（计算机科学与技术专业论文）基于linux的嵌入式无线局域网网关设计与实现.pdf

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环境下蒙文编辑器的设计与实现 关键词：嵌入式，a r m ，l i n u xo s ，远程控制，网关，终端 t e r m i n a l sh a sb e c o m eat r e n d b e c a u s ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nh a sac e r t a i n d e g r e eo ff r e e d o mw i t h i nf i x e ds p a c el i m i t s ，i ti sv e r ys u i t a b l ef o rf a m i l i e so r o t h e rm i d d l e - s i z e da n ds m a l l s i z e dp l a c e s t h i sp a p e rp r e s e n t st h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fe m b e d d e dw l a n g a t e w a yb a s e do nl i n u xo s a tf i r s ti ta n a l y s e st h ec u r r e n ts i t u a t i o na n d d e v e l o p m e n td i r e c t i o no fe m b e d d e ds y s t e m sa n dn e t w o r kt e c h n o l o g y t h e ni t d i s c u s s e st h eh a r d w a r ef o r m a t i o na n ds o f t w a r ed e s i g no fe m b e d d e dg a t e w a y a n dw i r e l e s st e r m i n a l s u l t i m a t e l yw ed e s i g na n di m p l e m e n tt h ee m b e d d e d w l a n g a t e w a ya n dt e r m i n a l sw h i c hi s u n d e rt h ec o n t r o lo fr e m o t ec l i e n t s u s i n gi n t e m e t t h ee m b e d d e dw l a ni n t h i s p a p e ri sc o m p o s e do ft w op a r t s ：t h e e m b e d d e dg a t e w a ya n dw i r e l e s st e r m i n a l s t h ep a r to fe m b e d d e dg a t e w a yi s i i i 嵌入式l i n u x 环境下蒙文编辑器的设计与实现 b a s e do nl i n u xo s t h eh a r d w a r ew eu s ei sk i p n e t a r m 2 4 10 - sd e v e l o p m e n t s y s t e m i n t h et e c h n o l o g yw ea tt h es a m et i m eu s et h ee t h e m e tp o r tw h i c hi s l i n k e dw i t hi n t e m e ta n ds e r i a lp o r tw h i c hi sc o n n e c t e dw i t hr f m 12 bw i r e l e s s t r a n s m i s s i o nm o d u l e t h e p a r t o fw i r e l e s st e r m i n a l si s i m p l e m e n t e db y l i n g y a n gs c m c o n n e c t e dw i t hs t c12 l e 2 0 5 2w i r e l e s st r a n s m i s s i o nm o d u l e 一一 u s i n gt n i ss y s t e m ，u s e r sf i o ma n y w h e r ec a nc o n t r o la n dm o n i t o rt h er e m o t e w l a nt e r m i n a l sb y l o g g i n gi nt h ei n t e r f a c eo fc o n t r o l l i n gg a t e w a yv i ai n t e r n e t k e y w o r d s ：e m b e d d e d ，a r m ，l i n u xo s ，r e m o t ec o n t r o l ，g a t e w a y ， i v 内蒙古大学硕：t = 学位论文 目录 摘要i i a b s t r a c t i l i 目录v 第一章绪论1 l ，1课题研究背景1 1 2国内外研究状况2 1 3主要工作4 1 4 论文组织结构4 第二章总体设计方案6 2 1总体设计思想6 2 2无线局域网网关实现方案9 2 3无线终端实现方案1 l 2 4 远程客户端的实现方案1 1 第三章嵌入式网关的实现1 3 3 1仲裁模块1 3 3 1 1 硬件平台简介1 3 3 1 2 软件平台简介1 7 3 1 3 仲裁模块实现过程1 8 3 2远程服务模块2 7 3 2 1 硬件平台简介2 7 3 2 2 软件平台简介3 0 3 2 3 远程服务模块实现过程3 2 3 3多线程的引入3 7 第四章嵌入式无线终端的实现3 9 4 1软硬件平台简介3 9 4 2无线终端实现过程3 9 第五章远程客户端的实现4 1 v 嵌入式l i n u x 环境下蒙文编辑器的设计与实现 4 4 4 4 4 5 4 6 4 7 v i 内蒙古大学硕十学位论文 图表目录 图2 1 利用p c 远程控制无线局域网网关和终端6 图2 2 网关、终端、远程客户端示意图1 0 图3 1s p c e 0 6 1 a 的结构1 4 图3 2 无线传输模块1 5 图3 3r f m l 2 b 原理图- 1 6 图3 4 凌阳集成开发环境u n s pi d e 1 7 图3 5 嵌入式无线局域网物理架构1 8 图3 6 帧格式1 9 图3 7 网关仲裁模块流程图2 2 图3 8 $ 3 c 2 4 1 0 功能模块图2 9 图3 9 在l i n u x 下配置m i n i c o m 3 1 图3 1 0 网关远程服务模块流程图3 3 图3 1 1s o c k e t 网络编程原理3 4 图3 1 2 仲裁模块和远程服务模块数据交换原理图；3 8 图4 1 无线局域网终端设计流程图4 0 图5 1 远程客户端设计流程图4 1 图5 2 远程客户端登陆窗口4 2 图5 3 远程客户端连接窗口4 2 图5 4 远程客户端服务窗口4 3 v i i 嵌入式l i n u x 环境下蒙文编辑器的设计与实现 v i 内蒙古大学硕七学位论文 1 1 课题研究背景 第一章绪论 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁减，适用于应用系 统对功能、可靠性等有严格要求的专用计算机系统【1 1 。嵌入式系统是将先进的计算机技术、 半导体技术、电子技术同各行业具体应用相结合的产物，嵌入式系统和具体的应用是结合在 一起的。 随着嵌入式技术、通讯技术的迅速发展以及互联网的广泛应用，计算机的发展己显示出 微型化和专业化的趋势，以台式计算机为主流的时代将进入以嵌入式系统的形式存在的“后 p c 时代。根据实际应用的要求，将操作系统和应用软件集成于计算机嵌入式系统中，从而 实现了软件与硬件的一体化。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， 特别适合于对实时性要求较高和需要多任务并行的情况。a r m 体系作为专为嵌入式系统设计 的处理器内核，由于其高性能、低功耗、易扩展的特点，己成为嵌入式系统领域应用最广泛 的处理器之一。在众多的嵌入式操作系统中，l i n u xo s 由于性能优越、支持硬件平台广泛、 源代码公开、具有极强的网络功能等优点成为一种很好的选择。由于嵌入式的这些优点，嵌 入式系统己经渗透到各个领域，尤其在信息终端控制领域【z j 。 随着嵌入式系统的广泛应用，人们对如何方便快捷地控制嵌入式终端提出了更高的要 求，而且网络技术在全世界范围内的迅速普及给远程控制嵌入式终端提供了可能。通过 i n t e m e t 来远程控制嵌入式终端已经成为嵌入式领域的一个重要研究内容。 本文所叙述的嵌入式无线局域网是由嵌入式设备与无线模块结合在一起共同构成的。其 主体是嵌入式网关和无线终端。