ( n e t w o r ks e r v i c e ) ：网络业务，该层传输b s s g p 协议数据单元。它建立在 b s s 和s g s n 之间帧中继连接的基础之上，可以是多条的，并且可以穿越帧中继交 换节点网络。 r l c m a c ：该层包含两个功能，一是无线链路控制功能，提供与无线解决方 案有关的可靠的链路；另一功能是媒质接入控制功能，控制无线信道的接入信令 过程( 请求和允许) 以及将l l c 帧映射成g s m 物理信道。 g s mr f ：空中无线接口。 2 1 2g p r s 的特点 1 传输速率高，数据传输速度可以达到5 7 6 k b p s ，最高可以达到 1 1 5 k b p s 一1 7 0 k b p s ，是常用有线m o d e m 理想速率的两倍，是当前g s m 网络中电路 数据交换业务速度的几十倍，下一代g p r s 业务的速度甚至可以达到3 8 4 k b p s ， 完全可以满足用户应用需求。 2 接入时间短，分组交换接入时间缩短，少于1 秒。在首次建立连接后， 可以在其有效覆盖范围内实现即时收发数据，一旦有需求就可以立即发送或接收 信息，不需要再拨号建立连接，可大幅度提高一些事务( 如信用卡核对、远程监控 等) 的效率，并可使已有的i n t e m e t 应用( 如e m a i l 、网页浏览等) 操作更加便捷、 流畅。 3 资源利用率高阳，g p r s 首先在g s m 网络中引入了分组交换传输模式，使原 来采用电路交换模式的g s m 传输数据方式发生了根本性的变化。对于分组交换模 式，用户只有在发送或接收数据期间才占用资源，这意味着多个用户可高效率地 共享同一无线信道，从而提高了资源的利用率。 2 1 3g p r s 的业务介绍 g p r s 是g s m 数据业务的一个重要里程碑，提供了非常丰富的无线业务i n 。 1 点对点面向无连接网络业务( p t p c l n s ) ，p t p c l n s 属于数据报类型业 8 第二章g p r s 结构原理及终端总体方案 务，各个数据分组彼此互相独立，用户之间的信息传输不需要端到端的呼叫建立 程序，分组的传送没有逻辑连接，分组的交付没有确认保护，主要支持突发非交 互式应用业务，是由口协议支持的业务。 2 点对点面向连接的数据业务( p t p c o n s ) ，p t p c o n s 属于虚电路型业务， 它为两个用户或多个用户之间传送多路数据分组建立逻辑虚电路( p v c 或s v c ) 。 p t p c o n s 业务要求有建立连接、数据传送和连接释放工作程序。p t p c o n s 支持 突发事件处理和交互式应用业务，是面向连接网络协议，如x 2 5 协议支持的业务， 在无线接口，利用确认方式提高可靠性。 3 点对多点数据业务( p t m ) ，g p r s 提供的点对多点业务可根据某个业务请求 者要求，把信息送给多个用户，又可细分为点对多点多信道广播业务( p t m m ) 、点 对多点群呼业务( p t m g ) 、i p 广播业务( i p _ m ) 。 4 其它业务，包括g p r s 补充业务、g s m 短消息业务、匿名的接入业务和各种 g p r s 电信业务。 2 1 4g p r s 的应用及市场前景 g p r s 有着很广泛的应用，g p r s 网主要为用户提供突发性的数据业务，g p r s 可 以分为面向个人用户的横向应用和面向集团用户的纵向应用两种。 对于个人用户，g p r s 可以提供网上冲浪，e m a i l ，文件传输，数据库查询，增 强型短消息，甚至是在线游戏等业务。 对于集团用户，g p r s 可以提供以下几种应用： 1 运输业：车辆及智能调度；2 金融、证券和商业：无线p o s 、无线a t m 、自 动售货机、流动银行等；3 公共安全业：随时随地接入远程数据库；4 遥测、 遥感、遥控：如气象、水文系统收集数据，对灾害进行遥测和报警，远程操作；5 提供v p n ( 虚拟专用网) 业务，使企业员工能够随时随地的与总部保持联系，降低公 司建设自己的广域网的费用。 目前，世界上大约有十多亿普通电话用户。