（微电子学与固体电子学专业论文）网络优化监控系统的设计与研究.pdf

1 一 t h er e s e a r c ha n dd e s i g no fn e t w o r k o p t i m i z a t i o n m o n i t o r i n gs y s t e m ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：w a n gl i a n g j u n s u p e r v i s o r ：p r o f p a ny o n g c a i h u b e iu n i v e r s i t y w u h a n ，c h i n a 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。 国家 务； 在不 密论 摘要 随着无线终端在国内的广泛应用，无线终端用户数量的迅猛增长、用户的流 动、无线环境的变化、网络负荷的增长，需及时通过网络优化来保证网络的质量， 而且网络的优化和改造是一件长期的工作，要周期性地进行。所以，网络优化工 作已经成为目前无线终端网络维护工作的重中之重。 针对网络优化国内外的发展现状，提出了目前网络优化的方法及其缺陷；研 究了系统硬件平台的整体设计思路，并对l p c 2 1 3 8 处理器、语音模块、 d a t a f l a s h 和无线模块等主要电路进行了分析；详细分析了系统软件平台 i 上c o s u 内核，包括体系结构、多任务、事件、内存管理等；重点论述了系统功 能的具体实现，先从系统总体功能设计进行分析，采用功能模块化，通讯接口化 的设计思想，接着从网络优化的角度出发，具体实现了无线网络参数实时监测功 能、告警功能、语音业务功能和数据业务功能，为了解决系统软件远程升级和维 护困难的问题，最后提出了一种基于i a p 的软件远程升级方法。 系统平台设计思路简单，充分考虑了g s m 网络和c d m a 网络的兼容性，缩 短了系统开发周期，节约了人力成本。实践证明，该系统完全满足移动运营商 2 g 网络的优化需求。 关键词：网络优化；l p c 2 1 3 8 ；p e s q ；c q t ；g c o s 1 1 ；监控中心 a b s t r a c t w i t ht h ew i d e s p r e a du s eo fw i r e l e s st e r m i n a li no u rc o u n t r y , t h en u m b e ro f w i r e l e s st e r m i n a lu s e r sw h i c hi sb o o m i n g l yi n c r e a s i n g , t h ef l o a t i n gu s e r s ，t h ec h a n g e o ft h en e t w o r ke n v i r o n m e n t , a n dt h ei n c r e a s i n gl o a do ft h ei n t e m e ti ti sn e c e s s a r yt o e n s u r ei t sq u a l i t yb yo p t i m i z a t i o n a tt h es a m et i m e ，i tl a s t sl o n gt oo p t i m i z ea n d i m p r o v et h en e t w o r ka n di ts h o u l db e d o n ep e r i o d i c a l l y a sar e s u l t ，t h eo p t i m i z a t i o n o ft h en e t w o r kh a sb e c o m et h em o s ti m p o r t a n ti nw i r e l e s sn e t w o r km a i n t e n a n c e f o rt h ea n a l y s i so ft h ep r e s e n td e v e l o p m e n ta n da c t u a l i t yo f n e t w o r ko p t i m i z a t i o n a th o m ea n da b r o a d ，t h ec u r r e n tn e t w o r ko p t i m i z a t i o nm e t h o d sa n dt h e i rs h o r t c o m i n g s a r ep u tf o r w a r d t h eo v e r a l ld e s i g no ft h eh