嵌入式网关采用a r m 实验平台作为硬件开发环境，主要实 现两大功能：对外访问i n t e m e t 、对内管理各个终端；而无线终端的硬件是由单片机和无线收 发模块构成，软件实现的功能是把采集到的数据发送给网关，并接收和执行来自网关的指令。 网关和终端之间通过无线链路进行通讯。用户可以在任何一台接入i n t e m e t 的p c 机或手 持电脑上对远程的嵌入式网关和终端进行控制、监视和操作，同时网关也能依据用户的设置 在必要时自动地向i n t e m e t 上的远程客户端反馈消息。 能与w i n d o w sc e 、p a l mo s 等嵌入式操作系统进行有力竞争的局面。 ( 5 ) 提供了更加友好的人机交互界面。 简单的嵌入式系统可以不使用操作系统，只包含一些控制流程，但是当嵌入式系统所提 供的功能复杂化之后，如图形用户界面和网络支持等，简单的流程控制就不能满足系统的要 求，这时必须考虑使用操作系统做系统软件平台。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 g s y s t e m ) 应运而生p j 。基于嵌入式操作系统的开发方法使设计者可以专注于应用软件的开发， 为设计者开发嵌入式应用软件带来极大的便利，大大缩短了嵌入式产品的开发周期。嵌入式 操作系统种类繁多，包括商业型的v x w o r k s 、w i n d o w s c e 、p s o s 、p a l mo s 、o s 9 、q n x 、 l y n x 、l y n xo s 和免费型的u c o s 、e c o s 、嵌入式l i n u x 等。商业型操作系统的优点是稳 定可靠，有完善的技术支持和售后服务，缺点是价格昂贵且源代码封闭。免费型操作系统在 价格、源码开放性方面具有很大优势。目前一些嵌入式操作系统开始提供网络支持、图形用 户界面以及多媒体等高端功能。 为了实现复杂的嵌入式远程控制功能，嵌入式硬件系统平台和软件系统平台的重要性越 2 塑茎鱼奎兰堡主堂垡笙茎 来越突出。性能优良的软硬件系统平台不仪给应用系统开发提供丰富的基础条件和开发工具， 还具有高度的通用性、良好的可扩展性和尽可能低的系统成本，开发者可以将更多的精力投 入到实际应用系统中，从而实现更强大、更丰富、更便捷的远程监控功能。嵌入式硬件系统 的核心是嵌入式处理器，主要包括嵌入式微控制器( m c l d 、嵌入式微处理器( m p u ) 、嵌入式 d s p 处理器、嵌入式片上系统( s o c ) 。嵌入式处理器的选择主要取决于应用项目的具体要求， 通常包括速度、价格、功耗、可扩展性、开发工具等诸多因素。 随着i n t e m e t 技术的成熟和带宽的提高，网络化、信息化的要求变得日益突出，电话、 手机、冰箱、微波炉等功能单一的终端如今功能也变得丰富起来，结构变得更加复杂，嵌入 式系统实现网络互联将成为必然趋势。 嵌入式终端如何接入i n t e m e t 是实现嵌入式远程控制的首先要解决的问题。目前最为流 行的网络协议是t c p i p 协议，它己经成为i n t e m e t 的标准协议 4 1 。嵌入式终端接入i n t e m e t 同p c 机接入i n t e m e t 一样，也需要通过t c p i p 协议。利用t c p i p 协议对信息进行处理，嵌 入式系统可以接收、发送和解析在i n t e m e t 上传输的p 数据包，从而实现嵌入式系统与i n t e m e t 的交互。由于嵌入式系统自身资源相对标准p c 机而言要简陋的多，再加上t c p i p 协议的复 杂性，使得处理通信协议成为嵌入式终端接入i n t e m e t 的关键点和难点。 相对于传统控制系统和现场总线控制系统而言，基于i n t e m e t 嵌入式远程控制系统具有 很多优点，但i n t e m e t 的引入带来了一些新的问题。像网络传输时延导致的实时性差、数据丢 失或网络中断导致的可靠性低以及数据传输安全性等因素已经成为影响其稳定的关键因素 【5 】【6 】【刀。 目前，国内外已有很多基于网络的远程控制的研究【8 】【9 】，被控对象主要包括机器人系统、 实验仪器和其它数控系统等。国外在基于网络的远程控制机器人方面的研究相对其它领域较 多一些。国内各高校和科研机构也在纷纷开展基于网络的远程控制方面的研究。 本文中的嵌入式无线局域网适用于智能家庭网络设计。家庭网络是在家庭内部通过一些 传输介质将家庭中的电器终端和一些仪器仪表系统连接起来。家庭网络要实现家庭内部网关 和各个终端的信息共享，同时也要通过网关与外部网络进行通信l l o j 。 