（通信与信息系统专业论文）基于嵌入式技术的移动终端设计.pdf

摘要 g s m 网络经过多年发展，已经比较成熟，具有覆盖面广、用户数量多等优势，并 且可以) l ：展多种增值业务，因此g s m 通信已经成为移动通信的一个非常重要的方面， 得到了通信设备制造商、i c p 和电信运营商的重视。同时，嵌入式技术近年来也取得 了巨大的进展，并广泛应用于通信、汽车、航空航天、消费类产品等众多和我们生活 息息相关的领域。移动通信技术与嵌入式技术的结合必定具有良好的应用前景。 近年来工业监控与通信技术的结合应用更加广泛，可以通过对远端工业设备信息 的现场采集，并借助必要的通信手段将信息及时准确地传输给监控中心。目前已经有 成型的相关技术，诸如通过网络布线来实现信息的网络传输，但是这种方法存在很多 缺点，如：前期布线复杂，投资大，安装不方便。针对以上方法的缺点和所带来的不 便，本课题采用将g s m 技术和嵌入式技术相结合的方式方法，根据工业控制现场采集到 的数据需要定时返回到监控中心的应用背景，设计了本系统。采用g s m 技术可以更好 的实现数据传输，在非实时系统和数据量不多的情况下，性价比良好，而采用嵌入式 技术则可以展现模块小巧、专用、价格合适等特点，具有良好的实际应用价值。 本论文主要工作和取得的成果包括： 第一实现g s m 模块的通信功能。通过短消息通信方式完成客户端与控制台之间的 信息交换。 第二应用e v c 在嵌入式系统w i n c e 中完成信息的传输。 第三设计良好的操作界面，操作界面提供人机交互界面，接受用户输入，输出 运行结果。提供对移动终端系统的控制以及移动终端与用户之间的接口，其功能主要 包括：用户键盘输入、移动终端状态显示、收发信息处理过程显示和电子薄的管理等 与用户操作有关的功能。 第四必须对消息传输的可靠性、传输过程中的保密性以及一定的纠错能力进行 周密的考虑，实现并完善系统中一些应用程序的功能。 关键词；g s m 模块：嵌入式技术；移动通信技术；e v c ；w i n c e 嵌入式操作系统； 上海海事大学硕十学位论文基丁嵌入式技术的移动终端设计 a b s t r a c t g s mn e t w o r kh a sb e e nd e v e l o p e df o rm a n yy e a r sa n di sf u l l y - f l e d g e d i th a s m a n ya d v a n t a g e s ，s u c ha sw i d ec o v e r a g e ，m a n yu s e r s ，a n dc a nd e v e l o pav a r i e t y o fv a l u e a d d e db u s i n e s s s og s mc o m m u n i c a t i o nh a s b e e na ni m p o r t a n ta s p e c to f t h em o b i l ec o m m u n i c a t i o n ，a n di sv a l u e d b y c o m m u n i c a t i o n s e q u i p m e n t m a n u f a c t u r e r s ，i c pa n dt e l e c o m m u n i c a t i o n so p e r a t o r a tt h es a m et i m e ，i nr e c e n t y e a r s ，e m b e d d e dt e c h n o l o g ym a k et r e m e n d o u sp r o g r e s s ，a n di sw i d e l ya p p l i e di n c o m m u n i c a t i o n s ，a u t o m o t i v e ，a e r o s p a c e ，c o n s u m e rp r o d u c t sa n dm a n yo t h e ra r e a w h i c ha r ec l o s e dr e l a t e dt ot h ei i r e t h ec o m b i n a t i o no ft h em o b i l ec o m m u n i c a t i o n a n de m b e d d e dt e c h n o l o g yw i l lh a v ea g o o dp r o s p e c t i nr e c e n ty e a r s , t h ei n t e g r a t e da p p l i c a t i o no ft h ei n d u s t r i a lm o n i l o r i n ga n d c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yh a sb e e nm u c hm o r ew i d e l yu s e d 。