（电力电子与电力传动专业论文）基于arm的嵌入式系统在无线手持终端中的应用研究.pdf

西华大学硕士学位论文 线手持终端设计方案，利用有限的硬件资源在缺少m m u 的低端c p u 上设计 并开发出性能接近高端的无线手持终端系统。充分利用了嵌入式操作系统 u c o s i i 的多任务和保护机制，合理地协调了硬件资源和软件系统之间的一些 矛盾。 本文共由六章构成。第一章首先介绍了无线手持终端的研究背景，即对 a r m 微控制器、嵌入式操作系统、图形用户界面系统和无线局域网技术四个 方面的发展现状进行了概括。然后，叙述了无线手持终端的国内外发展现状。 最后，介绍了论文的研究工作及实现目标。第二章先阐述了系统的构建，然后 分别以硬件模块为单位进行介绍，在分析了驱动程序设计后，在第三节对 i e e e 8 0 2 1 5 4 协议标准和直序列扩频技术进行了介绍。第三章主要是操作系统 的移植分析和在对图形用户界面m i n i g u if o ru c o s i i 移植的基础上进行简单 用户界面设计。第四介绍章无线模块和终端通讯接口的设计。第五章给出系统 研究模型，并以点餐系统为例介绍了简单组网应用。第六章是对论文所做工作 的概括性总结和结果分析，同时对后续工作进行了展望。 关键词：嵌入式系统u c o s i im i n i g u iz i g b e e 无线通信 i i 西华大学硕士学位论文 t h er es e a r c ho fa p p l y i n ge m b e d e d s y s t e mb a s e do na r mt ow i r e l e s s p o r t a b l et e r m i n a l p o w e re l e c t r o n i c sa n de l e c t r i c a ld r i v e g r a d u a t e ：s u n j i n h a o s u p e r v i s o r ：y a n g y a n x i a n g w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n t e r a c ta n dt h ea r r i v a lo fp o s t - p ct i m e s ，t h e a p p l i c a t i o no fe m b e d d e ds y s t e mb e c o m e sp o p u l a r n o we m b e d d e dt e c h n o l o g yh a s b e e nt h ef o c a lp o i n to fr e s e a r c h t h ee m b e d d e dt e c h n o l o g yb a s e do na r mh a s b e c o m eas p o tl i g h to fc u r r e n te m b e d d e df i e l d a r m - b a s e dm i c r o c o n t r o l l e r sb e c a u s eo fc o s t - e f f e c t i v e ，e x t e n s i v et h i r d - p a r t y s u p p o r ta n dt h eg o o du n i v e r s a l n e s si sb o u n dt ol e a dt ot h ed e v e l o p m e n ta n dav e r y w i d ea p p l i c a t i o n ，t e r m i n a le q u i p m e n tu s e di nr e c e n ty e a r sa n dp d ai sh o ts u b j e c t s ， a n dt h ez i g b e ea p p e a r r i n gn e a rt w oy e a r si saw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n st e c h n o l o g y , w h i c hi si e e e 8 0 2 1 5 4 一b a s e da p p l i c a t i o ns o f t w a r ep r o t o c o l si n v o l v e di nn e t w o r k i n g ， s e c u r i t y , a n di nh o m ea u t o m a t i o n ，i n d u s t r i a lb u i l d i n ga u t o m a t i o nc o n t r o ls y s t e m s w h i c ha lew i d e l yu s e d t h eb a s i so nw h i c hd e s i g na n dr e s e a r c ha b o u tw i r e l e s sp o r t a b l et e r m i n a ls t a n d ， i ss e v e r a