（计算机软件与理论专业论文）基于gprs的软件无线升级技术研究.pdf

摘要 随着通讯技术和嵌入式技术的发展，基于无线通讯的远程监控系统( 如远程电网质 量监控系统、水情测报系统和城市路灯监控系统等) 应用越来越广泛，在实际使用过程 中，经常要对其终端设备软件进行修改或升级，而无线监控系统的特点是终端的地理位 置距离较远、分散且工作环境较差，如果维护人员到现场进行软件升级，维护费用很高， 而且不能及时进行更新。为解决这一难题，本文利用高性能的a r m 处理器和g p r s 模块 配合远程服务器开发出了一套远程软件无线升级系统。 本文以s t 公司的a r m 微控制器s t r 7 1 0 f z 2 t 6 为终端控制器，s i m c o m 公司的 s i m 3 0 0 作为通讯模块，普通服务器作为远程服务器，对远程终端设备软件无线升级的相 关技术，如硬件电路设计、固件编程以及服务器端发送程序的编写等进行了研究。 对软件无线升级系统的开发分为终端设备的开发和服务器端开发两部分。设备端硬 件部分包括以s t r 7 1 0 f z 2 t 6 为控制器的电路模块和g p r s 通讯模块，g p r s 模块和微控制 器的电路通过串口相连；软件部分为微控制器固件程序，包括终端用户引导程序和终端 应用程序两部分。终端用户引导程序的功能：完成设备的初始化，并判断是否对终端用 户应用程序进行升级，若需升级，则对终端控制器内部f l a s h 一定地址的扇区进行擦除、 编程和校验等工作，最终将终端应用程序更新为新版本；终端应用程序主要完成对服务 器端发送来命令帧或数据帧接收、校验、判断、回应和存储；此软件部分利用a d s 集成 开发环境进行编写、编译和调试，并通过j t a g 接口烧写到微控制器片内f l a s h 中。在 远程服务器端，硬件包括服务器、s i m 3 0 0g p r s 通讯模块以及连接i n t e m e t 的设备，服务 器通过串口和s i m 3 0 0 模块连接，并在i n t e m e t 中具有固定公网i p 地址，服务器和终端设备 通过g p r s 和i n t e m e t 进行通讯；服务器端软件部分的工作主要是在v i s u a lc w q - n e t 环境下 开发了通讯系统程序。 本文的研究成果、开发步骤和方法也可用于其他复杂的远程无线监控系统、设备软 件无线升级系统的开发。 关键词：a r m 控制器，在应用编程，软件无线升级 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ye m b e d d e dt e c h n o l o g yi nr e c e n ty e a r s ，r e m o t e m o n i t o rs y s t e mo fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n ( s u c ha st h ew i r e l e s sd i s t r i b u t i o nm o n i t o r i n gs y s t e m ，w a t e r l e v e lt oo b s e r v ea n dp r e d i c ts y s t e ma n du r b a ns t r e e tl i g h tm o n i t o r i n gs y s t e m ) a p p l i c a t i o ni sm o r ea n dm o r e w i d e l y h o w e v e r ，i na c t u a lu s e ，o t t e nw a n tt h e i rs o f t w a r et om o d i f yo ru p g r a d e ，b u tt h e t e r m i n a l c h a r a c t e r i s t i co fw i r e l e s sm o n i t o rs y s t e mi se q u i p m e n t sg e o g r a p h i c a lp o s i t i o ni sd i s t a n t , s c a t t e r i n ga n db a d w o r k i n ge n v i r o n m e n t i ft h em a i n t e n a n c ep e r s o n n e lt oe v e r ye q u i p m e n t ss i t ec a r r yo u tt h em a i n t e n a n c e ， n o to n l yi n c r e a s e st h em a i n t e n a n c ec o s l b u ta l s oc a n n o tu p g r a d ei nt i m e t os o l v et h i sp r o b l e m ，t h i sp a p e r t a k e sh i g h p e r f o r m a n c em i c r o c o n t r o l l e r ( a r m ) a n dg p r sm o d u l et h a ti se a s yt ou s ea st h ec o r eo f t e r m i n a l c o n t r o l l i n gd e v i c et h a tc o o r d i n a t ew i mt h er e m o t es e r v e r , a n dd e v e l o p sas e to fl o n g - d i s t a n c es o f t w a r e w i r e l e s su p g r a d i n gs y s t e m t h i s p a p e rt a k e st h et e r m i n a l m i c r o c o n t r o l l e rb ys tc o r p o r a t i o n ss t r 7 10 f z 2 t 6 ，s i m 3 0 0o f s i m c o mc o r p o r a t i o na sg p r sm o d u l e ，c , o m m o ns e r v e ra sr e m o t es e r v e ra n dm a k e sas y s t e m i cs t u d yo f s o f t w a r ew i r e l e s s u p g r a d i n gs y s t e m r e l a t e d t e c h n i q u e s ，h a r d w a r e e l e c t r i cc i r c u i td e s i g n , f i r m w a r e p r o g r a m m i n ga n dt h ep r o g r a mo fs e n d i n gd a t ap r o c e s si nr e m o t es e r v e r t h ed e v e l o p m e n tw o r k sf o rs o f t w a r ew i r e l e s su p g r a d i n gs y s t e mc o n s i s t so ft w op a r t s t e r m i n a ld e v i c e a n ds e r v e rs o t i 、；v a r e a tt h et e r m i n a ld e v i c ed e s i g n , t h eh a r d w a r es y s t e mi n c l u d e ss t r 710 f z 2 t 6 m i c r o c o n t r o l l e ri n t e r f a c ee l e c t r i cc i r c u i tm o d u l e ，g p r sc o m m u n i c a t i o nm o d u l ea n dt h ec o n n e c t i o no f g p r sm o d u l ea n dm i c r o c o n t r o u e r , t h es o f t w a r eo ft h et e r m i n a ld e v i c ei sm i c r o c o n t r o l l e rf i r m w a r ep r o g r a m i n c l u d i n gt e r m i n a lu s e rl e a d i n gp r o c e d u r ea n dt e r m i n a la p p l i c a t i o np r o c e d u r et w op a r t s t h et a s k so ft h e t e r m i n a lu s e rl e a d i n gp r o c e d u r ei st l l a tm a i n l yf u l f i l sd e v i c ei n i t i a l i z a t i o n ，a n dj u d g e sw h e t h e rt oc a l t yo n u p g r a d i n gt ot h et e r m i n a l u s e ra p p l i c a t i o np r o c e d u r e ，i ft h et e r m i n a lu s e ra p p l i c a t i o np r o c e d u r en e e d sb e i n g u p g r a d e d , t h et e r m i n a lu s e rl e a d i n gp r o c e d u r ew i l le r a s e ，p r o g r a ma n dv e r i f yc h e c kt ot h ec e r t a i ns e c t o r so f t h et e r m i n a lc o n t r o lu n i ti n t e r i o rf l a s h t