家庭网关采用的是轻量级的网络协议，要实现它与i n t e m e t 的互连，需要完成m 数据包 和局域网络内部通讯数据包之间的互相转化。从i n t e m e t 远程客户端到达家庭网关，再从家庭 网关到达终端的过程中需要经历数据包重组这一步。 网络数据传输可以采用有线和无线两种方式，在家庭内部由于空间问题，布太多线会影 响住户的住宿环境，与智能家庭网络的主要目的相矛盾，所以本文选用无线收发方式作为系 的软硬件开发环境。 ( 2 ) 构建以网关为核心的嵌入式无线局域网，编写网关仲裁程序和终端通信程序。 ( 3 ) 建立基于l i n u x 操作系统的远程嵌入式服务器，编写网关远程服务程序。 ( 4 ) 采用多线程编程原理实现网关仲裁模块和远程服务模块的协同工作。 ( 5 ) 建立远程客户端并编写相关程序。 1 4论文组织结构 本论文共由六章组成。 4 第一 第二章为总体设计方案，分别叙述了网关、终端、远程客户端的总体设计思想，给出了 相应的设计构架。 第三章主要介绍了无线局域网网关的硬件搭建过程和软件编写过程，这一部分是本设计 最关键的内容。根据网关的实际功能可分为仲裁模块和远程服务模块两个部分，本章分别介 绍了这两个模块的软硬件开发环境和程序设计过程，包括实验台环境的搭建、宿主机编译环 境的安装及交叉编译环境的建立和相关程序的编写过程。 第四章为无线局域网终端的软件设计与开发，本章介绍了终端设计的软硬件平台，叙述 了设计流程并编写了相应的终端程序。 第五章为远程客户端的设计，包括客户端控制过程的实现以及界面的设计。 第六章总结了本文所做的工作，对不足之处提出改进方案，并对今后工作做出进一步展 望。 嵌入式l i n u x 环境下蒙文编辑器的设计与实现 2 1 总体设计思想 第二章总体设计方案 本系统的总体设计思想是利用p c 上网登陆到远程网关服务器，进而通过网关来实 现对终端的控制。本文首先设计了嵌入式无线局域网，然后在此基础上加入了远程控制 功能。 用户通过i n t e r n e t 客户端发送查询、控制命令到网关服务器，网关服务器分析命令， 并根据分析出来的不同功能，向终端转发命令，然后从终端读取反馈信息，汇总起来， 组成一个数据包，供远程客户端读取，客户端读取数据包后进行分析，根据分析结果得 到终端工作状态信息。 所以，本设计后续工作需要从三个方面入手：网关、终端、远程客户端。本文第 三章、第四章、第五章分别从这三个方面进行了讲解。 终端2 图2 1 利用p c 远程控制无线局域网网关和终端 f i g u r e 2 1r e m o t ec o n t r o lf o rw l a ng a t e w a ya n dt e r m i n a l sb yu s i n gp c 6 终端n 6 、指令长度固定； a r m 系列微处理器应用广泛，主要用于无线设备、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。 根据a r i v l 在不同领域的应用，人们为a r m 微处理器扩展了相关的功能模块，并 集成在芯片之中，这些芯片通常被称为片内外围电路，如u s b 接口、i i s 接口、l c d 控制器、键盘接口等，设计者根据系统的需求，可以采用片内外围电路尽可能完成所需 的功能，这样既可以简化系统的设计，同时又提高了系统的可靠性1 1 】。 凌阳单片机的优势： 凌阳单片机s p c e 0 6 1 a 是以u n s pt m l 6 位微控制器及信号处理器芯片为内核的 1 6 位单片机。在一个芯片内集成了单片机数据采集或控制系统所需的模拟和数字外设 及其它功能部件。凌阳单片机顺应了单片机技术的发展趋势，其系统芯片具有集成度高、 数模混合、功能全、低功耗、低电压和易于开发等特点。另外，凌阳单片机还增加了 适合于d s p 的某些特殊指令，这些都进一步扩大了单片机的应用范围。 ( 二) 操作系统的选择 目前，常见的嵌入式操作系统有w i n d o w sc e 、l i n u x 、u c o s 、q n x 等【1 2 】f 1 3 】【1 4 】。本 设计是基于l i n u x 操作系统展开的。相比其他操作系统，l i n u x 具有如下优势： ( 1 ) 广泛的硬件支持 l i n u x 能够支持x 8 6 、a r i v l 、m i p s 、a l p h a 、p o w e r p c 等多种体系结构，目前已 经成功移植到数十种硬件平台，几乎能够运行在所有流行的c p u 上。l i n u x 有着异常丰 7 l i n u x 自诞生之日起就与i n t e m e t 密不可分，支持所有标准的i n t e m e t 网络协议，并 且很容易移植到嵌入式系统当中。