a n dw i t ht h eh e l po f t h en e c e s s a r yc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y ，i tc a nc o l l e c td i s t a li n d u s t r i a le q u i p m e n t i n f o r m a t i o nw h i c hi st r a n s m i t t e dt ot h em o n i t o n n gc e n t e r n o wt h e r ea r em a n y f o r m i n gr e l a t e dt e c h n o l o g i e s s u c ha sa c h i e v ei n f o r m a t i o nn e t w o r kt r a n s m i s s i o n t h r o u g ht h en e t w o r kc a b l i n g ，b u tt h i sm e t h o dh a sm a n yd i s a d v a n t a g e s ，f o re x a m p l e ， p r e - w i r i n gi sc o m p l e x ，i n v e s t m e n ti se n o r m o u s ，i n s t a l l a t i o ni si n c o n v e n i e n t b a s e d o nt h ed i s a d v a n t a g e so ft h em e t h o da n dt h er e l a t e di n c o n v e n i e n c e ，a c c o r d i n gt o t h eb a c k g r o u n dt h a tt h ed a t aw h i c hi sc o l l e c t e df r o mt h ei n d u s t r yc o n t r o ls c e n ei s n e e d e dt ot i m i n gr e t u mt ot h ec o n t r o lc e n t e r w eu s et h em e t h o dt h a tc o m b i n eg s m t e c h n o l o g y w i t he m b e d d e dt e c h n o l o g y , a n dd e s i g nt h es y s t e m u s i n gg s m t e c h n o l o g yc a na c h i e v ed a t at r a n s m i s s i o nb e 靛e r a n du n d e rn o nr e a l t i m es y s t e m a n df e wd a t ac i r c u m s t a n c e ，c o s tp e r f o r m a n c ei sw e l l ，a n du s i n ge m b e d d e d t e c h n o l o g yc a na c h i e v et h ef e a t u r et h 越t h em o d u l ei sc o m p a c ta n ds p e c i a l 。a n dt h e p r i c ei sa p p r o p r i a t e 。a n di th a sp r a c t i c a la p p l i c a t i o no fg o o dv a l u e t h em a i nt a s ka n dt h ea c h i e v e m e n ti nt h i st h e s i si n c l u d e ： f i r s t a c h i e v eg s mm o d u l e sc o m m u n i c a t i o nf u n c t i o n t h r o u g ht h ew a yo f s h o dm e s s a g ec o m m u n i c a t i o n c o m p l e t ei n f o r m 绷o ne x c h a n g eb e t w e e nt h ec l i e n t a n dt h ec o n s o l e s e c o n d u s et h ee v ci ne m b e d d e ds y s t e mw i n c et oc o m p l e t ei n f o r m a t i o n t r a n s m i s s i o n 1 1 1 i r d d e s i g n 。g o o do p e r a t i o ni n t e r f a c e ：o p e r a t i o ni n t e r f a c e s u p p 炒 上海海事大学硕士学位论文基于嵌入式技术的移动终端设计 m a n m a c h i n ei n t e r a c t i o nc o n t a c tf u n c t i o n ，r e c e i v et h eu s e r si n p u t ，d i s p l a yt h e o u t p u tr e s u i t a l s o 。