h et e r m i n a la p p l i c a t i o np r o c e d u r ei su p g r a d e di n t ot h en e we d i t i o n f i n a l l y , t h ef u n c t i o no ft h et e r m i n a la p p l i c a t i o np r o c e d u r em a i n l yi sr e c e i v i n gt h ef r a m eo fo r d e r so rd a t a t h a tt h er e m o t es e r v e rs e n d s ，v a l i d i t yc h e c k i n go fd a t a , t h ej u d g m e n t , t h er e s p o n s e ，a n dt h es t o r a g eo f d a t a ，t h e s ea p p l i c a t i o np r o g r a m sa r ew r i t t e n ，c o m p i l e da n dd e b u g g e db ya d si n t e g r a t e dd e v e l o p m e n t i i i e n v i r o n m e n t ，a n dp r o g r a mi nt h ei n t e r i o rf l a s ho ft h et e r m i n a lc o n t r o lu n i tv i at h ej t a gi n t e r f a c e ，a tt h e r e m o t em o n i t o r i n gc e n t e r , t h es e r v e r ，s i m 3 0 0c o m m u n i c a t i o nm o d u l ea n dt h ed e v i c e sc o n n e c t si n t e r n e t c o m p r i s et h eh a r d w a r es y s t e m ，t h es e r v e rc o n n e c t st h es i m 3 0 0m o d u l eb yu a r t ，a n dh a st h ef i x e d p u b l i cn e t w o r ki pa d d r e s si ni n t e r n e t ；i ns o f t w a r ea s p e c to ft h es e r v e r , t h em a i nt a s ki sw r i t i n gt h e c o m m u n i c a t i o na n ds e n d i n gp r o g r a mi nv i s u a lc - b - i - n e td e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t t h er e s e a r c hr e s u l t , d e v e l o p m e n ts t e pa n dm e t h o do ft h ep a p e rc a na l s ob eu s e df o rt h ed e v e l o p m e n t o ft h eo t h e rm o r ec o m p l i c a t e dw i r e l e s sm o n i t o rs y s t e ma n dt h es o f t w a r ew i r e l e s su p g r a d i n go fd e v i c e s s y s t e m k e yw o r d s ：a r mm i c r o c o n t r o l l e r , l a p , s o f t w a r ew i r e l e s su p g r a d m gs y s t e m i v 独创性声明和论文使用授权说明 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位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。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 经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得河南师范大学或其他教育机构的学位或证书 所使用过的材料。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。