le m b e d d e de l e m e n t sa n dt h es i t u a t i o no fc u r r e n tw i r e l e s st e r m i n a la r e p r e s e n t e d t h et e r m i n a lc o n s i s to ff o u ra s p e c t si na p p l i c a t i o n ：l p c 2 2 2 0b a s e do n a r m 7 t d m i 、r e a l t i m eo p e r a t i o ns y s t e mu c o s i i 、z i g b e ew i r e l e s st e c h n i q u ea n d g r a p h i cu s e ri n t e r f a c e m i n i g u i t h ep a p e ri n t r o d u c e st h er e l a t e dt e c h n o l o g i e sa s w e l la sh a r d w a r ec o m p o s i t i o n ( l c m 、t o u c h s c r e e n 、s p i 、z i g b e em o d u l e ) ，a n d a n a l y z eh o wt oc a r r yo u th a r d w a r ed r i v e r a n dt h e nr e s t a u r a n to r d e ri st a k e na sa n e x a m p l ei no r d e rt ou s em i n i g u ig o e st od e s i g nas i m p l ei n t e r f a c e a tl a s t ，t h ep o i n t t op o i n tm o d e li sg i v e na n ds o m ep r o s p e c t sa b o u tn e t w o r kc o n s t r u c t i o na r eb r o u g h t i i i 西华大学硕士学位论文 o u tf o rt h ef u r t h e rw o r ki nt h i sf i e l d t h ek e yt e c h n i q u e so ft h i st h e s i sa r eh a r d w a r ed e s i g n 、s o f t w a r ep o r t i n g 、g u i a n dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o na n ds oo n t l l i st h e s i si n t r o d u c e s e v e r y m a i n c o n t r o l l e r sc h a r a c t e r i s t i ca n da p p l i c a t i o na c c o r d i n gt oi t sf u n c t i o no nt h es i d eo f h a r d w a r e ；o nt h es i d eo fs o f t w a r e ，t h i st h e s i si n t r o d u c e sh a r d w a r ed r i v e r , a n dt h e n s h o w st h ee m b e d d e ds y s t e mt r a n s p l a n t i n g ，a tl a s tp r e s e n t ss i m p l eg u id e s i g n 、 w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c ed e s i g na n di t so p e r a t i o nf l o w t l l i sp a p e r si n n o v a t i o ni st h ew i r e l e s s z i g b e e t e c h n o l o g yu s e di nw i r e l e s sh a n d h a n d s e t s ，a f f o r d san e ww i r e l e s sh a n d s e td e s i g n u s eo fl i m i t e dh a r d w a r er e s o u r c e s ， u s eo fl i m i t e dh a r d w a r er e s o u r c e s ，b a s e do nt h el o w e n dc p ua n da b s e n c e o fm m u ， t h ep a p e rb e g i n st od e s i g na n dd e v e l o paw i r e l e s sh a n d s e t ss y s t e mo fh i 班一e n