i ts u p p l i e st h ei n t e r f a c eb e t w e e nt h ec o n t r o lo ft h em o b i l e t e r m i n a is y s t e ma n dt h ec o n n e c t i o nb e t w e e nm o b i l et e r m i n a ia n du s e ki t sf u n c t i o n m a i n l yi n c l u d e s ：u s e rk e y b o a r di n p u t ，t h ed i s p l a yo ft h em o b i l et e r m i n a t i o ns t a t e a n dt h es e n da n dr e c e i v ei n f o r m a t i o np r o c e s s ，t h em a n a g e m e n to ft h et e l e p h o n e b o o k f o u r t h ，t a k et h er e l i a b i l i t yo fn e w st r a n s m i s s i o n ，t h es e c r e c yi nt r a n s m i s s i o n p r o c e s sa sw e l la sc e r t a i ne r r o rc o r r e c t i o na b i l i t yi n t oc o n s i d e r a t i o n r e a l i z ea n d c o m p l e t es o m ef u n c t i o no ft h ea p p l i c a t i o np r o g r a mi nt h es y s t e m z h a n gb o ( c o m m u n i c a t i o na n di n f o r m a t i o ns y s t e m ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rx uk a i y u k e y w o r d s ：g s mm o d u l e ；e m b e d d e dt e c h n o l o g y ；m o b i l ec o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y ；e v c ；w i n c ee m b e d d e do p e r a t i o ns y s t e m i u 论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。沧义中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人 或其他机构已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的 启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。 作者签字：熬绞 日期：21 1 1 ：z ：笸 论文使用授权性声明 本人同意上海海事大学有关保留、使用学位论文的规定。即： 学校有权保留送交论文复印件允许论文被查阅或借阅；学校上 网公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其他复 制手段保留论文。保密的论文在解密后遵守此规定。 字：簟聊擀单仁 日期：洲7 旷 上海海事人学硕士学位论文基丁嵌入式技术的移动终端设计 1 1 课题研究的背景 第一章绪论 移动通信技术是人类历史上的一次重大的技术革新，它极大的改变了人们的生活 方式，并成为当前发展最快、应用最广和最前沿的通信技术之一。由于其具备便捷、 灵活等特点，移动通信方式已经成为从2 0 世纪8 0 年代中期以来发展最为迅速的通信 方式。 迄今为止，移动通信技术经历了第一代移动通信技术、第二代移动通信技术的发 展。第三代移动通信技术正在全面展开并将被广泛应用，第四代移动通信技术的各项 技术标准正在制定与形成。 第一代移动通信系统是指最初的模拟、仅限语音的蜂窝电话标准，它是一种模拟 蜂窝移动通信网，时间是上世纪七十年代中期至八十年代中期，以蜂窝结构的方式实 现了频率复用，大大提高了系统容量，并支持漫游和越区切换，实现了移动环境下的 不间断通信。第一代移动通信系统由于其移动性，结束了无线通信发展过程中被其他 通信手段替代而处于辅助地位的历史，成为一种不可替代的通信方式。 第二代移动通信系统是目前最为广泛使用的数字移动通信系统，现有的移动通信 网络主要以第二代的g s m 和c d m a 为主，采用g s m 、g p r s 、c d m a 的i s 一9 5 b 技术，它引 入数字无线电技术组成的数字蜂窝移动通信系统，提供更高的网络容量，改善了话音 质量和保密性，并为用户提供无缝的国际漫游i ，l 。它使用s i m 卡作为移动通信用户个 入身份和通信记录载体，为移动通信的运营、管理和服务提供了极大的便利。由于第 二代移动通信技术的这些优势，它一度成为通信发展的主流，在全球范围内取得了巨 大的成功。 第三代移动通信系统是一种能提供多种类型的高质量的多媒体业务，能实现全球 无缝覆盖，具有全球漫游能力与固定网络相兼容并以小型便携式终端在任何时候任何 地点进行任何种类的通信系统。