a r d w a r ep l a t f o r ma n da n a l y z em a j o r c i r c u i t sa r es t u d i e d ，i n c l u d i n gt h el p c 213 8p r o c e s s o r , v o i c em o d u l e ，d a t a f l a s h ， w i r e l e s sm o d u l e ，e r e t c o s - i ik e r n e lo ft h es o f t w a r ep l a t f o r mi sa n a l y z e di nd e t a i l ， i n c l u d i n ga r c h i t e c t u r e ，m u l t i t a s k ，e v e n t ，m e m o r ym a n a g e m e n ta n ds oo n t h ep a p e r f o c u so nt h es p e c i f i ci m p l e m e n t a t i o no ft h es y s t e m sf u n c t i o n s f i r s t , i ta n a l y z e st h e o v e r a l ld e s i g no ft h es y s t e m sf u n c t i o n ，a n da d o p t st h ed e s i g no ff u n c t i o n a lm o d u l e a n dc o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c e ；t h e n ，b a s e do nn e t w o r ko p t i m i z a t i o n ，i tc o n c r e t e l y a c h i e v e st h ef u n c t i o n so fr e a l t i m em o n i t o r i n go fw i r e l e s sn e t w o r kp a r a m e t e r s ，a l a r m ， v o i c es e r v i c ea n dd a t as e r v i c e ；a tl a s t ，i no r d e rt os o l v et h ep r o b l e mo fs o f t w a r e u p g r a d e sa n dm a i n t e n a n c ed i f f i c u l t y , am e t h o do fr e m o t eu p g r a d eb a s e d0 1 1l a pi s c o m eu pw i t h t h ed e s i g no ft h i s s y s t e mp l a t f o r m i s s i m p l e ，a n dc o n s i d e r sf u l l y t h e c o m p a t i b i l i t yo fg s ma n dc d m a t h i sd e s i g nc a n s h o r t e nt h es o f t w a r e s d e v e l o p m e n tc y c l e ，a n ds a v eh u m a nc o s t p r a c t i c es h o w st h a tt h es y s t e mm e e t st h e n e e do fn e t w o r ko p t i m i z a t i o no f2 g k e yw o r d s ：n e t w o r ko p t i m i z a t i o n ；l p c 2 1 3 8 ；p e s q ；c q t ；l - t c o s i i ：o m c i i 目录 第一章绪论1 1 1国内外研究现状l 1 1 1无线网络优化1 1 1 2 网络优化监控系统的研究现状。