此外，l i n u x 还支持e x t 2 、f a t l 6 、f a t 3 2 、r o m f s 等文 件系统，这些都为开发嵌入式系统应用打下了很好的基础。 ( 三) 通信方式的选择 l 、数据通信的传输方式 8 内蒙古大学硕士学位论文 常用于数据通信的传输方式有：单工、半双工、全双工。 单工方式：只支持数据在一个方向上传输。 半双工方式：数据可实现双向传送，但不能同时进行，实际的应用采用某种协议 实现收发开关转换。 全双工方式：允许双方同时进行数据双向传送，但一般全双工传输方式的线路设 备较复杂。 本系统中网关和终端之间的通讯采用半双工通信方式，同一时刻只能有一个设备 占用信道，这样可以有效避免数据收发冲突。 2 、串行数据通信两种形式 ( 1 ) 异步通信。在这种通信方式中，接收器和发送器有各自的时钟，它们的工作是 非同步的，异步通信用一帧来表示一个字符。 ( 2 ) 同步通信。在异步通信中，每传输一帧字符都必须加上起始位和停止位，占用 了传输时间，在要求传送数据量较大的场合，速度就慢得多。同步传输方式去掉了这些 起始位和停止位，只在传输数据块时先送出一个同步头标志即可。 同步传输方式比异步传输方式速度快，这是它的优势。但同步传输方式也有其缺 点，即设备较复杂。 鉴于本系统中的终端设备对传输速度要求不高，而且要求接口精简，所以在嵌入 式局域网内部采用异步通信方式。 上网登陆到服务页面对网关进行远程控制，优点是操作方便，便于设计与实现， 缺点是客户端和网关都需要接入到i n t e r n e t ，网络的不稳定性有时会影响到远程控制的 效果。 由于网关需要同时具备仲裁功能和远程服务功能，所以在软件设计时加入了多线 程，详细内容见3 3 。 2 2无线局域网网关实现方案 本文所提及的嵌入式无线局域网是由一个嵌入式网关和多个无线终端组成。无线 局域网网关分为两个功能模块：仲裁模块和远程服务模块。仲裁模块负责对内协调各终 端的数据发送和接收，远程服务模块负责向外为客户端提供查询和设置服务。 9 分为物理层、数据链路层、应用层三层，由下而上依次实现。本设计的关键在于应 用层，应用层按功能又被划分为终端接入、数据通信、终端断开三部分。详细内容见第 3 3 3 。 ( 二) 网关远程服务模块设计方案 1 、作用描述 作为远程客户端与终端之间的桥梁，网关负责接收来自远程客户端的命令，经过 解析后，转发给终端，并从终端读取状态信息，将信息返回至远程客户端。 l o 内蒙古大学硕士学位论文 2 、具体功能 ( 1 ) 接收并分析来自远程客户端的命令。包括查询命令和设置命令。 ( 2 ) 分析命令并转发给终端。 ( 3 ) 从各个终端读取状态数据。 ( 4 ) 组织数据包，供远程客户端读取。 3 、设计方案 远程服务模块相对仲裁模块来说要简单一些。从硬件方面讲，该模块采用的是博 创u p n e t a r m 2 4 1 0 s 实验系统，设计时用到了系统中的网络接口和串行接口。网络 接口用于接入i n t e m e t ，接收远程客户端的操作指令，发送终端的状态反馈信息，以实 现网关和远程客户端的数据交互。同时实验系统通过串行接口来管理局域网内部的终 端。从软件方面讲，该模块的程序设计是在l i n u x 操作系统下进行的，程序采用了s o c k e t 网络编程原理，在编程时将a r m 作为服务端，将远程p c 作为客户端。 2 3无线终端实现方案 l 、作用描述：终端只和网关建立连接。终端接收来自网关的命令，执行相关的操 作后将状态信息返回至网关。 2 、具体功能： ( 1 ) 接收来自网关的查询命令和设置命令 ( 2 ) 根据不同的指令执行相关的操作 ( 3 ) 将状态信息返回至网关 3 、总体设计方案： 本文中的无线终端是由凌阳单片机和无线传输模块构成的，终端受嵌入式网关控 制，因而在编写通讯程序时，完全遵守网关的轮询规则。终端的接入、断开、收发数据 过程与网关的仲裁过程相对应。 2 4远程客户端的实现方案 l 、作用描述：用户通过i n t e r a c t 对远程的终端工作状态进行查询，也可设置终端的工作 状态。 2 、具体功能： 1 2 查询终端的 利用网关对 用c + + 编写 内蒙古大学硕士学位论文 第三章嵌入式网关的实现 网关是连接嵌入式局域网和i n t e r n e t 的接口，对局域网的构建和远程控制起到了 决定性作用。网关相当于一个嵌入式服务器，所有的终端都受它的集中控制。总体而言， 网关要具备两大功能口5 1 ： ( 1 ) 仲裁功能，管理各个终端，保证通讯顺畅。 ( 2 ) i n t e r n e t 接入功能，为远程客户端服务。 