世界电信业的发展趋势是无线语 音业务的发展速度超过普通电话业务，二者之间在不断融合。数据业务的发展速 度超过语音业务，二者之间也不断融合。特别是3 g 时代的来临，用户对移动网络 休闲娱乐不断增长的需求，未来的网络将是一个有线，无线与互联网三者合一的 数字化的全球网络。其覆盖范围将超过一切地理障碍，使信息无处不在。g p r s 技 9 东t n 太学碗i 学位论文 术是目前阶段解决通信信息服务的一种较完善的业务。 无线互聩产业孕育着无限商机。在未来的十年内，世界移动通信和互联网产 业将保持快速发展，未来将是一个移动互联的世界，移动互联网产业将随通信和 网络技术的发展而告诉发展，无线上同将超过有线上网。相信g p r $ 在中圈将会取 得更) j n j 。泛和深入的发展。 22 无线终端系统总体方案 221 系统总体结构设计 鳓、 良矗；庙隧l - 堆里型 控制音 图2 - 3 ：系统总体方案 f i 9 2 - 3t h e w h o l e p 叫e c ta r c h i t e c t u r ed i a g r a m 系统总体设计方案如图23 ，系统由远程短信终端，短信中心和控制台组成， 通过控制台下发指令，借助中国移动短信中心向远程信息终端发送，由远程信息 终端的g p r s 模块接收，通过处理器相应处理，在l e d 上将跟新信息显示出来。一个 控制台可以同时控制多个短信息终端，也可对单个信息终端更新。 222 系统主要功能介绍 l 短信更新功能，根据需要对于现场的l e d 显示屏信息实时更新，更新成功 后反馈确认信息回控制台。 2 由g p r s 模块m 2 2 ，处理器$ 3 c 2 4 】0 ，点阵显示屏构成下位机，完成短信 息接收及显示。 3 监测功能，控制台可咀对远程的短信终端实时监控，通过间断的发送信号 第二章g p r s 结构原理及终端总体方案 给终端，根据终端返回信息判断终端是否运行正常。 4 通过电脑与g p r s 模块m 2 2 相连构成控制台，通过上位机软件对短信编 辑并发送给终端。 2 2 3 系统硬件组成 系统的硬件主要由控制台主机和远程无线短信通信终端两部分组成，其中终 端硬件包括处理器及外围电路，存储器，g p r s 模块，l e d 显示屏。 1 控制台主机 由一台p c 机和一个g p r s 模块构成，g p r s 模块通过串口与p c 机相连，控 制中心通过g p r s 模块与远程无线终端实现通信。 2 终端硬件部分 处理器采用a r m 9 2 0 t 核s a m s u n g 公司的$ 3 c 2 4 1 0 芯片，内部集成了i o 口、 定时器、异步串行口、a d c 、m ，、l c d 控制器等资源【1 2 】；为了给数据提供足 够的存储空间，外扩存储器，f l a s hr o m 和s d r a m 扩展芯片分别采用 s s t 3 9 v f l6 0 和h y 5 7 v 6 4 16 2 0 ；l e d 显示屏采用点阵条屏：g p r s 模块选用了 b e n q 公司生产的m 2 2 工业级模块。 2 2 4 系统软件组成 系统软件由两部分构成：用v c + + 编写的上位机软件和用a r m 汇编语言及c 语言编写的终端控制显示软件。 1 上位机软件 在p c 机上用v c + + 编写，是整个信息发布系统的控制核心，完成发布信息 编辑、发布、查询、权限管理等工作，并能对远程的无线终端运行状况进行实时 检测和管理。控制中心的操作系统为中文w i n d o w s 9 8 2 0 0 0 x p 系统。 2 终端下位机软件 终端下位机软件部分主要用a r m 汇编语言和c 语言编写，主要包括初始化 部分，g p r s 部分，数据处理部分，l e d 显示控制部分软件。初始化部分软件主 要由汇编语言编写，完成各相关硬件初始化和u c o s i i 初始化工作；g p r s 部分 主要是与控制中心进行通信，实现信息的接收和运行情况的反馈；数据处理部分 广东工业大学硕十学位论文 根据发送过来的指令情况完成相应工作；l e d 显不软件部分把f l a s h 数据拷贝到 s d r a m 中，通过动态扫描实现l e d 显示屏信息的及时更新。