d p e r f o r m a n c ec l o s et o t a k e f u l l a d v a n t a g eo ft h ee m b e d d e do p e r a t i o ns y s t e m u c o s i im u l t i - t a s ka n dp r o t e c t i o nm e c h a n i s m s ，r e a s o n a b l yt oc o o r d i n a t es o m e c o n t r a d i c t i o n sb e t w e e nt h eh a r d w a r er e s o u r c e sa n ds o f t w a r es y s t e m s t 1 1 i sa r t i c l eh a ss i x c h a p t e r s t h e f i r s t c h a p t e ri n t r o d u c e s t h er e s e a r c h b a c k g r o u n do fw i r e l e s sh a n d s e t sf i r s t ，t h a ti s ，as u m m a r yo ff o u ra r e a s t h ea r m m i c r o c o n t r o l l e r s ，e m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m s ，g r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c es y s t e m sa n d w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r kt e c h n o l o g y t h e n ，d e s c r i b e sc u r r e n ts t a t u sa n d d e v e l o p m e n tt r e n do f w i r e l e s sp o r t a b l et e r m i n a la th o m ea n da b r o a d f i n a l l y , s h o w s i t sw o r ka n do b j e c t i v e s c h a p t e ri if i r s ts h o w st h ec o n s t r u c t i o no ft h es y s t e m ，a n d t h e ni n t r o d u c e st h eh a r d w a r em o d u l eo n eb yo n e a f t e rs h o w i n gt h ed r i v e rd e s i g n ，i n t h et h i r dq u a r t e ri e e e 8 0 2 15 4p r o t o c o ls t a n d a r d sa n dd i r e c ts e q u e n c es p r e a d s p e c t r u mt e c h n o l o g yi si n t r o d u c e d c h a p t e ri i ii st h et r a n s p l a n t a t i o no f t h eo p e r a t i o n s y s t e ma n dg r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c em i n i g u if o ru c | o s i it r a n s p l a n t ，o nt h eb a s i s o fw h i c has i m p l eu s e ri n t e r f a c ei sd e s i g n e d c h a p t e ri vo fc o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c e d e s i g nb e t w e e nw i r e l e s sm o d u l ea n dt e r m i n a l c h a p t e rvg i v e ss y s t e mm o d e l ，a n d t a k e st h eo r d e rs y s t e ma sa ne x a m p l eas i m p l en e t w o r ka p p l i c a t i o n c h a p t e rv i ，t h e r e s e a r c hw o r ka n da n a l y s i so ft h er e s u l t si sg i v e n ，w h i l ee x p o u n d st h ef o l l o w - u p w o r ki nt h ef u t u r e i v 西华大学硕士学位论文 k e y w o r d s ：e m b e d d