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河南师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权河南师 范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 签名：茎盟导师签名：避日期： 6 3 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 近几年来，移动通信技术和i n t e m e t 技术获得了快速的发展，尤其是以 g s m g p r s c d m a 技术为代表的无线通信技术的发展更是引人关注。这些技术的发展 带来了生活的变化，基于无线技术的远程监控系统正在悄然应用于生活、工作的各个领 域，在改变着人们的生活环境和生活方式。 远程无线监控系统一般由在监控中心的服务器和安装在工作现场的终端设备组成。 监控中心服务器端由普通服务器、g p r s 模块和连入i n t e m e t 的设备组成；终端设备由 数据采集模块，微控制器和g p r s 模块组成；二者通过g p r s 网络【1 1 和i m e m e t 网络进 行通讯。其系统组成如图1 1 所示。 图1 - 1 基于g p r s 的无线监控系统示意图 在现实使用过程中，由于无线监控系统的终端微控制器固件程序版本更替和程序 b u g ”的修改，每过一段时间就需要对原有的终端微控制器端程序进行更新。传统更新 方案是使用编程器烧写程序到微控制器中或者利用i s p ( h as y s t e mp r o g r a m m i n g ) 技术【2 l 从客户端的串口或者j t a g ( j o i n t t e s t a c t i o ng r o u p ) 接口来下载和更新客户端程序，这 些方案需要维护人员必须到现场为每一台设备更新程序。这样既费时费力，效率低下， 又降低了客户对产品的信誉度。 为此本文提出一种利用s t 公司的r a m 微处理器s t r 7 1 0 f z 2 t 6 作为终端微控制 器，融合i a p ( i na p p l i c a t i o np r o g r a m m i n g ) 技术和g p r s 无线网络通信技术的软件升 级系统方案，这个方案有效地解决了地点分散终端设备软件远程升级问题，并消除了上 述弊端。本系统的研究和开发，以当前的通用的基于g p r s 的无线监控系统为基础。 基于g p r s 的软件无线升级技术研究 1 2 无线监控系统软件升级的常用方法及其比较 通过不断地研究和探索，在进行设备端软件升级时人们常用了三种方法即使用编程 器烧写的方法、在线编程( i s p ) 的方法和在应用编程( 队p ) 的方法。下面对这几种方 法介绍和对比：。 ( 1 ) 编程器烧写方法 这种方法需要配备编程器，仿真、调试完的程序需要借助编程器烧到单片机内部或 外接的程序存储器中。使用时将编程器和p c 机相连，把要烧写程序的芯片从电路板上 拆下来，放到编程器的烧写口上，然后把编译好的程序烧写到芯片中。普通的编程器价 格对一般用户来说是一笔不小的开支。另外，在开发过程中，程序每改动一次就要拔下 电路板上的芯片编程后再插上，这样不但麻烦，也很容易损坏芯片，再者，在程序需要 升级时，必须将设备返厂或是技术人员到现场进行软件更新，既不方便也增加成本。这 种方法比较落后，目前只有很特殊的情况下才使用。 ( 2 ) 在系统编程( i s p ) 的方法 i s p 技术通过客户端的串口或者j t a g 接口来下载新客户端程序并对单片机内部的 f l a s h 存储器进行编程更新程序。i s p 的实现一般需要很少的外部电路辅助实现，这种 编程方法不必拆卸设备和频繁地插拔芯片，对于目前芯片规模越来越大，封装日趋小型 化的嵌入式产品来说，减小了系统调试和维护的困难，提高了开发效率。但这种方式同 样需要维护人员需要到现场解决。 ( 3 ) 在应用编程( l 心) 的方法 这种方法是应用在f l a s h 程序存储器的一种编程模式。简单地说就是在应用程序 控制下，对程序某段存储空间进行读取、擦除、写入操作。与i s p 操作非常相似，都不 需要从电路板上取下芯片用编程器烧写再安装上去运行新程序，即具有在线编程功能。 但是它们有其不同点：i s p 通常是整片擦除、编程，在手工操作下通过p c 串口下载程 序到f l a s h ，需要简单的硬件资源串口r x 、t x 和r s 2 3 2 驱动芯片：而i a p 却是在某段程序的控制下对另外一段程序f l a s h 进行读写操作，可以控制对某段、某 页甚至某个字节的读写操作。根据l a p 的功能特点，可以制作仿真软件替代仿真器功能。 在p c 上做个简单的界面应用程序就可以直接实现用户程序在线仿真：设置断点、单步 运行、改变运行结果调试等功能。同理，根据i s p 的功能特点可以替代编程器。本文就 2 第一章绪论 是把i a p 技术【3 i 与g p r s 通信技术相结合，用无线方式对远程终端设备进行软件升级。 文中微控制器支持多种通讯方式对f l a s h 进行编程，不仅可以写入应用程序代码而且 可以写入数据。 1 3 研究的目的和意义 通过对三种微控制器编程方法的比较，不难看出对那些终端设备地理位置距离较 远、分散的电子产品，更新软件时通过编程器烧写程序和在系统编程等传统方法维护成 本很高。在应用编程因其可以在应用程序运行时对片内f l a s h 进行擦除和编程，这样 就为数据存储和现场固件的升级都带来了极大的灵活性。