智能信号处理技术，多媒体数据通信是第三代移动通 信的一个重要特点。第三代移动通信有如下关键技术l 删：一是高效信道编译码技术； 二是智能天线技术；三是初始同步与r a k e 多径分集接收技术；四是多用户检测技术； 五是功率控制技术。第三代移动通信的目标就是宽带多媒体通信，目前第三代移动通 信系统开发和应用币进入实质阶段。 第四代移动通信系统最明显的趋势是要求高数据速率、高机动性和无缝隙漫游 上海海事大学硕七学位论文基于嵌入式技术的移动终端设计 实现这些要求在技术上将面临更大挑战。此外，该系统性能( 如蜂窝规模和传输速率) 在很大程度上将取决于频率的高低。第四代移动通信系统的数据传输应该比第三代移 动通信系统高一个数量级。第四代移动通信系统的提出使我们看到了通信发展的广阔 未来。 当前，随着移动通信技术的发展，移动通信技术己经成为我们生活中一种重要的 通信手段，移动终端得到了极大的普及。近年来随着移动通信技术的迅猛发展，基于 嵌入式技术的移动终端系统研发也由于其巨大的市场潜力，逐渐引起了社会各界的广 泛关注。在这样的环境下，对移动通信技术和嵌入式技术这两种技术的结合应用必然 存在广阔的市场前景，基于嵌入式的移动终端系统的设计与开发就是在这个大背景下 被提出来，并取得了一些成绩，有些产品已经被广泛应用于工业和生活当中。 1 2 课题的特点 移动通信系统和嵌入式系统是信息领域的两大热点。作为二者的结合产物，移动 终端系统融合了两者的优势，市场潜力巨大。本课题从嵌入式系统设计的角度出发， 把嵌入式的基本的原理、方法应用到移动终端系统的实际开发过程中去，并将最终开 发出一款具有良好扩展性和可移植性的移动终端系统。 在技术实现方面，本课题以嵌入式系统为基础。嵌入式系统是以应用为中心，以 计算机技术为基础，软、硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、 功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统发展非常迅速，在通信、汽车、航空航 天、消费类产品等众多和我们生活息息相关的领域得到了广泛应用，同时也由于嵌入 式技术的飞速发展，我们看到了移动通信系统更加广阔的发展前景。 由于移动终端系统本身所固有的嵌入式特点，一方面，我们可以将其视为一个嵌 入式系统、进丽采用嵌入式系统的开发方法来进行开发；另一方面，我们在开发时还 要充分考虑到移动终端系统在通信领域应用的特殊性，从而选择更加合适可行的开发 方法。 1 3 课题的意义和价值 随着嵌入式技术的发展和成熟，将嵌入式技术和移动通信技术相结合所开发出来 的产品也越来越受到市场的青睐。嵌入式产品在体积、功耗、可靠性等方面具有的优 势也逐步显现出来，嵌入式系统已经广泛应用于通信、航空航天、消费类产品等众多 与我们生活息息相关的领域。 嵌入式技术和移动通信技术相结合的一个重要应用就是应用在工业生产的远程 2 上海海事人学硕十学位论文基丁嵌入式技术的移动终端设计 监控方面，可以实现监控现场无人值守，监控中心集中监控、集中管理、集中维护的 现代化监控系统。通常监控系统中的现场与监控中心的数据传输网络可以由有线网络 或无线网络构成，如果采用有线的通讯方式，由于工业现场条件较差，铺设专线将使 得工程周期长而且投资昂贵，因而系统成本变得很高。而且对于移动目标的监控，根 本无法使用有线。在无线通信中一般可以选择超短波、微波年d g s m 移动网等通信方式。 这些通信方式各有特点：超短波和微波通信是利用电磁波进行无线电通信。采用嵌入 式的无线通信技术可以保证较好的实时性，在自报方式下可随时上报数据，运行费用 低( 频点使用费是固定的，与通信时间无关) 。通过g s m 短消息作为数据传输模式，不 仅安装简单而且还大大节省了资源，同时这种系统传输数据的可靠性很高，不易受干 扰，信号的覆盖范围大，具有较好的通信质量。对于解决监控采集点分散、覆盖面广、 监控点移动、实时性要求不高的远程监控系统具有无可比拟的优势。 综上所述将嵌入式技术与移动通信技术的结合是一个新颖的课题，其应用对于企 业的经济利益、技术积累都将具有重要的意义，在实际的产业当中将具有较高的实用 价值。 4 本课题的主要任务 移动终端系统作为嵌入式技术与移动通信技术相结合的终端产品，包含了众多丰 富而复杂的系统功能。本课题主要任务包括以下几个方面： 第一实现g s m 模块的通信功能。由于客户端与控制台之间交换信息的需要，使得 必须对g s m 协议有深入的了解，其中最主要的是收发短消息的实现。 第二处理好嵌入式技术在设计上的要求。嵌入式系统的设计受限于功能和具体 的应用环境，例如对外部事件必须在规定的时间做出响应，有体积、重量、功耗、散 热等方面的限制，需要有良好的安全性、可靠性，系统本身的需求等等。 第三设计良好的操作界面，操作界面提供人机交互界面，接受用户输入，表达 输出结果。提供对移动终端系统的控制和移动终端与用户之间的接口，其功能主要包 括：用户键盘输入、移动终端状态和呼叫处理过程显示、s i m 卡和电子薄的管理等与 用户操作有关的功能。 第四对消息传输的实时性、可靠性、传输过程中的保密性以及一定的纠错能力 都必须进行周密的考虑，实现并完善系统中一些上层应用程序的功能。 1 5 本文内容安排 本文着重从软件的角度介绍了一个具体的嵌入式移动终端系统的设计与实现方 上海海事人学颈十学位论文基1 ：嵌入式技术的移动终端设计 法，以分层的观点对系统的各个模块鲍进行了划分，对各模块的功能进行了必要的分 析，并在分析的基础上给出了基体的实现方法。 