e ds y s t e m u c o s i im i n i g u i z i g b e ew i r e l e s sb e i n gc o m m u n i c a t e v 西华大学硕士学位论文 声明 本人申明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其它人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西华大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所作的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 本学位论文成果是本人在西华大学读书期间在导师的指导下取得的，论文 成果归西华大学所有，特此申明。 作者签名：铂糯 口p 男年，月，日 导师签名： 8 5 p 肛多月多日 西华大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 研究背景 1 1 1 a r m 的发展现状及优势 a r m 处理器是一种1 6 3 2 位高性能、低成本、低功耗的嵌入式r i s c 微 处理器，由a r m 公司设计，然后授权给各半导体厂商生产，它是目前应用最 为广泛的嵌入式处理器。a r m 公司即不生产芯片也不销售芯片，它只出售芯 片技术授权。采用a r m 技术口核的处理器遍及汽车、消费电子、成像、工业 控制、海量存储、网络、安保和无线等各类产品市场。目前，基于a r m 的技 术的处理器已经占据了3 2 位r i s c 芯片7 5 的市场份额。可以说，a r m 技术 几乎无处不在。 世界上几乎所有的主要半导体厂商都生产基于a r m 体系结构的通用芯 片，或在其专用的芯片中嵌入a r m 的相关技术。如：t i ，m o t o r o l a ，a t m e l ， p h i l i p s ，a l t e r a ，a g i l e n t ，h y n i x ，n e c ，s h a r p ，c i r r u s l o g i e ，s a m s u n g 和l i n k u p 等公司都有相应的产品。 a r m 芯片具有r i s c 体系的一般特点，如： ( 1 ) 体积小、低功耗、低成本、高性能。 ( 2 ) 支持t h u m b ( 1 6 位) a r m ( 3 2 位) 双指令集，能很好的兼容8 位1 6 位器件。 ( 3 ) 大量使用寄存器，指令执行速度更快。 ( 4 ) 大多数数据操作都在寄存器中完成，通过l o a d s t o r e 的体系结构在内 存和寄存器之间传递数据。 ( 5 ) 寻址方式灵活简单，执行效率高。 ( 6 ) 指令长度固定。 除此之外，a r m 体系采用了一些特别的技术，在保证高性能的同时尽量 减少芯片体积，减低芯片的功耗。这些技术包括： ( 1 ) 在同一条数据处理指令中包含算术逻辑处理单元和移位处理单元。 ( 2 ) 使用地址自动增加( 减少) 来优化程序中的循环处理。 ( 3 ) l o a d s t o r e 指令可以批量传输数据，从而提高数据传输的效率。 ( 4 ) 所有指令都可以根据前面指令执行的结果，决定是否执行，以提高指 西华大学硕士学位论文 令执行的效率。 a r m 微处理器系列已经发展到a r m ll ，以下为之前几个系列： 删7 系列 a r m 9 系列 a r m 9 e 系列 删1 0 e 系列 s e c u r c o r e 系列 i n t e r 的x s c a l e i n t e r 的s t r o n g a r m 除了具有a r m 体系结构的共同特点以外，每一个系列的a r m 微处理器 都有各自的特点和应用领域。其中，a r m 7 、a r m 9 、a r m 9 e 和a r m l 0 为4 个通用处理器系列，每一个系列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域 的需求。s e c u r c o r e 系列专门为安全要求较高的应用而设计。 为了增强多任务处理能力、数学运算能力、多媒体以及网络处理能力，某 些供应商提供的a r m 芯片内置多个芯核，目前常见的a r m + d s p ，a r m + f p g a 等结构。 a r m 7 系列微处理器为低功耗的3 2 位r i s c 处理器，最适合用于对价位和 功耗要求较高的消费类应用。a r m 7 微处理器系列具有如下特点： ( 1 ) 具有嵌入式i c e - - r t 逻辑，调试开发方便。 ( 2 ) 极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用，如便携式产品。 ( 3 ) 能够提供0 9 m i p s m h z 的三级流水线结构。 ( 4 ) 代码密度高并兼容1 6 位的t h u m b 指令集。 ( 5 ) 对操作系统的支持广泛，包括w i n d o w sc e 、l i n u x 、p a l mo s 等。 ( 6 ) 指令系统与a r m 9 系列、a r m 9 e 系列和a r m l 0 e 系列兼容，便于用 户的产品升级换代。 ( 7 ) 主频最高可达1 3 0 m i p s ，高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复杂 应用。 a r m 7 系列微处理器的主要应用领域为：工业控制、i n t e r n e t 设备、网络和 调制解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式应用。 2 西华大学硕士学位论文 a r m 7 系列微处理器包括如下几种类型的核：a r m 7 t d m i 、删7 t d m i s 、 a r m 7 2 0 t 、a r m 7 e j 。其中，a r m 7 t m d i 是目前使用最广泛的3 2 位嵌入式 r i s c 处理器，属低端a r m 处理器核。t d m i 的基本含义为： t ：支持1 6 为压缩指令集t h u m b ； d ：支持片上d e b u g ； m ：内嵌硬件乘法器( m u l t i p l i e r ) i ：嵌入式i c e ，支持片上断点和调试点； a r m 9 微处理器系列与a r m 7 系列相比较，a r m 9 系列处理器具有如下特 占 、 ( 1 ) 处理能力更强。 ( 2 ) 运行速度在1 5 0 m h z 及以上。 ( 3 ) 分离的指令c a c h e 和数据c a c h e 。 ( 4 ) 支持更多级的流水线( 5 级) 。 ( 5 ) 包含m m u ，支持更复杂的操作系统一h a r v 莉体系结构( a r m 7 为v o n n e u m a n n 体系结构) 。 ( 6 ) a r m 9 系列微处理器主要应用于无线设备、仪器仪表、安全系统、机 顶盒、高端打印机、数字照相机和数字摄像机等。 ( 7 ) a r m 9 系列微处理器包含a r m 9 2 0 t 、a r m 9 2 2 t 和a r m 9 4 0 t 三种类 型，以适用于不同的应用场合。 a r m 拥有广泛的全球技术合作伙伴，这其中包括领先的半导体系统厂 商、实时操作系统( i 玎o s ) 开发商、电子设计自动化和工具供应商、应用软件 公司、芯片制造商和设计中心。 a r m 技术具有很高的性能和功效，因而容易被厂商接受。同时，合作伙 伴的增多，可获得更多的第三方工具、制造和软件支持，又使整个系统称本降 低，使产品进入市场的时间加快，从而具有更大的竞争优势。 通过市场调研比较之后你立即会发现a r m 3 2 位处理器并没有想象中的那 样昂贵，相反的a r m 处理器不但便宜而且性能较传统的5 1 单片机高得多，集 成度也大大提高，为单芯片解决方案提供了非常方便的平台，在很多场合都可 以用一个芯片就包容了你所需要的全部资源，根本不用扩展其他资源了。不但 3 西华大学硕士学位论文 电路简单易行风险减小而且产品价格也能控制在最理想状态。这些优势是a r m 处理器风靡全球的理由所在【l 】f 2 】【3 】。 1 1 2 嵌入式操作系统的国内外发展现状 嵌入式操作系统的基本组成： 嵌入式操作系统种类繁多，有资源开销很少的i c 卡操作系统，也有功能较 强的网络计算机操作系统。这些嵌入式操作系统从功能到性能各具特色，为各 种硬件环境及应用提供了相应的支持和服务。 目前，市场上共有几十种操作系统，有深嵌入系统，也有浅嵌入式系统； 有多任务系统，也有单任务系统；有实时系统，也有分时系统。总之，不同厂 商推出的操作系统或多或少都有差异，但许多嵌入式操作系统一般具有如下一 些内容和功能：系统核心、窗口图形系统、文件系统、设备驱动程序和网络协 议等。 当前许多嵌入式操作系统都有一个多任务核心，以满足多种嵌入式系统的 需要，对于系统核心的功能，各种嵌入式系统差别较大，但即使是微内核系统， 系统核心也负责完成如下一些基本任务：进程间通讯、线程调度、中断和内存 管理等。 在一些嵌入式系统中，窗口系统没有被采用，随着嵌入式操作系统的广泛 应用，嵌入式系统性能的提高，窗口系统越来越成为许多嵌入式操作系统的重 要内容。窗口系统一般具有如下一些基本功能：窗口管理功能、接口、提供菜 单、按钮、编辑框、组合框、控件框、滚动条、对话框和默认窗口等多种窗口 界面对象。许多嵌入式操作系统都有文件系统，一般支持r o m 、r a m 、f l a s h 和外接卡文件系统，提供文件的创建、打开、读写和检索等功能。 设备驱动是大多嵌入式系统的重要内容，驱动内容包括r s 2 3 2 接口、网络 设备、l c d 、鼠标、触摸屏等。嵌入式设备正逐渐成为主要的互联网接入设备， 与之对应，嵌入式操作系统也必须支持相关的网络协议，目前许多嵌入式操作 系统都支持t c p i p 。 嵌入式操作系统发展现状： 2 0 世纪8 0 年代，商业化的嵌入式操作系统开始得到蓬勃发展。目前国内 4 西华大学硕士学位论文 外已有几十种商业操作系统可供选择，如v x w o r k s 、p s o s 、p a l m 、o s 、n e c u l e u s 、 w m d o w s 、c e 和“女娲h o p e n 等。 国外嵌入式操作系统已经从简单走向成熟，主要有p o w e r t v 、p a l m o s 、 w i n d o w sc e 等，占据了机顶盒、p d a 、智能手机等距大部分市场。 