目前，无线监控系统已经非常 广泛的应用到各个领域，而远程终端设备软件无线升级由于涉及到多项相关技术，实现 起来难度较大，本文的研究解决远程终端设备软件无线升级中的一些常见问题，并形成 一套较为完善的终端设备软件无线升级技术资料。 本文设计实现了基于g p r s 的、3 2 位a r m 7t d m ir i s c t 4 】处理器s t r 7 1 0 f z 2 t 6 作 为主控制器的终端设备软件无线升级系统，进一步完善了基于g p r s 的无线监控系统的 功能。本文的完成和实现，可满足多种不同的基于g p r s 的无线监控系统( 如无线电网 质量监控系统、无线配变电监控系统、无线城市路灯控制系统和无线供水监控系统等) 终端软件升级的需要，大大降低设备维护成本。本文的研究具有重要的意义，为未来无 线监控系统终端软件升级系统的开发提供了许多可借鉴的宝贵经验。 1 4 主要研究的内容 本文设计开发了基于微控制器s t r t l 0 f z 2 t 6 的硬件电路接口系统，通过j t a g 接 口将i a p 程序烧写到控制器内部f l a s h 的起始地址上，开发服务器端发送、接收数据 软件模块以及终端软件升级模块，通过g p r s 模块将终端升级代码传送到远程终端，终 端接到升级代码后利用i a p 程序将新代码写到f l a s h 相应的位置。 本文主要研究内容为： 第一章首先简要阐述无线监控系统应用现状和其面临的终端软件升级的问题，比较 常用的微控制器的编程方法。然后，介绍了研究目的和意义，最后，给出本文的内容和 组织结构。 第2 章首先阐述了g p r s 网络技术的特点以及g p r s 无线网络技术的应用，在此基 础上给出了系统设计方案的思路，给出了系统终端设计中主控制器及无线通讯模块的选 基于g p r s 的软件无线升级技术研究 择，并对系统的总体设计及其实现方案进行了初步的分析。 第三章至第五章是本论文的重点，主要讨论了硬件电路设计和软件设计。 第三章对软件无线升级系统终端的硬件平台进行设计和实现。无线升级系统终端硬 件架构包括：删主控模块和其内部f l a s h 结构、电源接口电路、复位电路、j t a g 接口电路、b o o t 模块配置电路、串行接口电路、存储模块和通讯模块等。其中对g p r s 通讯模块s i m 3 0 0 电路包含外围接口电路、电源部分、串口部分和s i m 卡电路的设计和 实现。 第四章详细讨论了软件无线升级编程的解决方案。要实现无线升级，需要将终端微 控制器固件程序分为两部分：终端用户引导程序和终端应用程序。终端用户引导程序主 要实现在应用编程( l 钟) ，即对内部f l a s h 进行编程；终端用户应用程序主要接收来 自监控中心服务器发送的新应用程序代码。本章对终端编程进行了设计和实现。另外， 对无线升级中需要注意和解决的问题，进行了阐述并提出解决方法。 第五章研究了无线软件升级系统中监控中心服务器端软件进行设计和实现。将软件 升级模块融入到现有的软件系统当中。 4 第二章系统总体设计方案 第二章系统总体设计方案 基于g p r s 网络的软件无线升级系统的主要功能是无线监控系统的服务器通过 g p r s 网络向远程终端发送终端应用程序升级代码，终端接收到升级代码后，执行l a p 编程，将现场终端微控制器的应用程序进行升级。此系统涉及到嵌入式技术、微控制器 技术、无线通信技术、i n t e m e t 技术、远程网络开发和数据库等技术。从系统的应用对 象、成本和功能出发，系统的设计首先考虑硬件的选择，包括主控制器、通信模块的选 择以及服务器本身的选择；其次，要考虑无线监控系统本身的结构与特点；最后，根据 上述依据，给出基于g p r s 的远程无线升级系统的实现方案。另外，这些硬件设备在实 际应用中可根据情况或直接利用现有无线监控系统的硬件设备，或将现有设备稍加改进 即可使用，多数情况无需进行设备重置，比较节省成本。系统框图如图2 1 。 2 1g p r s 概述 待 数 升 据 级 采 江玲 的 蚓远鬻心 集 终 设 端 备 设 备 图2 1 软件无线升级系统整体框图 g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ，通用分组无线业务) 是在现有g s m ( g l o b a l s 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 ) 系统中添加新组件来提供无线系统上的数据业务， 增加的三个组件分别是：分组控制单元p c u ( p a c k e tc o n t r o lu v a o 、服务支持节点 s g s n ( s e r v i c eg p r ss u p p o r t i n gn o d e ) 、网关支持节点g g s n ( g m e w a yg p r ss u p p o r t i n g n o d e ) 。g g s n 相当于网关的作用，它一端与g p r s 网络相连，一端与数据网络i n t e m e t 相连。