可以看出，网关是嵌入式无线局域网中物理上和逻辑上的核心。 3 1仲裁模块 3 1 1 硬件平台简介 在本设计中，仲裁模块采用了凌阳s p c e 0 6 1 a 单片机作为硬件开发环境。 s p c e 0 6 1 a 为凌阳科技新推出的u n s p 内核的高集成度、高性能十六位单片机，它主要 应用于家居、工控、通讯等领域。 s p c e 0 6 1 a 具有以下性能： 1 6 位的高性能u n s p 内核单片机 c p u 时钟范围：o 3 2 m h z 4 9 m h z 片内3 2 k 字的f l a s h 程序存储器、2 k 字的s r a m 数据存储器 2 个1 6 位i o 端口 1 4 个中断源 1 通道专用音频a d 转换通道 7 通道a d 转换通道 内置m i c 放大电路和自动增益( a g c ) 放大电路 2 路电流输出型的d a 转换通道 2 个1 6 位通用定时器计数器 实时实钟( r t c ) 低电压复位、低电压监测 内置在线仿真接口( i c e ) 嵌入式l i n u x 环境下蒙文编辑器的设计与实现 具有保密功能 具有w a t c h d o g 功能 耥渡 鬟移帕孵童粒鑫 图3 1s p c e 0 6 1 a 的结构 f i g u r e 3 1t h es t r u c t u r eo f s p c e 0 6 1 a 凌阳s p c e 0 6 1 a 开发方法： s p c e 0 6 1 a 的开发是通过在线调试器p r o b e 实现的。它既是一个编程器( 即程 序烧写器) ，又是一个在线调试器。用它可以替代在单片机应用项目的开发过程中常用 的软件工具硬件在线实时仿真器和程序烧写器。它利用了s p c e 0 6 1 a 片内置的在线 仿真电路i c e ( i n c i r c u i te m u l a t o r ) 接口和凌阳公司的在线串行编程技术。p r o b e 工 作于凌阳i d e 集成开发环境软件包下，其5 芯的仿真头直接连接到目标电路板上 s p c e 0 6 1 a 相应管脚，直接在目标电路板上的c p u 一s p c e 0 6 1 a 调试、运行用户编制的 程序。p r o b e 的另一头是标准2 5 针打印机接口，直接连接到计算机打印口与上位机通 讯，在计算机i d e 集成开发环境软件包下，完成在线调试功能。 1 4 内蒙古大学硕士学位论文 在仲裁部分的设计过程中还用到了无线传输模块，该模块的核心是s t c l 2 l e 2 0 5 2 芯片。无线传输模块实物图如下所示： 图3 2 无线传输模块 f i g u r e 3 2w i r e l e s st r a n s m i s s i o nm o d u l e 无线传输模块采用的是r f m l 2 b 模块，r f m l 2 b 是一款低成本的i s m 频段f s k 收发模块， 其核心电路采用的是带锁相环( p l l ) 技术的r f l 2 b 射频收发芯片。r f l 2 b 芯片外围只 须一个m c u ，一个晶振，一个旁路电容和一个外置天线就可组成一个带有p l l 技术的高可 靠性的收发系统，具有设计简单，生产无需调试的特点，可工作在4 3 3 8 6 8 9 1 5 删z 三个 频段。本系统使用的无线模块基于4 3 3 m h z 频段。该无线模块具有高功率输出和高灵敏 度接收的特点，在无需外加功放电路的情况下，距离可达到2 0 0 米以上。 r f m l 2 b 还集成了一个数字接口，轻易实现由m c u 通过软件设置，就可精确调整各种 射频参数( 如收发转换，中心频点，发射频偏，发射功率，调制方式，传输率，接收带宽等) ， 而无需调整硬件电路，可轻易实现跳频功能。 本系统在调试过程中，为了更好的监测无线收发的数据内容，预先将p c 通过u s b 接口与r f m l 2 b 无线模块相连，这样就可以利用p c 来观察r f m l 2 b 模块收到的实时数据。 