在中国，嵌入式操作系统可分为两大类型：一类是自主版权的操作系统， 另一类是基于l m u x 的操作系统。自主版权的操作系统方面，国内有“女娲 h o p e n ”操作系统、桑夏2 0 0 0 操作系统和d e l m o s 操作系统等。“女娲h o p e f f 是凯思集团推出的产品，目前已进入产业化阶段，“女娲h o p e n ”已能支持所有 主流的嵌入式芯片。 桑夏2 0 0 0 操作系统是深圳桑夏公司推出的产品，是一个面向嵌入式应用的 实时操作系统，具备文件系统和嵌入式数据库引擎，提供了基本的图形用户接 口，支持层次化、模块化的软件模型，可运行在“龙珠”等三种系列的c p u 上， 支持包括t c p m 协议在内的网络通讯协议。 d e l m o s 是北京银京成公司开发的嵌入式实时操作系统，它主要包括：内 核d d t a c o r e 、嵌入式t c p 口d e l t a n e t 、嵌入式文件系统d e l m f i l e 以及嵌入 式图形接口d e l m g u i 。d e l m o s 支持a r m 7 、s 仃o n g a r m 、p p c 8 x x 、p p c 4 x x 、 x 8 6 、m 口s 等多种嵌入式微处理器，可应用于消费电子产品、通信产品、工业 控制及军用电子产品中。 近年来，嵌入式l i n u x 进展较快。在中国，以l i n u x 为基础的嵌入式操作 系统比较活跃，其中中软l i n u ) 【、红旗l m u x 、东方l i n u x 是业界的代表。 中软总公司以数控平台为背景，推出了中软l i n u x 3 0 。中软嵌入式l m u x 是实时系统，这套基于l m u x 的嵌入式系统不仅满足了数控机床的需求，同时 可以应用于其它工业控制领域。 红旗l i n u x 把工控和信息家电作为主要的发展领域。红旗l i l l u x 为用户提 供了w i n d o w s 风格的控件集、图形中文环境和嵌入式数据库的开发工具。中科 红旗公司开发出了针对工控领域的嵌入式l i n u x 系统 4 】【5 】【6 】。 东方l i n u x 是凯思集团推出的产品。凯思通过与中芯微合作，已经推出了 网络计算机( n c ) ，采用东方l i i 嗽的n c 系列产品除具有传统终端的功能之外， 还具有本地计算能力，用户可以通过n c 使用安装在服务器上的应用程序，并 西华大学硕士学位论文 可以使用多种本地软件。该产品工作方式基于集中与开放网络服务的运算模式， 兼容多种网络协议标准，用户可以在任意地点通过网络连接设备，实时访问服 务器端的应用程序。该产品可应用于政府、国防、教育、商业、金融等领域7 1 。 1 1 3 图形用户界面的国内外发展现状 在嵌入式产品的开发过程中，软件开发人员通常采取如下几种方法来解决 产品的图形需求，这就充分体现了图形用户界面的发展现状： ( 1 ) 针对特定图形输出设备的接口，自行开发图形相关的功能函数。利用 这种手段编写的程序，无法将显示逻辑和数据处理逻辑划分开来，从而导致程 序结构不好，不便于调试，并导致大量的代码重复。这种方案的缺点很明显， 即可移植性差，维护成本高。 ( 2 ) 购买针对特定嵌入式操作系统的图形中间件软件包。一些嵌入式操作 系统厂商，也为自己的操作系统专门开发了对应的g u i 中间件产品。如u c o s i i 上的u c g u i 、n u c l e u s 上的g r a f i x 包、v x w o r k s 上的w i n d m l 包等等。这种 方案为嵌入式产品开发提供了直接可用的方案，并且能够和原有操作系统良好 配合；但缺点是这类软件包的功能通常比较简单，且价格高昂。另外，基于这 些软件包开发的g u i 应用软件不具备跨操作系统的可移植性。 ( 3 ) 采用开放源码的嵌入式g u l 支持系统。随着嵌入式l i n u x 操作系统的 应用，开源社区也在不断为嵌入式系统提供不同的开放源码嵌入式图形解决方 案，如m i c r o w i n d o w s 、o p e n g u i ，以及新近出现的p i c o g u i 等。这些开放源码 的嵌入式g u i 软件提供免授权费的解决方案。然而，由于缺少商业公司的支持， 这些软件一般存在较多的软件缺陷，加上缺乏有担保的技术支持，因此，存在 着很大的开发风险。 ( 4 ) 使用由独立软件开发商提供的嵌入式g u i 产品。这类产品有北京飞漫 软件技术有限公司开发的m i n i g u i 、挪威t r o l l t e c h 公司的q t e m b e d d e d 等。这 两种产品都是开源( 遵循g n u 的g p l 条款发布) 的嵌入式g u i 软件产品，但均 采用双授权模式，即针对商业使用收取软件许可费用。m i n i g u i 属于中低端产 品，具有跨操作系统特性，以及适合嵌入式产品的小巧、高效的特点。 q t e m b e d d e d 属于高端产品，只支持嵌入式l i n u x 操作系统，需要1 6 m b 以上 6 西华大学硕士学位论文 的静态存储空间及6 4 m b 以上的动态存储空间。 ( 5 ) 国内还有较有实力的第三方自己开发了一些嵌入式g u i 产品，如周立 功公司的z l g g u i 8 】【9 】【1 0 1 。 1 1 4 无线局域网技术的发展现状 无线通信已经成为全球通信和i t 界共同关注的热门技术。如果说数字通信 和互联网是信息技术的革命性演进，那么人们现在会真真切切地为无线通信与 互联网的融合，直至未来宽带传输多媒体信息的巨变所震撼。除了传统的窄带 语音传输g s m 网、c d m a 网等。近几年中，包括w i f i 、u w b 、蓝牙、w l a n 、 w i m a x 、m o b i l e f i 、z i g b e e 等各种无线技术的出现，随时、随地、随心所欲 的连接到i n t e m e t ，让网络无处不在的梦想几乎触手可及。在企业、家庭内部， 无线应用将彻底改变人们日常工作、生活的方式。 w i f i 是指经认证的可与w i f i 联盟( 的产品) 互操作的8 0 2 1 1 兼容产品。 w i f i 不仅覆盖了基于办公室的局域网，也包括基于家庭的局域网和公开可获 得的热点。热点是中心天线周围的一些区域。w i m a x 类似于w i f i 。二者均可 建立热点，w i f i 覆盖的范围是几百米，w i m a x 可以有4 0 5 0 0 0 0 米的覆盖范 围。w i m a x 是基于i e e e 8 0 2 1 6 的一个互操作能力规范。m o b i l e f i 在技术方面 类似于w i m a x 的移动版本。m o b i l e f i 的目标是以比今天家庭宽带链路可获得 的更高的数据速率为移动用户提供i n t e m e t 接入。m o b i l e f i 是基于i e e e 8 0 2 2 0 规范的。与、m f i 相比，z i g b e e 是在一个相对短的距离上提供一个相对低的数 据速率。其目标是开发非常低成本的产品，具有非常低的功率消耗。z i g b e e 技 术使得在数千个微型传感器之间的通讯能够协调进行，这些传感器可以散布在 遍及办公室、农场、或工厂地区，用于收集有关温度、化学、水或运动方面的 细微信息。它被设计使用非常少的电能，因为会被放置在那里5 或1 0 年，而且 还要持续供电。z i g b e e 的通信效率非常高，它们通过无线电波传送数据的方式 就像人们在救火现场排成长龙依次传递水桶那样。在这条长龙的末端，数据可 以传递给计算机用于分析，或通过另种像w i f i 或者w i m a x 的无线技术将 数据接入i n t e r n e t 川。 w l a n 是利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的网络，是计算机网 7 西华大学硕士学位论文 络与无线通信技术相结合的产物，它以无线多址信道作为传输媒介，提供传统 有线局域网l a n ( l o c a la r e an e t w o r k ) 的功能，能够使用户真正实现随时、随 地、随意的宽带网络接入。 w l a n 开始是作为有线局域网络地延伸而存在的，各团体、企事业单位广 泛地采用了w l a n 技术来构建其办公网络。但随着应用的进一步发展，w l a n 正逐渐从传统意义上的局域网技术发展成为“公共无线局域网”，成为国际互联 网i n t e m e t 宽带接入手段。w l a n 具有易安装、易扩展、易管理、易维护、高 移动性、保密性强、抗干扰等特点。 由于w l a n 是基于计算机网络与无线通信技术，在计算机网络结构中，逻 辑链路控制( l l c ) 层及其之上的应用层对不同的物理层的要求可以是相同的， 也可以是不同的，因此，w l a n 标准主要是针对物理层和媒质访问控制层 ( m a c ) ，涉及到所使用的无线频率范围、空中接口通信协议等技术规范与技术 标准。现有标准有i e e e 8 0 2 1i x 、h i p e r l a n 、h o m e r f 、中国无线局域网规范、 i e e e 8 0 2 15 等【l l 】【1 2 】【l3 1 。 1 2 无线手持终端的国内外发展现状 无线手持终端就是在现有无线技术与终端控制器结合的基础上，通过各种 方法使得无线终端从体积、重量、人体学等方面进行设计加工，进而更便携。 无线手持终端适用于仓库、固定资产、港口、钢铁、警力、电力、石油化工、 军队等领域【1 5 】【1 9 1 。 目前常见的无线手持终端有3 g 手机、智能电话、p d a 、2 g 2 5 g 手机、p o s 机等。国外的半导体厂商一般掌握着这些终端的核心器件，同时这些终端的操 作系统基本被国外垄断。尤其在增强型工业级p d a 方面，基于工业标准的 w i n d o w sc e n e t 和x s c a l e 、a r m 架构使用是相当广泛的。目前常见操作系 统主要有：m i c r o s o f tw i n d o w se m b e d d e dc e5 0 、w i n d o w sm o b i l e6c l a s s i c e d i t i o n 、w i n d o w sm o b i l e6p r o f e s s i o n a le d i t i o n ( p h o n ee d i t i o n ) 、l i n u x 、 s y m b i a n o s 等。