1 1 2 选题的依据和意义3 1 3 本文完成的主要工作及创新点3 第二章网络优化监控系统硬件平台设计4 2 1系统硬件平台整体结构4 2 2 主要硬件电路分析4 2 2 1l p c 2 1 3 8 处理器一4 2 2 2 语音模块6 2 2 3d 觚a f l a s h 7 2 2 4 无线模块8 第三章网络优化监控系统软件平台研究与设计1 5 3 1 i - t c o s i i 简介15 3 2 | i c o s i i 体系结构1 6 3 3 t c o s i i 的多任务1 7 3 4 l a c o s i i 的事件2 0 3 5 g c o s i i 的内存管理2 4 第四章网络优化监控系统功能实现2 6 4 1总体功能设计介绍2 6 4 1 1 模块化设计2 7 4 1 2 主程序、通讯函数、协议处理函数接口2 8 4 2 无线网络参数实时监测功能2 9 4 3 告警功能3 6 4 4 语音业务功能3 7 4 4 1 p e s q 测试一3 8 4 4 2 c q t 测试3 9 4 4 3 语音业务功能软件的实现3 9 4 5 数据业务功能，4 3 4 5 1g p r sa t t a c h 测试4 3 4 5 2g p r sp d p 激活测试4 4 4 5 3 p i n g 测试4 6 4 5 4f t p 上载和下载测试4 7 4 6 软件升级5 5 4 6 1 软件升级功能原理5 6 4 6 2 b o o f l o a d e r 5 6 4 6 3 应用程序5 8 4 6 4 分散加载文件5 9 第五章结论6 0 5 1全文总结。6 0 5 2 本文的创新点6 0 5 3 展望6 0 参考文献6 l 附录6 4 致谢6 5 i v 第一章绪论 第一章绪论 针对本文所要研究的内容，本章简要介绍了无线网络优化的有关概念、有关 网络优化监控系统的国内外研究现状、所研究课题的依据和意义以及本文研究的 主要内容。 1 1 国内外研究现状 1 1 1 无线网络优化 无线网络优化是通过对现已运行的网络进行话务数据分析、现场测试数 据采集、参数分析、硬件检查等手段，找出影响网络质量的原因，并且通 过参数的修改、网络结构的调整、设备配置的调整和采取某些技术手段( 采 用m r p 的规划办法等) ，确保系统高质量的运行，使现有网络资源获得最 佳效益，以最经济的投入获得最大的收益【1 ，2 1 。 1 1 2 网络优化监控系统的研究现状 随着无线终端在国内的广泛应用，无线终端用户数量的迅猛增长，大部分地 区的网络已经由工程建设期进入到网络优化期。由于无线终端用户的不固定性使 得在建设、维护、优化和运营上都不同于固定电话网，无法在建设阶段建设好网 络，而随着用户数量的变更、用户的流动、无线环境的变化、网络负荷的增长， 及时通过网络优化来保证网络的质量。而且网络的优化和改造是一件长期的工 作，要周期性地进行，只要网络存在，只有开始没有结束。只有不断提高无线网 络的质量，才能获得用户的满意，吸引和发展更多的用户。所以，网络优化工作 已经成为目前无线终端网络维护工作的重中之重。 网络优化的方法很多，在网络优化的初期，常通过对0 m e 数据的分析和路测 的结果，制定网络调整的方案。但仅采用上述方法较难发现和解决问题，这时通 常会结合用户投诉、d t 驱车测试、结合信令跟踪分析法，分析查找问题的根源。 这些分析方法虽然可以发现网络中存在的一些问题，但由于问题发现时间晚、投 入人力物力资源过大，从而给移动运营商带来不良的经济效益和社会效益【3 ，4 1 。 同时，各种传统的无线网络测试方法还存在着以下种种缺陷。 1 o m c 数据分析：当前各个设备生产厂家对g s m 和c d m a 系统的运行统 计是由大量计数器完成的，并定期向o m c 报告计数结果，每一个计数器都和 湖北大学硕士学位论文 g s m 和c d m a 系统中的某一网络单元的某一事件相关，即某一特定事件的发生 会触发对应的计数器作加一计数，这样通过在某一观测时间段内对某一事件的发 生次数进行统计，就得到了网络的运行统计结果。 因此，o m c 只是代表一个统计意义上的结果，反映的问题过于粗略，也无 法对无线网络质量进行精确定位。而且，大量的基站在长期运行中时因软件运行 紊乱、硬件性能下降等原因产生的故障没有告警信息上报，从而在o m c 端无法 发现这种故障。 其次，o m c 统计需要手工操作，费时、费力，对网络维护人员的技术和经 验也有相当的要求。 最后，o m c 统计发现问题的及时性差，目前客户对网络质量的要求越来越 高，通过o m c 发现问题时，故障往往持续很长一段时间了。这样必然会引起大 量用户的不满，从而造成客户的流失。 2 信令分析法：信令分析需要专门的信令分析仪器采集和分析a b i s 口数据、 a 接口数据、网络的上行信号数据，而且还要与路测得到的下行信号对比，因此 对维护人员的设备配置、技术要求高，测试过程繁琐，也无法做到长期坚持。 3 d t 驱车测试：在汽车以一定速度行驶的过程中，借助测试仪表、测试手 机，对车内信号强度是否满足j 下常通话要求，是否存在拥塞、干扰、掉话等现象 进行测试。这种测试方法也是比较普遍的测试方法，但同样也存在耗时、耗力、 投入资源大、发现问题不及时等等缺陷。 4 c q t ( 呼叫质量测试或定点网络质量测试) ：在服务区中选取多个测试 点，进行一定数量的拨打呼叫，以用户的角度反映网络质量。