当g p r s 向外部网络发送数据时，g g s n 节点解析出t c p i p 分组数据p 1 ；当外部 数据网络向g p r s 网络传输数据时，g g s n 节点又对t c p i p 数据进行封装，使之可以 在无线网络上传输。使用g p r s 网络的数据业务，也就是通过无线g p r s 网络接入i n t e m e t 基于g p r s 的软件无线升级技术研究 图2 2g p r s 网络接入in t e r n e t 的原理图 网络，需要g p r s 模块以及t c p i p 协议。利用g p r s 网络接入i n t e r n e t 的原理如图2 2 所示。 2 1 1g p r s 特点 与g s m 电路交换相比，g p r s 非常重要的优点是引入了分组交换能力。利用g p r s 进行数据传输具有许多优点，永远在线、按流量计费、快捷登录、高速传输以及自如切 换等。g p r s 主要有以下特点： ( 1 ) 接入范围广。g p r s 是在现有的g s m 网上升级，充分利用全国范围的电信 网络，可以方便、快速、低成本的为用户数据终端提供远程接入网络的服务。 ( 2 ) 高速传输。传输速率高，数据传输速度可达到5 7 6 k b i t s ，最高可达到1 7 1 2 k b i t 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 度的十多倍，下一代g p r s 业务的速度甚至可以达到3 8 4 k b i t s ，完全可以满足用户应用 需求。 ( 3 ) 快捷登陆。接入时间短，g p r s 接入等待时间短，可快速建立连接，平均耗 时为两秒。 ( 4 ) 永远在线。提供实时在线功能。“实时在线”，或叫“永远在线”，即用户随时 与网络保持联系，即使没有数据传送，终端还一直与网络保持联系，这将使访问服务变 得非常简单、快速。 ( 5 ) 按流量计费。用户只有在发送或接收数据期间才占用无线资源，用户可以一 直在线，计费方式是按照用户接受和发送数据包的数量，没有数据流量传递时，用户即 使挂在网上也不会收费。 ( 6 ) 切换自如。用户在进行数据传送时，不影响语音信号的接收。数据业务和语 音业务的切换有自动和手动两种方式，具体形式依据不同终端而定。 2 1 2g p r s 网络的应用 以g p r s 为基础的无线数据系统有很广泛的应用，g p r s 网主要为用户提供突发性 6 第二章系统总体设计方案 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。 对于横向应用，g p r s 可以提供网络服务、e m a i l 、文件传输、数据库查询、增强 型短消息等业务1 6 1 。 对于纵向应用，g p r s 可提供以下几类应用： ( 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 ) p t m 业务：可以完美的支持股市动态、天气预报、交通信息的实时发布； ( 4 ) 公共安全业：随时随地接入远程数据库； ( 5 ) 遥测、遥感、遥控：如气象、水文系统收集数据，对灾害进行遥测报警； ( 6 ) 提供v p n ( 虚拟专用网) 业务：使企业员工能够随时随地与总部保持联系，降 低公司建设自己的广域网的费用。 基于g s m g p r s 网络的实时数据无线监控系统可广泛用于遥控、遥测、工业数据 采集系统、防盗报警、交通运输监控管理、广告信息发布等工业领域和智能家庭仪器等 民用产品。一些典型应用如车辆状态远程监控、煤气天然气，电力等能源系统设备及网 络的远程监控、高楼大厦多种关键设备的集中监控、水库大坝、水闸、供水系统等的远 程监控和对人有害环境下的远程监控等。 2 1 3 基于g p r s 网络的软件无线升级统数据传输方案 远程软件无线升级系统包括：终端设备、g p r s 通信模块、g p r s 网络、外部数据 网和监控中心服务器几大部分组成【7 】。监控中心服务器通过通信模块( g p r s 模块) 传送 升级代码帧，通过g p r s 网络，终端设备接收代码帧。终端设备可以反向传送各种回应 帧，无线传送到g p r s 网络，再经由外部数据网送到监控中心服务器上，以配合升级代 码的传输。外部数据网可以是因特网或专用数据网，都以t c p i p 传输协议为基础。监 控中心服务器分配有固定i p 地址。服务器端也备有g p r s 模块，必要的时候同时采用 短消息通信方式进行辅助。 2 2 系统终端设计 近几年，以g s m g p r s 为通讯方式的无线监控系统产品层出不穷，但大多数产品 终端微控制器的应用软件升级仍需维护人员到现场进行。这种方法已经不能满足现实的 需要。本文提出的基于g p r s 远程软件升级方案解决了这个问题。方案的终端设计包括： 基于g p r s 的软件无线升级技术研究 系统终端软、硬件的设计以及g p r s 通讯模块的选择。 2 2 1 系统终端主控器的选择 本文选用的是s t ( s t m i c r o e l e c t r o n i c s ，意法半导体) 公司的一款工业级微处理器 s t r 7 1 0 f z 2 t 6 ，是基于a r m 7 t d m i 的3 2 位r i s cc p u ，拥有丰富的外设和增强的1 1 0 功能。