（计算机应用技术专业论文）基于80211b的无线手持数据采集终端.pdf

基于8 0 2 1 1b 的无线手持数据采集终端 摘要 随着社会信息化的发展，用户对移动信息化的需求与日俱增。在这个过程中， 如何从业务的末梢获取到最直接、最真实、最及时的业务数据就成为业务流程和 业务决策的制约因素。与此同时，条码作为一种最基础的数据采集手段正发挥着 越来越大的作用。 条码及其他数字化手段的真正内涵在于整合数据资源，从而为实现流程重组 服务，并在这过程中体现对行业或企业的价值。随着目前企业办公自动化和数字 化应用的发展，作为移动计算最基础的数据及数据采集工具的运用将异常活跃， 它将成为整个数字化中国进程的助推器。 企业移动计算包含了数据的采集、计算、通讯和管理几个要素，是完美结合 了无线网络传输技术与计算技术的最新企业管理理念，它通过数据采集终端对企 业作业点的信息进行快速、准确、便捷的采集、计算，并通过无线传输方式实时 或定期地发送给后台服务器进行处理，极大地提高了行业生产力，增强了企业的 竞争能力。 目前，以s y m b o l 、c a s i o 为首的几家国际大公司，凭借其多年深厚的移动计 算和无线通信技术，为遍布全球的零售、制造、医药、物流等行业无缝集成了诸 多满足客户业务需求的移动解决方案，其在高端产品上的技术领先地位己被世界 范围内用户认可，占有绝大部分的市场分额。虽然国内也有同类产品，但并无竞 争优势。但是由于目前国外大品牌的市场定位较高，而对于低端的市场没有足够 的重视。比如，这些品牌通常采用i n t e l x s c a e “p x a 2 5 0 、i n t e l8 0 4 8 6g x ( 3 2 一b i t ) 、i n t e l p x a 2 5 5 、a r m 9 等高端微处理器，采用m i c r o s o f tw i n d o w s c e 、p l a m 0 s 等为操作系统，价格较高，不容易在国内普及。 基于以上背景，我们提出了一个基于8 0 2 1 1 b 的数据采集终端的设计方案。 该方案采用a r m 7 作为微处理器，此处理器具有性能高、成本低、能耗小的特点， 特别适用于作嵌入式控制等应用。本方案采用u c l if l u x 作为操作系统，u c l i n u x 是微控制领域中的l i n u x 系统，它从l i n u x 2 0 2 4 内核派生而来，沿袭了主流 l i n u x 的绝大部分特性。它是专门针对没有m m u 的c p u ，并且为嵌入式系统做了 许多小型化的工作，是一个高度优化的、代码紧凑的嵌入式l i n u x 。它具有稳定、 良好的移植性，优秀的网络功能，对各种文件系统完备的支持，以及丰富的a p i 等。1 。从方案的电路图设计到操作系统内核的裁减、文件系统的移植、无线模块 驱动程序的移植，完全由我们自主设计完成，在方案的设计上具有创新性。通过 与国际大品牌相比较，我们设计的方案更符合国内的实际情况，更有利于大范围 的推广。本课题研究的主要目标是如何将无线模块、a r m 7 、u c l i n u x 集成为一个 完整的系统，并对系统集成的软硬件问题进行了详细的讨论。 本论文首先简要介绍了无线局域网的发展和课题的背景。接着又讨论了系统 的总体设计方案，并介绍了系统中各模块的硬件电路，针对容易出错的地方进行 了阐述。然后，详细的分析了系统的软件部分，特别是系统引导程序的设计、操 作系统内核的编译、文件系统的建立和无线驱动模块的移植。最后对系统的完成 情况进行了总结，并对今后的工作进行了展望。 关键宇：8 0 2 1 1 b ，嵌入式系统，b o o t l o a d e r ，u o | l r u x ，驱动程序 h a n d h o l dw ir e l e s sd a t a t e r m l n a ib a s e do n8 0 2 1 1 b a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ep r o g r e s so fi n f o r m a t i o n ，d e m a n d i n go ft h em o b i l e i n f o r m a t i o ni n c r e a s e ss t e a d i l y i nt h i sc o u r s e ，h o wt og e tt h ef i r s t h a n d i n f o r m a t i o nb e c o m e sar e s t r i c t i n gf a c t o r a tt h es a m et i m e ，b a rc o d ew h i c h a c t sa sam e a n so fd a t ac o l l e c t i o ni sw o r k i n go n t h er e a lt a r g e to fb a rc o d ei st om a r s h a ld a t ar e s o u r c e ，t h e r e b y c o m p l e t e sf l o wr e f o r m i n gs e r v i c e ，a n di n c a r n a t ei t sv a l u et oe n t e r p r i s e i nt h i