本文的内容安排如下： 第一章介绍课题的背景、特点、意义及价值。 第二章移动通信概述。对移动通信系统的基奉概念和无线数据传输方式做了简 单的介绍，并具体的介绍了g s m 数字蜂窝移动通信系统的功能、特点及 刚络结构。 第三章介绍了嵌入式技术。对嵌入式操作系统及其设计要求进行了介绍，并展 望了嵌入式移动终端的发展趋势。 第四章采用分层的观点对嵌入式移动终端系统进行分析并提出了设计思路，对 各个模块的功能进行了介绍，对软硬件环境及w i n c e 操作系统进行了介 绍，并对上层软件的框架结构做了详尽、细致的描述。 第五章嵌入式移动终端系统的实现。通过具体的分析给出了系统的实现方法。 对串口通信、收发短信原理及w i n c ef 对数据库的操作等关键技术进行 了详尽的描述。最后对系统操作界面仿真结果进行了介绍。 第六章总结本论文的内容和特点，发现系统设计存在的缺陷和不足，并提出今 后进一步研究的方向。 上海海事大学硕七学位论文基于嵌入式技术的移动终端设计 第二章移动通信系统与无线数据传输 2 1 移动通信概述 移动通信是指移动体之间以及固定体与移动体之间的通信。移动通信可以根据移 动体所处区域的不同分为陆地移动通信、海上移动通信和空中移动通信。目前实际使 用的移动通信系统有陆地移动通信系统和国际卫星移动通信系统、航空通信系统、航 海通信系统。陆地移动通信系统又包括无线寻呼系统、无绳电话系统、集群移动通信 系统和蜂窝移动通信系统等。移动通信的工作方式可分为单向通信方式和双向通信方 式两大类别，双向通信方式又分为单工通信方式、双工通信方式和半双工通信方式三 静1 5 5 1 【l o i 。 1 单向通信方式 单向通信方式就是指通信双方中的一方只能接受信号，而另一方只能发送信 号，收信方不能对发信方直接进行信息反馈。无线寻呼系统采用的就是这种工作 方式。 2 双向通信方式 1 ) 单工通信方式 所谓单工通信就是指移动通信的双方只能交替的进行发信和收信，不能同时 进行。常用的对讲机采用的就是这种方式 2 ) 双工通信方式 所谓双工通信就是指移动通信的双方可同时进行发信和收信。这时收信和发 信必须采用不同的工作频率。 3 ) 半双工通信方式 这种通信方式与双工通信类似，也就是通信双方可同时发信和收信，只不过 发信时要按下“按一讲”开关。 5 上海海事大学硕七学位论文基丁嵌入式技术的移动终端设计 2 2g s m 数字蜂窝移动通信系统 2 2 1g s m 系统概述及基本特点 2 2 1 1o s m 系统概述 g s m 是第二代蜂窝移动通信系统，也是全球第一个对数字调制方式、网络结构和 业务种类进行标准化的数字蜂窝移动通信系统。在g s m 以前，欧洲各国的第一代蜂窝 移动通信系统采用不同的标准，这样，用户无法实现泛欧漫游。提出g s m 的原始目的 是实现泛欧蜂窝移动通信业务，并通过利用i s d n 来实现广域网业务。但g s m 的成功己 超出了人们原先的估计，现在，g s m 是全球最受欢迎的第二代蜂窝移动通信系统。g s m 提供的业务分为话音业务、承载业务、补充业务和短消息业务。 2 2 1 2g s m 系统的基本特点 g s m 系统完全按照欧洲电信标准学会e t s i 制定的g s m 技术规范研制而成，任何一家 厂商的g s m 数字移动通信系统都必须符合g s m 技术规范。g s m 系统作为一种开放式结构 和面向未来设计的系统，具有下列主要特点： 1 )g s m 系统由几个分系统组成，并且可与各种共用通信网( p s t n ，p d n ，i s d n 等) 互 通、互连。各分系统之间及各种公用网之间都定义了明确而详细的接口标准， 保证任何厂商提供的g s m 系统或子系统能够互连。 2 )g s m 系统能够提供跨国自动漫游，相互签署了漫游协议的g s m 运营商，其用户可 进入对方的g s m 系统而与国别无关。 3 )g s m 系统除提供用户终端业务外，还可提供各种承载业务、补充业务和与i s d n 相关的业务。 4 ) 6 s m 系统具有加密和鉴权功能，能确保用户的通信保密和网络安全 5 )g s m 系统具有灵活方便的网络结构，处理能力强，能满足用户对大容量频率再 用率高，移动交换机的话务高密度业务的要求。 6 )g s m 系统抗干扰能力较强，在覆盖区域内通信质量较好。 7 )g s m 用户终端设备采用超大规模集成电路( v l s i ) 和数字信号处理器( d s p ) ，体积 更小、重量更轻、功能更强。 6 上海海事大学硕十学位论文 基于嵌入式技术的移动终端设计 2 2 2g s m 系统的结构和功能 g s m 是一个庞大、复杂的系统，从结构上来看主要包含4 个主体：基站予系统( b s s ) 、 网络和交换子系统( n s s ) 、运营子系统( o s s ) 、移动台( m s ) 。 2 2 2 1 基站予系统( b s s ) 基站子系统在g s m 网络的固定部分和无线部分之间提供中继，一方面b s s 通过无线 接口直接与移动台实现通信连接，另一方面b s s 又连接到网络端的移动交换机。b s s 可分为两部分”1 。通过无线接口与移动台相连的基站收发信台( b t s ) 和另一侧与交换 机相连的基站控制器( b s c ) ，b t s 负责无线传输、b s c 负责控制与管理。