嵌入式l i n u x 环境下蒙文编辑器的设计与实现 图3 3r f m l 2 b 原理图 f i g u r 3 3s c h e m a t i cd i a g r a mo f r f m l 2 b r f m l 2 b 可应用于各种无线局域网，p c 周边通讯，无线防盗和报警系统，无线传感 器，无线键盘和鼠标，家居自动化遥控，无线高速数据采集系统，无线玩具等场合，其 主要芯片r f l 2 b 具有如下特点： 工作电压2 2 v 到3 6 v 功率输出大小可设置 静态功耗电流0 3 9 a 高传输数率，f s k 模式可达1 1 5 2 k b p s 工作温度- 4 0n + 8 5 度 高集成度，外围零件少，成本低 设计简单，生产无需调试 抗干扰能力强 通过软件设置各种射频参数，无需调整硬件电路，可轻易实现跳频功能 发射时天线自动匹配，确保手持时或周围环境变化时仍然有最高发射功率 1 6 提供可编程外部m c u 时钟信号 f s k 调制方法 低电压检测 发射时提供位同步模式大大降低了由于同步发射而对m c u 的速度要求 在本设计中，将s p c e 0 6 1 a 单片机通过串口和无线传输模块相连以构成网关仲裁 模块的硬件环境。在本文后续的无线终端设计中也采用了同样的连接方法。 网关和终端都外接了一个无线模块，它们之间都通过无线模块进行数据传输，这 也正是嵌入式局域网中无线的由来。 3 1 2 软件平台简介 在设计仲裁模块软件时，采用的是凌阳公司提供的一种支持凌阳1 6 位单片机系列 的集成开发环境，即u n s pi d e 。 该集成开发环境支持汇编语言和c 语言混合编程进行程序开发。t i n s pi d e 集程 序的编辑、编译、链接、调试以及仿真等功能为一体。 j i 国脚e 谯帅一盹瞰枣崩轴b 蛳m q 脚一窭辆 赫蕊矿厂瓣_ 曛 舞眨嘲，穆鞲盘纨，a j 圣竺娥：= ：l 斑：鬯= ：l 图塑瞧：l 琵跫擞：= l 魁曼差：| 慝而琴j 离毋蕊墨荔礴 图3 4 凌阳集成开发环境”n s pi d e f i g u r e3 4i n t e g r a t e dd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n to fl i n g y a n g 1 7 嵌入式l i n u x 环境下蒙文编辑器的设计与实现 1 t n s pi d e 的主要特点有： ( 1 ) 提供了友好的交互界面、易于操作，使调试工作方便且高效。 ( 2 ) 集程序编辑、编译、链接、调试和仿真等功能为一体。 ( 3 ) 提供软件仿真功能，可以在不连接仿真板的情况下，模拟硬件部分功能。 3 1 3 仲裁模块实现过程 嵌入式无线终端局域网的硬件组成包括网关仲裁器、终端和无线模块。软件设计 难点在于通讯方案的设计。完整的局域网传输过程包括终端接入、数据通信、终端断开 三部分。 通讯方案的设计通常采用分层结构，比如i s o 的o s i 协议参考模型【16 1 。本设计分 为如下三层：+ 一、物理层的设计 该层负责提供用于建立、保持和断开物理连接的硬件条件，主要包括电气的、功 能的实现。 嵌入式网关无线收发终端1 u p n e t a r m 2 4 1 0 s 开发平台模块 网络接口串行接口 、 ， 无线收发终端n 无线收发模块 i n t e m e t模块 图3 5 嵌入式无线局域网物理架构 f i g u r e 3 5t h ep h y s i c a la r c h i t e c t u r eo f e m b e d d e dw l a n 二、数据链路层的设计 数据链路层处于物理层之上，用于建立、维持和断开链路连接。链路层的数据传 l g 图3 6 帧格式 f i g u r e 3 。6f r a m ef o r m a t 设计时帧头被约定为0 x a a ，0 x b b ，0 x c c ，帧尾为0 x d d ，0 x e e 。仲裁器发出的帧编 号小于0 x 6 0 ，顺序从0 x 0 1 开始；终端发出的帧编号大于0 x 6 0 ，顺序从0 x 6 1 开始。如 仲裁器发出的“是否发送数据指令可定义为：0 x a a ，0 x b b ，0 x c c ，0 x 0 3 ，终端d 号， 0 x d d ，0 x e e 。而终端发出的“不发送数据 指令可定义为：0 x a a ，0 x b b ，0 x c c ，0 x 6 2 ，0 x d d ， 0 x e e 。 ， 以下是网关和终端通讯的指令帧和数据帧： 1 、“是否有新终端接入 0 x a a ，0 x b b ，0 x c c ，0 x 01 ，0 x d d ，0 x e e ，0 x 0 0 2 、“仲裁器或终端的名称和d 号( i d 号为一个字节，0 - 2 5 5 ，“0 为仲裁器 使用，1 - 2 5 4 由终端使用，2 5 5 预留) 0 x a a ，0 x b b ，0 x c c ，0 x 6 1 ，自己的i d 号，名称长度，名称，其他信息长度，其他信 息，0 x d d ，0 x e e ，0 x 0 0 3 、“其他在线终端的列表 0 x a a ，0 x b b ，0 x c c ，0 x 0 2 ，其他终端数量n ，终端l i