sp r o g r e s s w i t ht h ep r o g r e s so fo f f i c ea u t o m a t i z a t i o na n d d i g i i i z a t i o n ，a p p l i c a t i o no fd a t ac o l l e c t i n gi n s t r u m e n t i sb o o m i n g m o b i l ec o m p u t i n go fe n t e r p r is ei n c l u d e sc o l l e c t i n g ，c o m p u t i n g ， c o m m u n i c a t i o na n d m a n a g e m e n t ，i t s ap e r f e c tc o m b i n a t i o nb e t w e e n w i r e l e s sn e t w o r kt e c h n o l o g ya n dc o m p u t e r i tc a nc o l l e c tc o r p o r a t i o n i n f o r m a t i o na c c u r a t e l yb yd a t at e r m i n a l ，t h e ns e n d i n gd a t at ot h e b a c k g r o u n ds e r v e ri nr e a l t i m e i te n h a n c e sg r e a t l yt h ef e r t i l i t ya n d i n c r e a s e st h ec o m p e t i t i o no fi n d u s t r y a tp r e s e n t ，s e v e r a li n t e r n a ti o n a lc o m p a n i e ss u c ha ss y m b o la n dc a s i o o f f e rm a n ys o l u t i o no fm o b i l ec o m p u t i n g t h e i ra d v a n c e dp r o d u c t sh a v e o c c u p i e dt h em o s to fm a r k e t a l t h o u g ht h e r ea r es i m il a rp r o d u c t si nh o m e ， w h i c hh a sn o t h i n gc o m p e t i t i o np r e p o n d e r a n c e b e c a u s et h e i rp r o d u c t si s s oe x p e n s i v e ，w h i c hc a nn o tb ep o p u l a r i z e di nh o m e s ow ed e s i g na w i r e l e s sd a t at e r m i n a lb a s e do i l8 0 2 l l b t h em a i nt a r g e t o ft h i sp a p e rist os t u d yh o wt oi n t e g r a t ew i r e l e s sm o d u l ew i t ha r ms y s t e m ， a n dr e s 0 1 v i n gp r o b l e m so fh a r d w a r ea n ds o f t w a r e f i r s t ，ib r i e f l yi n t r o d u c et h eb a c k g r o u n do fs y s t e m a n dp r e s e n t i n g 8 0 2 1 l bw i r e l e s sp r o t o c o lf r o mt h r e ea s p e c t s t h e nia r g u et h ed e s i g n i n g s c h e m ea n dh a r d w a r ec i r c u i t a f t e r w o r dia n a l y s et h es o f t w a r eo fs y s t e m d e t a i l e d l y ，e s p e c i a l l yt h ed e s i g n i n go fb o o tl o a d e r ，t h ec o m p i l i n go fo s k e r n e l ，c o n f i g u r a t i o no ff i l es y s t e ma n dt r a n s p l a n to fw i r e l e s sd r i v e r l a s t ，is u m m a r i z et h ec o m p l e t a t i o i lo fs y s t e ma n dp r o s p e c tt h ef u t u r e w o r k i n g k e yw o r d s ：8 0 2 1 1 b 。