测试点一般选择在 通信比较集中的场合，如酒店、机场、车站、重要部门、写字楼、集会场所等。 它是d t 测试的重要补充手段。通常还可完成d t 所无法测试的深度室内覆盖及 高楼等无线信号较复杂地区的测试，是场强测试方法的一种简单形式。 这种测试方法由于操作简单，因此也是比较普遍的测试方法，但是这种方法 也存在耗时、耗力、投入资源大、发现问题不及时等等缺陷。 5 用户投诉：通过用户投诉了解网络质量。这种发现问题的方法是目前最 为普遍的方法，当然它的弊病也是显而易见的。 2 第一章绪论 1 2 选题的依据和意义 针对当前网络优化方法存在的缺陷，网络优化监控系统可以有效的解决以上 问题。 网络优化监控系统有如下特点： 1 从用户感知的角度出发，评估网络的好与坏。 2 对无线环境、语音业务、数据业务等进行自动的、实时的监控和测试， 先于用户发现网络的问题；并把数据作为网优的依据，并能够评估优化和处理后 的效果。 因此，网络优化监控系统可以自动代替人工测试，降低网络运营成本；可以 实时全天候监测，提高网络优化效率；可以对测试数据进行采集，提高用户网络 感知度；可以对网络质量实时优化，降低网络用户投诉。 1 3 本文完成的主要工作及创新点 该系统来源于x x x 通信公司的网络优化监控系统项目和武汉市科技攻关计 划项目。本文完成的主要工作： 1 系统硬件平台的设计。根据系统的功能需求，选择l p c 2 1 3 8 为主控制器， 语音模块使用i s d 4 0 0 4 ，无线模块使用e m 2 0 0 和s i m 7 0 0 d ，d a t a f l a s h 使用 a t 4 5 d b 0 4 1 d ，实时时钟使用m 4 1 t o m 6 ，看门狗使用s p 7 0 6 t e n 。 2 系统软件平台的研究与设计。主要包括软件平台操作系统的设计。 3 系统功能的实现。主要包括网络参数实时监测功能，告警功能，语音业 务功能，数据业务功能和监控软件升级。 本文的创新之处在于，通过p e s q 算法计算出来的m o s 值来客观评价语音 的质量；使用m c p ：b 方式进行系统远程升级，并且系统还支持断点升级。 3 湖北大学硕士学位论文 第二章网络优化监控系统硬件平台设计 本章从网络优化监控系统硬件平台的整体结构出发，重点分析了l p c 2 1 3 8 微处理器、语音模块、d a t a f l a s h 、无线模块等电路的设计。 2 1系统硬件平台整体结构 本系统以p h i l i p s 公司的a r m 7 内核的微处理器l p c 2 1 3 8 为核心，使用了 无线模块，r s 2 3 2 ，语音模块，d a t a f l a s h ，实时时钟，看门狗等外围设备。 系统硬件平台设计框图如图2 1 所示： 信。 i 无线模块剖语音模块 l 艘3 二pm c u刊一f 队s h l 和狗b剖实时时钟 图2 - 1 系统硬件平台设计框图 无线模块：主要负责网络参数的采集、语音业务和数据业务测试以及无线通 r s 2 3 2 ：主要用于本地通讯以及程序的烧写。 语音模块：主要实现语音业务的放音和录音功能。 d a t a f l a s h ：保存不可丢失的数据以及软件升级时保存监控系统软件。 实时时钟：保存设备的时间。 看门狗：负责监控系统的运行情况。 2 2 主要硬件电路分析 2 2 1l p c 2 1 3 8 处理器 l p c 2 1 3 8 是基于一个支持实时仿真和跟踪的1 6 3 2 位a r m 7 t d m i sc p u 。 a r m 7 t d m i s 是一个通用的3 2 位微处理器，它可提供高性能和低功耗。a r m 4 第二章网络优化监控系统硬件平台设计 结构是基于精简指令集计算机( r i s c ) 原理而设计的。指令集和相关的译码机制比 复杂指令集计算机要简单得多。这样使用一个小的、廉价的处理器核就可实现很 高的指令吞吐量和实时的中断响应。图2 2 为l p c 2 1 3 8 处理器系统结构图【5 ，6 1 。 图2 2l p c 2 1 3 8 处理器系统结构图 l p c 2 1 3 8 带有5 1 2 k b 嵌入的高速f l a s h 存储器。它还带有1 2 8 位宽度的存储器 接v i 和独特的加速结构，这使得3 2 位代码可以在最大时钟频率下运行。如果使用 1 6 位t h u m b 模式进行编码，可以使代码量下降3 0 以上，并且其性能基本不受影 响【7 1 。 较小的封装和很低的功耗使l p c 2 1 3 8 特别适用于访问控制和p o s 机等小型 应用中；由于内置了宽范围的串行通信接1 2 1 和3 2 k b 的片内s r a m ，它们也非常 适合于为低端成像、协议转换器、语音识别、通信网关、软件m o d e m 等应用提 供较大的缓冲区和强大的处理功能。