s t r 7 1 0 f 系列具有同级产品中最佳的闪存随机存取时间，它提供了高达3 3 m h z 的直接存取速度以及5 0 m h z 的z e r o w a i t 状态的序列闪存，非常适于实时应用；该系列 芯片采用两种封装，即t q f p l 4 4 或t q f p 6 4 。其中，s t r 7 1 0 f 2 z t 6 采用外置存储器总线 的t q f p l 4 4 封装，其内部结构如图2 - 4 所示。 图2 - 3s t r 7 1o f z 2 t 6 总体结构图 s t r 7 1 0 f z 2 t 6 内置2 5 6 k b + 1 6 k bf l a s h 和6 4 k bs r a m ，其主要特点如下： ( 1 ) 运行温度 第二章系统总体设计方案 一4 0 - + 8 5 。 ( 2 ) 存储器 2 5 6 k + 1 6 kf l a s h ( 可重复擦写1o 万次，数据保持2 0 年) ，支持自编程； - 6 4 k bs r a m ： e m i ( p b 部总线接口) ，可支持4 个s r a m 、f l a s h 、r o m 等存储类型； 多种b o o t 方式。 ( 3 ) 时钟、复位及电源管理 o 1 6 m h z 外部主晶振，3 2 乜外部后备振荡器； 为c p u 时钟提供内部p l l ； 从f l a s h 执行时，c p u 工作频率可达5 0 m h z ； 为时钟日历功能提供实时时钟； 应用及i o 接口电压为3 3 v ； 内置1 8 v 内核电压控制器； l v d ：电压降到一定阐值，将复位m p u ； 4 种低功耗模式：s l o w 、w f i 、s t o p 及s t a n d b y 。 ( 4 ) 内置中断控制器 多向量的快速中断响应； 3 2 个中断向量，1 6 个i r q 优先级； 2 个可屏蔽f i q 中断源。 ( 5 ) 4 8 个i o 端口 4 8 个多功能双向i o 口线： 1 4 个具有中断功能的端口。 ( 6 ) 5 个定时器 1 6 位看门狗定时器； 4 个1 6 位定时器，每个都具有：2 个输入捕获、2 个输出比较、p w m 和脉冲 计数模式。 ( 7 ) 1 0 个通信接口 2 个1 2 c 接1 2 1 ( 1 个与s p i 复用) ； 4 个u a r t 异步串口； 9 基于g p r s 的软件无线升级技术研究 u a r t l 上的s m a r tc a r di s 0 7 8 1 6 3 接口； 2 个b s p i 同步串口： c a n 2 0 b 接口； u s b 2 0 全速( 1 2 m b p s ) ； h d l c 同步通信接口。 ( 8 ) 4 通道1 2 位a d 转换器 ( 9 ) 支持完整的j t a g 开发调试 g l 2 2 2 微控制器s t r 7 1o f z 2 t 6 内置f l a s h 介绍 微控制器s t r 7 1 0 f z 2 t 6 内置2 5 6 k b + 1 6 k b 的f l a s h ，f l a s h 模块的组织如表2 1 所示。 表2 - 1f l a s h 模块的组织 块( b a n k )扇区( s e c t o r )地址大小 b a n k0f l a s hs e c t o r0 0 3 0 f 0 )o x 0 0 0 0 0 0 一o x 0 0l f f f8 k b a n k0f l a s hs e c t o r10 3 0 f i )0 x 0 02 0 0 0 - 0 x 0 03 f f f 8 k b a n k0f l a s hs e c t o r2 ( b o f 2 )o ) 【0 0 4 0 0 0 - 0 x o o5 f f f 8 k b a n k 0 b a n k0f l a s hs e c t o r3 ( b o f 3 )o x 0 0 6 0 0 0 0 x 0 07 l 矸 8 k 2 5 6 k b 程序 存储器 b a n k0f l a s hs e c t o r40 3 0 f 4 )0 x 0 08 0 0 0 0 x o o f f f f 3 2 k b a n k0f l a s hs e c t o r50 3 0 f 5 )o x 0 10 0 0 0 o x o lf f f f 6 4 k b a n k0f l a s hs e c t o r6 ( b o f 6 )o x 0 20 0 0 0 0 x 0 2f f f f 6 4 k b a n k0f l a s hs e c t o r70 3 0 f 7 )o x 0 3 0 0 0 0 o ) 【0 3f i 矸6 4 k b a n k lb a n k1f l a s hs e c t o r0 ( b 1 f 0 ) 0 x 0 c0 0 0 0 0 x 0 cl f f f 8 k 1 6 k b 数据存储器 b a n k1f l a s hs e c t o r0 ( b i f i )0 x 0 c2 0 0 0 一0 x 0 c3 f f f 8 k f l a s h 控制 f l a s h 控制数据寄存器 0 x 1 00 0 0 0 0 x 0 c0 0 1 7 2 4 k 寄存器 f l a s h 保护寄存器 0 x 1 0d f b 0 0 x 0 cd f b c 1 2 k 其特点如下【9 】： ( 1 ) 两个独立的内存段 b a n k 0 ：分为8 个s e c t o r ( 扇区) 总共2 5 6 k b 的程序存储器； b a n k l ：分为2 个s e c t o r ( 扇区) 总共1 6 k b 的数据存储器。 ( 2 ) 七个常用的控制和保护寄存器 控制寄存器( f l a s hc r o 和f l a s hc r l ) ； 数据寄存器( f l a s hd r 0 和f l a s hd r l ) ； 地址寄存器( f l a s ha r ) ： 1 0 第二章系统总体设计方案 错误寄存器( f l a s he r ) ： 写保护寄存器( f l a s hn v w p a r ) 。 ( 3 ) 写( 编程和擦除) 序列内部管理 ( 4 ) 基于扇区的擦除操作( 每个扇区可单独擦除) ( 5 ) 可进行单个字( 3 2 位) 或双字( 6 4 位) 编程操作 ( 6 ) 可挂起正在进行的写操作 ( 7 ) 可以从一个内存段读取数据同时写入另一个内存段 ( 8 ) 两种操作模式 随时：执行无等待的读操作频率最高可达到3 3 m h z ； 突发：执行无等待的持续数据访问，频率最高可达到5 0 m h z 。 ( 9 ) 两种保护方式 写保护：可以设定一个扇区进行写保护； 调试保护：调试功能和j t a g 引脚被禁用。 ( 1 0 ) 编程方式 在系统编程； 在应用编程。 2 2 3g p r s 通讯模块的选择 目前，通信模块种类繁多，本文选取了具有代表性的通信模块进行比较，s i m c o m 公司的模块由于集成了t c p i p 协议和p p p 协议，不需要移植t c p i p 协议就可以利用 g p r s 服务与终端建立连接、传输数据，而且具有更宽的工作温度范围，同其他同类产品 相比，具有更高的性价比，不但适合用于现有基于s m s g p r s 的网络无线监控系统，而 且满足软件无线升级代码传输的需要。 s i m 3 0 0 是s i m c o m 推出的g s m g p r s 双频模块，主要为语音传输、短消息和数 据业务提供无线接口。s i m 3 0 0 集成了完整的射频电路和g s m 的基带处理器，适合于开 发一些g s m g p r s 的无线应用产品，如移动电话、p d a 、p c m c i a 无线m o d e m 卡、 u s b 无线m o d e m 、无线p o s 机、无线抄表、无线数据传输业务、无线公用电话、无 线商务电话、监控、调度、车载、遥控、远程测量、定位、导航等系统和产品，应用范 围十分广泛。s i m 3 0 0 模块提供了功能完备的系统接口，只需投入少量的研发费用，在 较短的研发周期内，就可集成应用系统。主要开发工作集中在控制系统和人机界面方面。 1 1 基于g p r s 的软件无线升级技术研究 另外，s i m 3 0 0 在现有的无线监控系统已经广泛应用，本课题选择s i m 3 0 0 做通讯模块 也考虑到将来系统移植，设备无须重置的问题。 2 2 4a t 指令简介 本地计算机要和其他远程计算机或者通信设备进行通信时，必须首先和调制解调器 进行连接。调制解调器一般都有一个串口。根据不同需求，不同厂商制造出的调制解调 器的种类有很多，如拨号式调制解调器( d i a l - u pm o d e m ) 、i s d n 调制解调器、局域网调 制解调器( l a nm o d e m ) 、无线调制解调器( w i r e l e s sm o d e m ) 、有线电视调制解调器( c a b l e m o d e m ) 等。一般内接式调制解调器买来后，均是使用包装内部所附的驱动程序来安装， 而对于外接式的调制解调器而言，由于调制解调器与计算机之间是通过串行端口通信， 因此它们之间的数据流动控制、调制解调器的设置等可以通过计算机对串口的编程来达 到控制调制解调器的目的。系统中使用的s i m 3 0 0 属于无线调制解调器的一种，并且是 外接式的。 专门用来控制调制解调器的指令集，一般称之为“a t 指令集”。a t 指令集一开始由 美国h a y e s 公司推出，专门用于数据传输通信领域，目前己成为全球通用的标准，任何 与h a y e s 兼容的调制解调器都可使用这些指令。a t 指令是以a t 开头，以 结 尾的特定字符串，a t 后跟的字母和数字表明a t 指令的具体功能。 a t 指令特点： ( 1 ) 几乎所有的a t 指令( 除了“a ，及“+ + ”两个指令除外) 都有一个特定的“命令前 缀”开始，以一个命令结束标志符结束。命令前缀一般为a t 两个字符组成，命令结束符 通常为 。 ( 2 ) 每一条a t 指令执行完后，调制解调器都会返回一个结果，以对接收到的命令 作出应答。 指令集分成标准a t 指令集( s t a n d a r dv 2 5 t e ra tc o m m a n d s ) 。a t 增强指令集(