终端软件系统框图 如图2 _ 4 所示。 il 运行在目标硬件的应用软件l ； ：ll i 【。一： i 厂i 丙丽订 i l：! ! ! ! ：! ! 竺竺三竺i ! 广 ； i i! ! ! 三兰! ! 翌竺! 竺ll l l j ： 图2 4 终端系统框图 f i g 2 - 4t e r m i n a t i o ns y s t e md i a g r a m 2 3 本章小结 本章介绍了g p r s 通信系统，g p r s 体系结构，详细分析了g p r s 数据传输协议和 网络结构，g p r s 特点及业务介绍，g p r s 未来广阔的市场应用前景。提出了系统总 体方案，分析了系统硬件构成、软件构成及主要功能。 1 2 第三章u c o s i i 操作系统分析 第三章u g o s - i l 操作系统分析 3 1u g o s - i l 操作系统概述 u c o s - i i 操作系统是由j e a nj l a b r o s s e 先生编写的现在流行的一种免费公 开源代码的实时操作系统n “，设计人员在应用过程中可以按照自己的需求对内核 进行裁剪和扩展，以满足不同工程对应用软件设计的需求。u c o s i i 是完全占先 式的实时内核，支持多任务操作，可管理多达6 4 个任务，并且每个任务都有自己 单独的堆栈空间，这样使得各个任务之间的界限很清晰，增强了系统的稳定性， 但是由于u c o s i i 不支持时间片轮转调度法，所以每个任务的优先级必须不一样。 u c o s - i i 总是运行就绪条件下优先级最高的任务，最高优先级的任务一旦就绪， 总能得至u c p u 控制权。当运行的任务使得另外一个优先级比它高的任务就绪时，正 在运行的任务的c p u 使用权被剥夺，就绪的新任务得至u c p u 控制权。如果是一个中 断使得一个优先级高的任务就绪，那么在中断程序运行完成后，优先级高的任务 得至u c p u 控制权。u c o s - i i 还提供了很多的系统服务如邮箱、消息队列、信号量、 内存操作、时间函数等，并且还支持多达2 5 层的中断嵌套。应用开发人员可以定 制自己所需要的系统服务，利用这些系统服务完成复杂逻辑的需求，从而缩短系 统开发的周期，降低开发的成本。u c o s - i i 源码大多数用a n s i c 所写，底层与硬件 相关的用汇编编写，使其可以很方便的移植到各种硬件平台。 3 2u g o s - i i 操作系统分析 3 2 1 内核结构 u c o s i i 操作系统的多任务内核包括任务管理、时间管理、任务之间的通信 与同步、中断管理等。这些功能是通过内核函数的形式交给用户调用的。用户多 任务是建立在u c o s i i 的各种系统服务之上，系统并没有提供与硬件的接口程序， 需要用户直接与硬件打交道。其内核体系结构如图3 - 1 所示i ，4 】。 广东工业大学硕上学位论文 图3 1u c o s i i 内核体系结构 f i g 3 1u c o s i ik e r n e la r c h i t e c t u r e u c 0 s - i i 内核代码包含用于应用任务的例子代码和辅助代码，核心代码大约3 5 0 0 行，这些代码主要分布在如图3 - 2 的u c 0 s - i i 结构文件里： 3 2 2 任务管理 图3 2u c o s i i 的文件结构图 f i g 3 - 2u c o s i if i l es t r u c t u r ed i a g r a m u c 0 s i i 是一个多任务的实时操作系统，它同时可以管理多达6 4 个任务，目 前版本的u c o s i i 有两个任务己经被系统占用。在开发时一般不使用优先级为0 ， 1 4 第三章u c o s i i 操作系统分析 1 ，2 ， 3 和o s l o w e s t _ p r i o3 ，o s l o w e s t p r l 0 _ 2 ，o s l o w e s t _ p r l 0 1 ， o s l o w e s tp r i o 的任务，因为这些优先级在以后版本的u c o s i