l p c 2 1 3 8 有2 个8 路l o 位a d 转换，其转 5 湖北大学硕士学位论文 化时间仅为2 4 4 9 s ；它还有带4 路捕获和4 路比较的定时器、2 个工业标准的串 口、2 个1 2 c 接口、2 个s p i 接口等功能硬接口。此外，l p c 2 1 3 8 可支持高达6 0 m 的c p u 操作频率，并且支持i s p i a p 功甜8 1 。 2 2 2 语音模块 语音模块是网络优化监控系统中语音业务重要的组成部分，它主要实现语音 业务中的语音放音功能。语音模块选择i s d 4 0 0 4 ，其系统结构图如图2 3 所示。 图2 3 语音模块i s d 4 0 0 4 系统结构图 i s d 4 0 0 4 是一款工作电压为3 v , 录放音时间可达1 6 分钟的语音芯片。芯片使 用模拟量存储技术，将模拟语音值直接存储在片内闪烁存储器中，这样可以使语 音真实、自然，避免了录音因量化和压缩造成的一些损耗。芯片采样支持4 种频 率，分别为4 0 ，5 3 ，6 4 ，8 0 k h z ，频率越高，录放时间越短，音质也就越好。由于 芯片将语音存放在闪烁存储器中，故其语音数据在断电情况下可以保存1 0 0 年， 可以反复录音1 0 万次。对于芯片的控制，全部由m c u 完成，使用s p i 接口对 其进行命令和数据送入。 i s d 4 0 0 4 工作于s p i 串行接口。s p i 是一种标准的四线同步双向串行总线， s p i 总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使m c u 与各种外围设备以串行 方式进行通信以交换信息，对于i s d 4 0 0 4 ，s p i 协议是指m c u 在s c l k 的上升 或者下降沿执行动作，从m o s i 管脚锁存数据，将数据从m i s o 管脚送出。首先 将片选s s 置为低，在i s d 4 0 1 m 中，任何数据的收发s s 必须保持低电平；接着 输入指令和地址，指令为8 位控制码，地址为1 6 位控制码，这样才能进行录放 6 第二章网络优化监控系统硬件平台设计 音的操作，任何指令和地址在时钟的上升沿输入，在下降沿输出；如果在录音或 者放音等任何操作中遇到e o m 或o v f ，则会产生一个s p i 周期的中断；所有的 操作在运行位为1 开始，为0 时结束。 因此，在语音模块i s d 4 0 0 4 硬件连接上，主要将芯片的s s m o s i ， m i s o ，s c l k 这4 个管脚与l p c 2 1 3 8 的s p l 0 口对应连接，即可通过软件实现对 i s d 4 0 0 4 放音的操作。 此外，e o m 在放音时才监测，o v f 表示语音芯片的录放操作到达了存储器 的结尾。对于遇到e o m 或o v f 产生的中断由芯片的l i n t 脚输出，在一个s p i 周期内，此端保持低电平。故可以通过捕获i n t 管脚的高低电平以判断放音操 作是否已经到达存储器的末尾或者放音的结束，可以用来实现语音的循环播放操 作。 2 2 3d a 眦l a s h d a t a f l a s h 是a t m e l 公司新推出的大容量串行f l a s h 存储器产品，具有体积小、 容量大、功耗低和硬件接口简单的特点，非常易于构成微型测量系统。 f l a s h 存储器按其接口可分为串行和并行两大类。串行f l a s h 存储器大多采用 1 2 c 接口或s p i 接口进行读写；与并行f l a s h 存储器相比，所需引脚少、体积小、 易于扩展、与单片机或控制器连接简单、工作可靠，所以串行f l a s h 存储器越来 越多地用在各类电子产品和工业测控系统中。 因此，我们将d a t a f l a s h 应用到网络优化监控系统中，用于存储各种数据以 及程序代码。我们选择a t 4 5 d b 0 4 1 d 作为网络优化监控系统中的d a t a f l a s h ，其 电路图如图2 - 4 所示。 8 i s e k 陬写日 嚣 翁o g 晒 蹴 滞 图2 4a t 4 5 d b 0 4 1 d 电路图 a t 4 5 d b 0 4 1 d 是2 5 v 2 7 v 串行f l a s h 存储器，能够存储声音、图片、编 程代码等大容量数据。它支持高速串行接口，适用于要求高速数据操作的应用。 它的s p i 接口速率提高到了6 6 m h z ，4 , 3 2 5 ，3 7 6b i t s 的数据由2 0 4 8 页( 每页 7 湖北大学硕士学位论文 2 5 6 2 6 4b y t e s ) 数据组成。缓冲区允许在主存正在被重写的过程中接收( 连续) 数据，自带的读一修改一写控制单元能让修改e e p r o m 的冲突很方便的受到控制。 