北京英诺泰尔科技发展有限公司的工业p d a 7 5 2 5g 2 采用 p x a 2 7 05 2 0m h z ，3 2b i tr i s cc p u 和m i c r o s o f tw i n d o w se m b e d d e dc e5 0 架 构。也有一些国内厂商用到自己专有的操作系统，如：青岛联祥瑞和自主开发 8 西华大学硕士学位论文 专有l a - r a s e 操作系统应用在该公司a 系列p o s 机上【1 6 】【1 刀【1 酊。 无线手持终端往往要求具有开发适用性、扩展性、可靠性、耐用性、防灾 难性和良好的人体工学性。 1 3 论文研究工作及实现目标 文章是在对基于a r m 的嵌入式系统认真学习和对无线手持终端前景看好 的情况下，结合自己的兴趣爱好和广泛调研，并参阅大量国内外文献及多次参 加国外半导体公司无线方面研讨会的基础上，研究了基于z i g b e e 技术的无线手 持终端。 ( 1 ) 构建手持终端模块。以n x p 公司的l p c 2 2 2 0 为终端的核心处理器， 详细研究其数据文档，结合大量的设计参考和自身经验，从底层硬件和设备驱 动构建终端；选用液晶屏c m s p g l n 0 0 8 4 d p s w 作为输出输入信息手段；充分 考虑现有实验室条件和自身爱好，选用源代码开放的u c o s i i 为终端操作系统， 并进行移植。 ( 2 ) 无线模块的构建。以c h i p c o n 公司推出的一款符合i e e e 8 0 2 1 5 4 规范 的2 4 g 射频芯片c c 2 4 3 0 为核心器件，参考公司给出的设计参考，并认真理解 现有无线模块的软硬件组成，并用此无线模块与终端通过s p i 接口实现通讯。 ( 3 ) m i n i g u i 图形用户界面的设计。熟悉该图形用户界面的结构和编程方 式，在此基础上进行了m i n i g u if o ru c o s i i 到操作系统的移植，并应用 m i n i g u i 进行简单用户界面编程。 ( 4 ) 无线手持终端系统调试。无线手持终端由用户输入信息，经无线传输 至连接有无线模块的台主机，后台确认正确传输。 9 西华大学硕士学位论文 2 嵌入式无线手持终端的系统构建 ( 1 ) 系统功能需求 本论文主要是基于a r m 的嵌入式系统在无线手持终端中的应用研究，由 于并不肯定该无线手持终端的具体用途，不能去满足各个行业的特殊要求。一 般来讲，无线手持终端都要求能够进行人机交互、便携、低功耗、易于软件升 级。本文研究的是一个完整的嵌入式系统，根据实际研究需求，需要以下外围 设备： a ) r s 2 3 2 串行接口。它是目前与p c 通信工业中应用最广泛的一种接口， 可实现两台设备的点对点通信，本系统需要串口进行调试工作以及用 于与p c 机串行通信。 b ) 带1 2 c 存储器的电源监控芯片c a t l 0 2 5 j i 。保证微控制器良好的复位， 存储触摸屏的校准信息和其它重要信息。 c 1s p i 接口。用于无线模块与终端信息的传输。 mj t a g 接1 2 1 。便于a d s l 2 的片上调试 e ) 扩展片外存储2 m * 1 6 的n o r f l a s h 。用于保存程序和系统代码。 f ) 触摸屏及l c d 接口。这两个接口用于系统输入输出。由于它们具有轻 便直观、方便灵活等优点，已经成为嵌入式系统常选用的人机交流工 具。在本系统它们将是重要组成部分。 ( 2 ) 系统设计原则 从低功耗出发，所有器件均选用低功耗器件。合理设计电源部分，努力提 高转换效率。 利用有限的硬件资源在缺少m m u 的低端c p u 上设计并开发出性能接近 高端的无线手持终端系统。 、 充分利用嵌入式操作系统u c o s i i 的多任务和保护机制，合理地协调硬件 资源和软件系统之间的一些矛盾。 系统设计上留有余地以考虑将来的扩展和修改的需要。因为软件的升级要 比硬件升级相对方便，而且往往只需要修改和添加软件中的数据处理模式、添 加代码以实现系统功能的提升，因此在硬件设计时因综合考虑价格与性能因素， 尽可能地留有余地，为系统扩展留有一定空间。 1 0 西华大学硕士学位论文 ( 3 ) 系统框架 论文研究的无线手持终端分为无线部分和终端部分。无线部分以c h i p c o n 公司推出的c c 2 4 3 0 为核心器件，除了部分射频电路，简单的外扩主要是调试 电路和与终端通信的电路。终端部分以p h i l i p s 公司生产的l p c 2 2 2 0 为核心处 理器，扩展n o r f a s h 存储器s s t 3 9 v f 3 2 0 1 作为代码存储。由于该a r m 7 芯 片不含有液晶控制器和触摸屏控制器，我们选用b b 公司的触摸屏控制器 a d s 7 8 4 3 和内嵌r a l 0 8 8 3 5 的5 7 寸液晶屏c m s p g l n 0 0 8 4 d p s w 作为系统人 机交互设备。选用开源的嵌入式操作系统u c o s i i 和低端控制器l p c 2 2 2 0 以 降低成本，然后通过m i n i g u i 使用户界面更加友好，并在此基础上进行简单界 面设计研究。该无线手持终端系统框图如下： f i