e m b e d d e ds y s t e m b o o dl o a d e r u c ii n u x d ri v e r s 独创声明 本人声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。 据我所知，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 过的研究成果，也不包含未获得! 洼；地遗直基丝霞要挂别壹明 鲤! 奎拦丑窒2 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：蒲雨龙 签字日期：珈6 年f 月四日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，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。本人授权学校可以将学 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) 学位论文作者签名 蒂确龙 签字日期：弘年s 月z i 日 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 电话 邮编 日目h年 参嘹 忐弟 字 期 签 日 师 字 导 签 基于8 0 2ii b 的无线手持数据终端 0 前言 随着无线网络技术的诞生，特别是以8 0 2 1 1 b 为主的无线局域网技术和以 2 5 g 和3 g 技术应用的日益广泛，移动解决方案已经越来越成为一种企业改进业 务流程、提高工作效率的技术。 条码及其他数字化手段的真正内涵在于整合数据资源，从而为实现流程重组 服务，并在这过程中体现对行业或企业的价值。随着目前企业办公自动化和数字 化应用的发展，作为移动计算最基础的数据及数据采集工具的运用将异常活跃， 它将成为整个数字化中国进程的助推器。 当条码扫描器和移动计算机相结合，就构成了数据采集终端的概念。企业移 动计算包含了数据的采集、计算、通讯和管理几个要素，是完美结合了无线网络 传输技术与计算技术的最新企业管理理念，它通过数据采集终端对企业作业点的 信息进行快速、准确、便捷的采集、计算，并通过无线传输方式实时或定期地发 送给后台服务器进行处理，极大地提高了行业生产力，增强了企业的竞争能力。 本文研究的主要目标是如何将无线模块、a r m ? 、u c l i n u x 集成为一个完整的 系统，并对系统集成的软硬件问题进行了详细的讨论。 本文各部分安排如下： 第一章引言介绍了研究背景、国内外的发展情况、课题介绍、课题的意义。 第二章对总体方案进行了介绍。 第三章对硬件设计进行了介绍，介绍了系统中各模块的硬件电路，针对容易 出错的地方进行了阐述。 第四章对软件设计进行详细介绍， 第五章对本文所做的工作进行了总结，并指出了需要进一步研究的问题。详 细的分析了系统的软件部分，特别是系统引导程序的设计、操作系统内核的编译、 文件系统的建立和无线驱动模块的移植。 基于8 0 2 1l b 的无线手持数据终端 1 绪论 1 1 背景介绍 随着计算机技术和网络技术的蓬勃发展，网络在各行各业的应用越来越广。 有线网络以其传输速度高，产品的品牌及数量众多和技术发展速度快等优点，在 市场上有着很大的知名度和市场份额。然而，随着无线网络在技术上的成熟，产 品种类的不断增加和产品成本的下降，未来几年，无线网在全世界将有较大的发 展。可以预期，在未来信息无所不在的时代，无线网络将依靠其无法比拟的灵活 性，可移动性和极强的可扩容性，使人们真正享受到简单、方便、快捷的连接。 无线局域网w l a n ( w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k s ) 是计算机网络与无线 通信技术相结合的产物。它以无线多址信道作为传输媒介，利用电磁波完成数据 交互，实现传统有线局域网的功能。 无线接入技术目前比较流行的标准有i e e e 8 0 2 1 l x ( 包括8 0 2 1 l a 、8 0 2 1 l b 及8 0 2 1l g 等标准) 、蓝牙( b l u e t o o t h ) 、h o m e r f ( 家庭网络) 和i r d a ( i n f r a r e d d a t aa s s o c i a t i o n ，红外线数据标准协会) 等。 i e e e8 0 2 1 1 无线局域网标准的制定是无线网络技术发展的一个里程碑。 8 0 2 儿标准除了介绍无线局域网的优点及各种不同性能外，还使得各种不同厂 商的无线产品得以互联。另外，标准使核心设备执行单芯片解决方案，降低了无 线局域网的造价。8 0 2 1 1 标准的颁布，使得无线局域网在各种有移动要求的环 境中被广泛接受。它是无线局域网目前最常用的传输协议，各个公司都有基于该 标准的无线网卡产品。不过由于8 0 2 1 1 速率最高只能达到2 m b p s ，在传输速率 上不能满足人们的需要，因此，i e e e 小组又相继推出了8 0 2 1 l b 和8 0 2 1l a 两 个新标准，前者已经成为目前的主流标准，而后者也被很多厂商看好“m m l 。 作为有线网络的无线延伸，w l a n 可以广泛应用在生活社区、游乐园、旅馆、 机场车站等游玩区域实现旅游休闲上网：可以应用在政府办公大楼、校园、企事 业等单位实现移动办公，方便开会及上课等；可以应用在医疗、金融证券等方面， 实现医生在路途中对病人进行网上诊断，实现金融证券室外网上交易。 