有别于传统的f l a s h 存储器使用众多的功能线、地址线来存取数据， a t 4 5 d b 0 4 1 d 采用了快速串行接口来实现数据存取，明显的减少了管脚数目和方 便了硬件制板，增加了系统可靠性，减少了开关噪声，并且缩小了封装尺寸。能 够在高密度、低管脚数、低压和低功耗的商业和工业应用中得到最优化的发挥。 a t 4 5 d b 0 4 1 d 不需要很高的编程电压，只需要2 7 2 5 v - 一3 6 v 单供电即可完成 在编程操作。a t 4 5 d b 0 4 1 d 由c s 引脚来使能，芯片的数据操作由三线( s i 、s o 、 s c k ) 组成的接口即可完成。另外它的所有编程和擦除周期都是自同步的。 由此可见，a t 4 5 d b 0 4 1 d 工作于s p i 接口，将a t 4 5 d b 0 4 1 d 的c s ，s i ，s o ， s c k 四个管脚与l p c 2 1 3 8 的s p l l 相连，即可实现对a t 4 5 d b 0 4 1 d 的读写操作。 2 2 4 无线模块 无线模块是网络优化监控系统中无线网络参数的采集，语音业务评估，数据 业务评估以及通信的最重要载体。根据不同的网络，采用不同的无线模块，对于 g s m 而言，采用s i m c o m 公司的s i m 7 0 0 d ，对于c d m a 而言，采用华为公司 的e m 2 0 0 。 ( 1 ) g s m 无线模块 g s m 是g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s 的缩写，即全球移动通讯 系统，其为第二代移动通信，也就是现在所说的“2 g ，g s m 网络主要针对中国 移动和中国联通，g s m 系统主要采用了时分多址t d m a 技术，t d m a 技术在频 时关系上形成了一个矩阵，其矩阵上一个点就对应于一个信道，这些信道在基 站系统的控制和支配下，服务区内移动用户即可使用语音或数据业务【9 1 。 g s m 无线模块我们选择s i m 7 0 0 d 。 s i m 7 0 0 d 简介 s i m 7 0 0 d 是s i m c o m 公司最近推出的一种e d g e 无线m o d e m 。e d g e 是 e n h a n c e dd a t ar a t ef o rg s me v o l u t i o n 的缩写，即增强型数据速率g s m 演进技 术，如果说g s m 是2 g ，t d s c d m a 和w c d m a 等属于3 g ，那么e d g e 就是 2 5 g ，它是一种过渡技术，主要采用了多时隙操作和8 p s k 调制技术。 s i m 7 0 0 d 是四频g s m g p r s e d g e 的无线模块，采用板对板的连接方式， 8 第二章网络优化监控系统硬件平台设计 具有语音、数据、短消息等功能特点，可以满足多种工业产品的设计需求，如 u s b 调制解调器、手持式设备、p c 卡、e x p r e s s 卡和m 2 m 应用等等。其模块电 路图如图2 5 所示。 2 12 32 5272 93 l 图2 5s i m 7 0 0 d 模块电路图 s i m 7 0 0 d 模块主要特性 s i m 7 0 0 d 可通过8 5 0 、9 0 0 、1 8 0 0 、1 9 0 0 m h z 四种频率网络传输数据、语音、 短信息等，其数据传输速率最高可达到2 3 6 8 k b p s 。此外，s i m 7 0 0 d 不仅支持 一般的语音、短消息等a t 命令，还内嵌了t c p i p 协议栈，用户不必自行开发 外置的协议栈，这也缩短了用户的产品开发周期。 s i m 7 0 0 d 在网络优化监控系统中的应用 s i m 7 0 0 d 通过从t x d 到r t s 的串行口u a r t l 接口与控制芯片l p c 2 1 3 8 相 连，即用户可通过u a r t l 发送命令，实现对s i m 7 0 0 d 的控制，s i m 7 0 0 d 还可 以外接发声电路，将语音芯片的a u d o u t 管脚与s i m 7 0 0 d 的m i c 相连即可以 实现语音业务评估的放音功能。 另外，s i m 7 0 0 d 还可以通过电源指示灯和网络指示灯判断网络是否连接正 常；将s i m 7 0 0 d 的p w r k e y 脚与l p c 2 1 3 8 的i o 脚相连，可实现s i m 7 0 0 d 开 机和关机的控制。 9 湖北大学硕士学位论文 ( 2 ) c d m a 无线模块 c d m a ( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea e e e s s ) 又称码分多址，是在无线通讯上使用 的技术，c d m a 允许所有的使用者同时使用全部频带( 1 2 2 8 8 m h z ) ，并且把其他 使用者发出的讯号视为杂讯，完全不必考虑到讯号碰撞( c o l l i s i o n ) 的问题。 