b s s 是由一个b s c 与一个或多个b t s 组成的，一个基站控制器根据话务量需要可以控制数十个b t s 。b t s 可以直接与b s c 相连，也可通过基站接口设备b i e 与远端的b s c 相连： i ) 基站收发信台( b t s ) 基站收发信台属于基站子系统( s s s ) 的无线部分，受控于基站控制器，是服务于 某个小区的无线收发信设备，完成b s c 与无线信道之间的转换，实现b t s 与m s 之间通过 空中接口的无线传输及相关的控制功能。 2 ) 基站控制器( b s c ) 基站控制器是基站子系统( b s s ) 的控制和管理部分，位于m s c 与b t s 之间，负责完 成无线网络管理、无线资源管理及无线基站的监视管理，控制移动台与b t s 无线连接 的建立、连接和拆除等管理，控制完成移动台的定位、切换及寻呼。 2 2 2 2 网络子系统( n s s ) 网络子系统主要包含有g s m 系统的交换功能和用于用户数据与移动性管理、安全 性管理所需要的数据库功能，它对g s m 移动用户之问的通信和g s m 移动用户与其它通信 网用户之间通信起着管理柞用。 网络子系统分为五个功能单元：移动业务交换中心( 鹇c ) 、归属位置寄存( h l r ) 、 拜访位景寄存暑p r ( v l r ) 、鉴权中心( a u c ) 和设备识别寄存嘉( e i r ) 。 2 2 2 3 运营子系统( o s s ) 运营子系统( 0 s s ) 主要完成移动用户管理、移动设备管理以及网络操作和维护等 功能 i ) 移动用户管理 7 上海海事大学硕士学位论文基于嵌入式技术的移动终端设计 移动用户管理包括用户数据管理和呼叫计费管理，o s s 通过o m c 和其它功能实体完 成这一功能。 2 ) 移动设备管理 移动设备管理是由e i r 来完成的，e i r 与n s s 其它功能实体之间通过七号信令网络 的接口连接。 3 ) 网络操作和维护 网络操作和维护由o m c 完成。从电信管理网( t m n ) 的发展角度考虑，o m c 还应具备 与上层t m n 进行通信的功能，以保证g s m 网络能与其它电信网络一起进行集中操作、维 护和管理。 可以认为，o s s 已不包括与g s m 系统的n s s 和b s s 部分直接相关的功能实体，而成为 一个相对独立的管理和服务中心。其中主要包括网络管理中心( n 婀) 。安全管理中心 ( s e m c ) 、用于s i m 管理的个人化中心( p c s ) 、用于集中计费管理的数据处理系统( d p p s ) 等功能实体。 2 2 2 4 移动台( 髂) 移动台是g s m 系统的用户设备，包括车载台、便携台和手持机。移动终端并非固 定于一个用户，在系统中的任何一个移动台上，都可以通过s i m 卡来识别用户，个人 识别码p i n 可以防止用户识别卡未经授权使用。每个移动终端都有自己的识别码，即 国际移动设备识别号i m e i ，i m e i 主要由型号许可代码和厂家有关的产品号构成。每个 移动用户有自己的国际移动用户识别号i m s i ，存储在s i m 卡。 2 2 3g s m 系统的主要业务 g s m 系统的所有业务是基于i s d n 的概念定义的，考虑到移动通信的特点，相应的 作了一些修改。有一些在i s d n 中己经被实现的业务，考虑到移动网实现的复杂程度和 成本问题，在g s m 系统中并未引入。因此，g s m 系统在业务类上是面向i s d n 的，但并不 提供i s d n 的全部业务i g s m 系统提供的业务种类主要有话音业务、承载业务、补充业务和短信息业务， 下面分别简单介绍刚。 2 2 3 1 话音业务 1 ) 电话业务 电话业务是g s m 系统提供的最重要的业务，经过g s m 网络和固定网，为移动用户之 8 上海海事大学硕士学位论文基丁嵌入式技术的移动终端设计 问或移动用户与固定用户之间提供双向话音通信。 2 ) 紧急呼叫 根据g s m 的专用术语，紧急呼叫是由电话业务演变来的一项独立业务，它允许移 动用户在紧急情况下通过一种简单的拨号方式将紧急呼叫接入紧急服务中心。这种简 单拨号方可以拨叫紧急服务中心的号码。此业务优先于其它业务，在移动台没有插入 s t m 卡或移动台处于锁定状态时，也可按此号码按入紧急服务中心。 2 2 3 2 承载业务 g s m 系统从开始就考虑兼容多种在i s d n 中定义的承载业务，满足g s m 移动用户对 数据通信的要求。g s m 系统设计的承载业务不仅使移动用户之间的数据通信成为可能， 更为重要的是能为移动用户与p s t n 和i s d n 用户之间提供数据通信服务，还能够实现 g s m 网络和公用数据网( p d n ) 的互通。在无线传输许可的条件下，g s m 规范定义了1 0 大 类3 0 多种数据业务，为用户提供多种速率的透明或半透明数据通信服务 2 2 3 3 补充业务 补充业务可丰富g s m 的基本业务，主要是允许用户选择怎样由网络处理呼入和呼 出，或者给用户提供一些信息使其能充分利用基本业务。补充业务并不是g s m 系统所 特有的，也不是其它移动通信系统所特有的，其绝大部分直接由固定网络继承而来， 少部分在需要适应移动性时作了修改。g s m 规范定义了8 大类近3 0 中不同的补充业务。 2 2 3 4 短消息业务 g s m 能传输短消息，这主要包括两种短消息业务，一种是点对点的短消息：另一 种是“小区广播短消息服务”，即每隔一定时间间隔对所在地理区域内的所有用户广 播的短消息。 