d 号，终端1 名称长度，终端1 名 称终端h i d 号，终端n 名称长度，终端n 名称，0 x d d ，0 x e e ，0 x 0 0 4 、“是否发送数据 0 x a a ，0 x b b ，0 x c c ，0 x 0 3 ，终端i d 号，0 x d d ，0 x e e ，0 x 0 0 5 、“不发送数据” 0 x a a ，0 x b b ，0 x c c ，0 x 6 2 ，终端i d 号，0 x d d ，0 x e e ，0 x 0 0 6 、“发送数据 0 x a a ，0 x b b ，0 x c c ，0 x 6 3 ，终端i d 号，0 x d d ，0 x e e ，0 x 0 0 7 、“可以发送数据 1 9 嵌入式l i n u x 环境下蒙文编辑器的设计与实现 0 x a a ，0 x b b ，0 x c c ，0 x 0 4 ，终端i d 号，0 x d d ，0 x e e ，0 x 0 0 8 、“数据发送全部完毕 0 x a a ，0 x b b ，0 x c c ，0 x 6 4 ，终端i d 号，0 x d d ，o x e e ，0 x 0 0 9 、“数据发送部分完毕 0 x a a ，0 x b b ，0 x c c ，0 x 6 5 ，0 x d d ，0 x e e ，0 x 0 0 1 0 、“断开该终端 0 x a a ，0 x b b ，0 x c c ，0 x 0 5 ，终端i d 号，0 x d d ，0 x e e ，0 x 0 0 1 1 、对于数据帧作如下约定，当数据内容不超过2 5 5 个字节时，格式定义为： 0 x a a ，0 x b b ，o x c c ，0 x 6 6 ，接收终端i d ，发送终端i d ，数据是否发送完毕( o 或1 ) ，数据长度， 数据内容，o x d d ，o x e e ，0 x 0 0 。对于超过2 5 5 个字节的数据可以分多次发送。 三、应用层的设计 利用链路层提供的服务，为用户提供数据收发接口函数，同时建立通讯协议以保 证网关与终端间进行有效应答。 ( 一) 数据收发接口函数( 此处列出一部分仲裁程序常用函数) ： v o i da r b i t e r “t ( ) i i f 中裁器初始化 i n t r e c e i v e d e v i c e l n f ( v o i d ) 接收新终端的名称和i d 号 i n ts a v e d e v i c e l n f ( v o i d ) 保存新终端名称和d 号 v o i ds e n d d e v i c e l i s t ( v o i d ) 发送在线其他终端的列表 i n tr e c e i v e l f s e n d d a t a ( i n tx u h a o ) 接收数据发送询问的应答消息 v o i dd e l e t e d e v i c e ( v o i d ) 断开该终端 v o i dd e l d e v i c e f r o m l i s t ( i n tp o s i t i o n ) 从终端列表中删除终端 v o i ds e n d d a t a o k ( v o i d ) 可以发送数据 i n tr e c e i v e d a t a o v e r ( v o i d ) 接收消息：数据是否全部发送完毕或者部分发送完毕 v o i da r b i t e r 仲裁器开始工作w o r k ( v o i d ) ( 二) 通讯协议的设计： 首先需要说明的是，在本设计中，仲裁器和终端在互相发送信息之前需要先识别 对方的状态，然后根据对方的状态来选择合适的收发时机。为此，设计程序时添加了仲 裁器状态列表和终端状态列表： 仲裁器状态： 2 ：正在保存新设备的名称和i d 号 4 ：正在发送“是否需要发送数据 帧 6 ：正在断开当前询问的设备 终端状态： 3 ：正在组装”是否需要发送数据”帧 5 ：等待数据发送询问的返回结果 0 ：初始状态1 ：需要发送数据 2 ：数据发送了一半3 ：数据全部发送完毕 本系统中，网关仲裁程序的设计采用如图3 7 所示流程。 对网关仲裁模块的过程描述： 1 、对终端接入部分的过程描述：仲裁器依次查询完终端是否需要发送数据后，发 送“是否有新终端接入 ，询问完毕后等待新终端发送“本终端的名称和i d 号”，如 果没有，则继续下一轮在线终端数据收发查询和新终端接入查询。在收到新终端的名称 和i d 号之后，仲裁器向该终端发送“其他在线终端的列表 。 ( 1 ) 新终端接入主程序： v o i da r b i t e r w o r