c d m a 的优点包括：c d m a 中所提供的语音编码技术，其通话品质比目前的g s m 好，而且可以把用户对话时周围环境的噪音降低，使通话更为清晰。 在网络优化监控系统中，c d m a 无线模块我们选择e m 2 0 0 。 e m 2 0 0 模块功能概述 e m 2 0 0 是一款c d m a1 x 模块，其产品特性如表2 1 所示。 表2 1e m 2 0 0 产品特性表 产品特性描述 工作频段c d m a8 0 0 m 最大发射功率 0 2 5 w 接受灵敏度 1 0 6 d b m 正常工作温度：- 2 0 0 c + 7 0 0 c 工作温度 极限工作温度：- 3 0 0 c + 7 5 0 c 电源电压3 3 v 4 2 v ( 推荐值3 8 v ) 关机模式：4 0 u a 待机模式： 2 m a 功耗( 电流) 语音模式( j 下常) ：2 4 0 m a 数据业务( 正常) ：4 0 0 m a 协议i s - 9 5 a ，i s 9 5 b ，和i s 2 0 0 0 l x u a r t 接口( 最大串口速率可达2 3 0 4 0 0 b i t s ) 模块基带接口标准u i m 卡接口( 支持3 v 、1 8 v 卡) 两路模拟音频接口 m u r a t am m 9 3 2 9 2 7 0 0 r a l5 0o h m 天线连接器 天线接口 天线焊盘 8 ke v r c 语音业务 支持免提通话，提供回声抑制功能 1 0 支持m o 和m t 短消息业务 点对点和小区广播 。 短消息模式支持t e x t c d m a1 x 编码方式q p s k 前向：1 5 3 6 k b p s 反向：1 5 3 6 k b p s 数据业务 支持p b c c h 内嵌t c p i p 协议：支持多链接，提供a c k 应答，提供大 容量缓存 来电显示、呼叫转移、呼叫保持、呼叫等待和三方通话 补充业务 等 e m 2 0 0 在网络优化监控系统中的应用 e m 2 0 0 包括双工器、p a 、基带芯片、b 2 b 、f l a s h 等内部器件，其管脚顺 序如图2 6 所示。 b a t t +g n d b a t t +g n d b a l l +g n d 8 a t t +g n d b a h g n d v d l ) 1 0c h a r g e ，r i n g嘞、v r ，1 ) s rv d dr t c 门r t s 厂r x d 石玎rs 掰m ( ) s l s p ic t j (+ r x d 一( _ r ss p ! m l s o s p ic sl 阳 ，d c db a 了t e m p r s t v b u s t e l mo nu s 8d 咔 g n l )u s 8d m j c 2 g n d m l c 2 b i a s b u z z i ! r m 犯lpu i m ( i n d m j c lnu l mc d a r 2nu l mr s t e a r 2pu l mi o l ! a r ipu l mv c c a r inu l mc l k 图2 - 6e m 2 0 0 管脚顺序图 e m 2 0 0 在系统中的应用主要包括以下几个方面：1 u a r t 接口；2 u i m 卡接 口；3 音频接口；4 l p g 管脚电路。 湖北大学硕士学位论文 1 u a r t 接口 e m 2 0 0 模块提供一路串行接口，支持8 线串行总线接口或4 线串行总线接口 或2 线串行接口。与微控制器连接采用2 线串行接口，故e m 2 0 0 模块通过u a r t 接口与l p c 2 1 3 8 进行串行通信和a t 指令的输入，只要将r x d 和t x d 与 l p c 2 1 3 8 的串口收发r x d 和t x d 连接即可，其连接示意图如图2 7 所示。 图2 7e m 2 0 0 与l p c 2 1 3 8 连接示意图 e m 2 0 0 的u a r t 支持可编程的数据宽度、可编程的数据停止位、可编程的 奇偶校验或者没有校验，该u a r t 口最高支持2 3 0 4 k b i t s 的波特率，最低支持 3 0 0 b i t s 的波特率，默认支持1 1 5 2 k b i t s 的速率。 2 u i m 卡接口 e m 2 0 0 模块基带处理器集成了符合i s 0 7 8 1 6 3 标准的u i m 卡接口，通过p c b 走线连接到模块b 2 b 连接器上，为外部u i m 卡座提供u i m 卡接口信号。 