1 ) 点对点短消息 g s m 系统提供的这一业务与寻呼业务相似，但有许多改进。它利用g s m 的其它性能， 特别是移动台和网络之间的双向通信能力。这样，系统可以确认移动台是否已收到此 信息和收到的信息是否正确，若没有收到或收到的信息有误，系统可以重新传送。当 移动台处于关机状态时，系统暂不传送对它的短消息，一旦移动台开机，系统马上传 送对它的短消息。点对点短消息业务是由短消息业务中心完成存储并进行转发的，短 消息业务中心是与g s m 相分离的一个独立实体，它不仅可服务于g s m 用户，也可服务于 具有各接收短消息业务功能的固定网用户。点对点短消息的传送应该在系统和移动台 9 上海海事人学硕士学位论文基于嵌入式技术的移动终端设计 处于空闲或呼叫状态时进行，由控制信道传送短消息业务的信息。 2 ) 小区广播短消息业务 小区广播短消息业务是在g s m 网络某一特定区域内以一定的时间间隔向移动台重 复广播一些具有通用意义的短消息，如道路交通和气象信息等。移动台连续不断的监 视广播信息，并在移动台上向用户显示广播信息。小区广播短消息也在控制信道上传 送。 2 3 无线数据传输方式及比较 无线数据传输主要有五种方式：g s m 方式、g p r s 方式、蓝牙方式、c d p d 方式、电 台方式。每种方式根据其自身特点不同应用场合及应用范围也有很大区别，下面对五 种方式进行简要介绍p ，： 1g s m 方式 g s m 移动通信网能提供6 类电信业务，目前己开通并较常用的业务有话音业务、短 消息业务、数据业务等。 2g p r s 方式 相对原来g s m 拨号方式的电路交换数据传送方式，g p r s 是分组交换技术，具有“高 速”和“永远在线”的优点。 3 蓝牙方式 随着i n t e r n e t 和移动通信的空前发展和相互融合，出现了许多新技术和新标准， 蓝牙就是其中一种短程无线通信标准，它能使网络中的数据和语音设备互连互通，实 现廉价的无线网络梦想。 蓝牙计划的目标就是要建立一个全球统一的无线连接标准，使不同厂家生产的各 种移动计算和便携的设备，在近距离内都能不用电缆就可以很方便地连接起来，实现 相互操作与数据分享。它利用短程无线电链路取代专用电缆，它可以在1 0 厘米到1 0 米的范围内使8 个置入蓝牙晶片的网络设备( 如手机和便携式电脑等) ，实现无缝的资 源共享，达到相互操作和互用的目的。如果提高传送设备的功率，距离还可以扩展到 1 0 0 米甚至更远。 4c d p d 方式 c d p d 系统主要由移动数据中介系统( m d i s ) ，移动数据基站( m d b s ) 及移动终端系统 ( m e s ) 组成。 c d p d ( 蜂窝数字分组数据- - c e l l u l a rd i g i t a lp a c k e td a t a ) 采用分组数据方式， 是目前公认的最佳无线公共网络数据通信规程。它是建立在t c p i p 基础上的一种开放 系统结构，将开放式接口、高传输速度、用户单元确定、空中链路加密、空中数据加 1 0 上海海事人学硕士学位论文基丁嵌入式技术的移动终端设计 密、压缩数据纠错和重发和运用世界标准的i p 寻址模式无线接入有力的结合在一起， 提供同层网络间的无缝连接、多协议网络服务。 c d p d 具有速度快( 1 9 2 k b p s ) ，数据安全性高等特点，它支持用户越区切换和全网 漫游、广播和群呼，支持移动速度达l o o k m h 的数据用户，可与公用有线数据网络互 联互通。射频频率：8 0 0 m h z 至9 0 0 m h ，收发1 日j 隔4 5 m h z 频道间隔：3 0 k h z ，速率：空中全双 工1 9 2 k b s ，双向数据传愉终端发射功率：0 6 w 一4 w ，基站发射功率：4 5 w ( 连续可调) 。 5 电台方式 采用电台方式的监测系统，系统配置必须配备m o d e m ，该调制解调器是用来把数 字信息转换成音频信号，通过电台发射出去，接收端再通过解调恢复原来的信号。 2 4 移动通信系统的发展趋势 从移动通信业务发展的角度来看，虽然目前的移动电话网主要以话音业务为主， 而且相当长的时间内话音业务仍将占据主导地位，但移动通信和i p 两大发展最快的领 域的结合，即移动的多媒体通信无疑是移动通信的发展方向。现有的第二代技术能力 仅能满足话音和低、中速数据业务的需求，难以满足移动多媒体通信中、高速数据业 务的要求。以提供移动多媒体业务为特征的第三代移动通信，恰恰能适应这一发展方 向。从另外一个角度看，即使第二代具备了提供部分中速速率业务的能力，但现有频 段也不可能完全满足这一需求。从竞争的角度来分析，由于提供更新更高能力的业务 是运营商竞争的主要手段之一，而第三代移动通信明显比第二代技术无论是g s m 还是 c o m a ，在频谱利用率和业务能力上都有明显提高，所以运营者会争取尽早提供第三代 业务，以取得竞争的优势。 综上所述，无论是在移动通信量的需求、新业务的需求还是赢得竞争的主动等方 面，第三代移动通信系统都将是发展的必然趋势。 本章对移动通信概念、5 种无线数据传输方式进行了简要介绍，并对这五种无线 数据传输方式进行了比较。然后从基本概念、特点、结构和功能以及主要业务对g s m 数字蜂窝移动通信系统进行了具体的介绍。最后通过对移动通信技术的理解提出了个 人对移动通信系统发展趋势的看法。 