e m 2 0 0 模块支持并能够自动检测3 0 v 和1 8 vu i m 卡，u i m 卡接口电路如 图2 8 所示。 口v u l m g n du i m g n d u l m - r s t 4 翔 4 u i m r s t u 饿b i o 3 ：蕊，、 3 u i m i o u i m - v c c 2 v ，、，、 2 u i m v c c u 慷舡c l k 1 3 融 ， 卜 、 1 v v 、， u i m c u 。璺p 0 1 u 脚却 图2 - 8u i m 卡接口电路图 1 2 第二章网络优化监控系统硬件平台设计 3 音频接口 e m 2 0 0 模块提供两路音频输入输出接口，第一路音频输入输出通道 ( m i c l 一p 、m i c l n 、e a r l p 、e a r l - n ) ，全部为差分信号，第二路音频输入输 出通道( m i c 2 、m i c 2 b i a s 、e a r 2 一p 、e a r 2 - n ) ，其中输出通路为差分信号，输 入通路为单端信号。 由于通过i s d 4 0 0 4 输出的音频信号为单路，故采用第二路音频输入输出通道， 其音频输入电路如图2 - 9 所示。 图2 - 9 音频接口输入电路图 4 l p g 管脚电路 l p g 管脚用于控制l e d 灯，作为指示网络连接状态。通过状态指示灯闪烁 的模式不同，表示不同的网络状态，具体如表2 2 所示。 表2 2l p g 管脚状态指示表 工作或网络状态l p g 管脚输出状态 模块启动前输出低电平 没有搜到网或深度睡眠输出低电平 网络信号很弱时输出低电平 ( r s s i 10 5 d b m ) 网络信号强度一般时以5 0 0 m s 为周期交替输出 ( 1 0 5 d b m r s s i ，9 5 d b m ) 1 3 湖北大学硕士学位论文 l p g 管脚不能直接驱动l e d ，需要配合三极管使用，电路图如图2 1 0 所示。 l 图2 1 0l p g 管脚电路图 第三章网络优化监控系统软件平台研究与设计 第三章网络优化监控系统软件平台研究与设计 本章主要分析了软件平台操作系统的设计。系统以g c o s i i 操作系统为基 础，采用多任务机制，通过任务调度和任务监视进行各种功能的实现。 3 1 l a c o s i i 简介 i t c o s i i 是专门为嵌入式应用设计的，绝大部分代码是用c 语言编写的。 t t c o s i i 具有实时性能优良、可扩展性强、占用空间小、执行效率高等特点和任 务调度、任务管理、时间管理、内存管理、任务问的通信和同步等基本功能，对 于文件系统、文件管理、网络等其他服务需要用户根据需要分别实现。其特点如 下： 公开源代码源代码清晰易读且结构协调，注释详尽，组织有序。 可移植性绝大部分i l l c o s i i 的源代码使用移植性很强的a n s ic 编写 的，和微处理器硬件相关部分采用汇编语言编写，汇编语言写的部分已 经压到了最低限度。只要该处理器有堆栈指针，有c p u 内部寄存器入栈、 出栈指令就可以移植p c o s i i 。目前t t c o s i i 已经移植到绝大多数8 位、 1 6 位、3 2 位以及6 4 位微处理器上。 可固化p c o s i i 是为嵌入式应用而设计的，只要具备合适的系列软件工 具( c 编译、汇编、链接及下载固化) ，可以将t t c o s l i 嵌入到产品中 作为产品的一部分。 可裁剪t t c o s i i 系统由多个相对独立的、短小精炼的目标模块组成，用 户可根据需要选择适当模块来裁剪和配置系统，这样，通过目标模块之 间的按需组合，t t c o s i i 所需的存储空间得以减少，这些都可以通过条 件编译来实现其裁剪性。它的内核可最小裁剪到2 7 k 左右。 占先式i 沮c o s i i 完全是占先式实时内核，即总是运行就绪任务中优先级 最高的任务。 多任务p c o s i i 中系统保留了8 个任务，而最多可达5 6 个任务供应用 程序使用，并且每个任务的优先级必须不同，故其可以管理多达6 4 个任 务。 此外，t t c o s i i 还有函数调用和服务执行时问的可确定性、独立的任务栈、 多种系统服务、多达2 5 5 层的嵌套中断管理等特点【1 0 , 1 1 】。 1 5 湖北大学硕士学位论文 由上述特点可知，l i c o s i i 具有源代码公开、具有很好的移植性，高稳定性 和可靠性，抢占式多任务的r t o s 。添加或删除一个任务可以不影响其他任务， 对于r t o s 设计中成熟和通用的任务也可以以库函数的形式供其他人重用。由于 g c o s 1 1 只是一个基本内核，对于很多应用都需对其作功能上的扩展。般是在 r t o s 上设计一系列通用模块，如协议栈。它已经