上海海事大学硕士学位论文墓 ：嵌入式技术的移动终端设计 3 1 嵌入式系统概述 第三章嵌入式技术 嵌入式系统是指操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统之中。简单的说就是 系统的应用软件与系统的硬件一体化，类似于b i o s 的工作方式。嵌入式系统具有软件 代码小，高度自动化，响应速度快等特点。特别适合于要求实时的和多任务的体系。 嵌入式系统以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系 统对功能、可靠性、成本、体积、功耗的严格要求。它一般由嵌入式微处理器、外围 硬件设备、嵌入式操作系统及用户应用程序等几部分组成。它是将先进的计算机技术、 半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物，这一点就决定了它必 然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。 3 2 嵌入式系统的特点 i ) 面向特定应用 嵌入式系统通常是面向特定应用的，嵌入式c p u 与通用型的最大不同就是嵌入式 c p u 大多工作在为特定用户群设计的系统中，他通常都具有低功耗、体积小、集成度 高等特点，能够把通用c p u 中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利子嵌 入式系统设计趋于小型化，移动能力大大增强，和网络的藕合也越来越紧密。 2 ) 高效性 嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同 样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争 力 3 ) 生命周期长 嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，他的升级换代也是和具体产品同步进 行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，都具有较长的生命周期。 4 ) 程序固化 为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片 或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。 5 ) 嵌入式系统开发需要开发工具和环境 嵌入式系统本身不具备自主开发能力，即使设计完成以后用户通常也是不能对其 上海海事人学硕七学位论文基于嵌入式技术的移动终端设计 中的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。 3 3 嵌入式系统的软件特征 嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键，对嵌入式处理器的系统 软件和应川软件的要求也和通用计算机有所不同”“。 1 ) 软件要求固态化存储 为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片 或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。 2 ) 软件代码高质量、高可靠性 尽管半导体技术的发展使处理器速度不断提高、片上存储器容量不断增加，但在 大多数应用中，存储空间仍然是宝贵的，还存在实时性的要求。为此要求程序编写和 编译工具的质量要高，以减少程序二进制代码长度、提高执行速度。 3 ) 系统软件( o s ) 的高实时性是基本要求 在多任务嵌入式系统中，对重要性各不相同的任务进行统筹兼顾的合理调度是保 证每个任务及时执行的关键，单纯通过提高处理器速度是效率很低且无法完成的，这 种任务调度只能由优化编写的系统软件来完成，因此系统软件的高实时性是基本要 求。 3 4 嵌入式操作系统 嵌入式操作系统e o s ( e m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m ) 是一种用途广泛的系统软件， 过去它主要应用于工业控制和国防系统领域。e o s 负责嵌入系统的全部软、硬件资源 的分配、调度作业，控制、协调并发活动；它必须体现其所在系统的特征，能够通过 装卸某些模块来达到系统所要求的功能。目前，已推出一些应用比较成功的e o s 产品 系列随着i n t e r n e t 技术的发展、，信息家电的普及应用及e o s 的微型化和专业化，e o s 开始从单_ 的弱功能向高专业化的强功能方向发展。嵌入式操作系统在系统实时高效 性、硬件的相关依赖性、软件固化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。 通用计算机具有完善的操作系统和应用程序接口( a p i ) ，是计算机基本组成不可 缺少的一部分，应用程序的开发以及完成后的软件都在操作系统平台上面运行，但一 般不是实时的。嵌入式系统则不同，应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行： 但是为了合理地调度多任务、利用系统资源、系统函数以及和专家库函数接口，用户 必须自行选配r t o s 开发平台，这样才能保证程序执行的实时性、可