随着无线网络技术的诞生，特别是以8 0 2 1 l b 为主的无线局域网技术和以 基于8 0 2 1 l b 的无线手持数据终端 2 5 g 和3 g 技术应用的日益广泛，移动解决方案已经越来越成为一种企业改进业 务流程、提高工作效率的技术。早在条码技术产生之前，人们通过纸和笔进行数 据记录，通过人工进行数据传递。条码技术产生之后，我们用条码扫描器连接计 算机进行条码阅读，通过电缆线将数据传递给计算机系统。当条码扫描器和移动 计算机相结合，就构成了数据采集器的概念，通过数据采集器，操作人员可以将 原始数据库下载到手持设备上。在工作过程中，操作人员通过条码扫描器进行数 据采集，这些数据被用来和数据库中的信息进行比较，在现场给出操作结果，当 操作人员完成了所有的工作流程之后，通过有线的连接，将作业的数据传递给计 算机主机并进行后续处理，这就是我们通常所说的“批处理”模式。移动解决方 案的诞生，使我们真正实现了数据的实时性操作，通过无线局域网和无线广域网， 现场采集的数据可以被实时地传送给企业的数据库系统，操作结果得到及时的反 馈。移动解决方案目前已经被许多国家的邮政、物流快递业广泛使用。例如：美 国邮政、加拿大邮政、瑞士、德国、澳大利亚等国家邮政公司：联邦快递、u p s 等都采用移动解决方案在实旌物品的物流配送。 1 2 国内外的发展情况 随着我国信息管理自动化的发展，用户对可编程型的无线数据采集终端的 需求日益增大，国外著名品牌如c a c i o 、s y m b o l 、d e n s o 、c i p h e r l a b 占领了 我国市场，国内品牌有北京的高立开元、福建的新大陆等。虽然国内有同类产品， 但并无竞争优势。 由于目前国外大品牌的市场定位和目标的细化程度较高，而对低端市场的进 入没有足够的重视，这样留下了一定的市场空间。但是随着高端市场竞争的加剧， 这些大品牌势必会考虑进入这一领域。因此拥有符合市场需求、满足用户需要的 无线数据采集产品，对于国内公司占领这一市场，就显得刻不容缓。 1 3 课题介绍 海尔软件有限公司嵌入式研发部作为专业的移动设备应用解决方案供应商， 参考各移动设备制造商及移动周边设备制造商提供的硬件平台，与先进的数据采 集软件系统结合，提供一系列完整的数据采集解决方案，h d t 3 0 0 就是其中的 暑毒 矗一舄， ： ： 基于8 0 2 l l b 的无线手持数据终端 款手持数据采集终端。h d t 3 0 0 采用a r m 7 作为微控制器、2 m 字节s d r a m 、8 m 字节 f l a s h ，采用红外为通信方式，没有操作系统，而直接通过应用程序控制硬件。 我们的设计方案就是以h d t 3 0 0 为设计蓝本，在此基础上增加8 0 2 1 1 b 无线通信 模块。需要做的实际工作有：重新设计电路图以增加无线模块：重新设计系统引 导程序( b o o tl o a d e r ) 、在系统中增加操作系统和文件系统、移植无线驱动模块、 移植h d t 3 0 0 的应用程序，并以此作为课题进行研究，解决系统集成过程的问题， 并以系统中的软件设计为主撰写了此论文。系统框架如图卜1 所示。 1 4 课题的意义 图卜1 系统框架 我国加入w t o 后，随着各行业将逐渐开放，国外先进的管理经验、模式等的 介入，竞争必然很激烈。国内企业将面临巨大的冲击和挑战，他们渐渐意识到信 息技术发展的重要性。要想加强信息化建设，除了要有现代化的管理之外，还必 须具备自动化、信息化的设备进行辅助，只有这样才能提高企业的效益和综合竞 争能力，才能在国际化的大环境下立于不败之地。因此，对于无线数据采集设备 的研究和开发，具有非常重要的现实意义。 该设备主要是面向大中型生产性企业、物流中心、购物中心、邮政快递业等 对信息的实时性要求比较严格的领域。通过使用无线数据采集设备，可以提高企 基于8 0 2l l b 的无线手持数据终端 业的信息化管理程度，实现数据的自动采集、联网传输、跟踪查询和综合管理等， 降低了生产成本、提高了工作效率、加强了企业的管理和核心竞争力，由此带来 的经济效益也是非常可观的。 基于8 0 2 1 i b 的无线手持数据终端 2 总体方案设计 2 1 硬件设计方案 在本课题的设计方案中，硬件包括两部分：数据采集终端和基座。数据采集 终端利用条码扫描枪和键盘采集数据，经过处理器的处理后存储在存储器中，并 将数据通过无线方式传送到计算机中，进行后台处理。所有的操作过程都可以通 过液晶显示器进行显示。为了提高可靠性，我们还设计了备用通信方式。数据采 集终端可以利用红外通信接口将数据通过基座传送到计算机。另外基座还有对数 据采集终端进行充电的功能。基于这样的设计思路，我们的设计方案如图2 - i 所 示。 图2 - i 硬件框图 硬件说明： 1 ) 扫描器：用于识别一维条码。本系统采用的是o p t i c o n - s e n s o r s 的v l m 4 0 0 0 系列中的半导体激光扫描器，能对w p c ，n w - 7 ，i t f ，3 9 码，9 3 码，1 2 8 码 基于8 0 2 1l b 的无线手持数据终端 等码制的条码进行扫描识别，实现将货品上的条码读入采集终端并完成相应 的解码，传输给c p u 进行下一步的处理。采用激光式扫描器比红外光式具有 更高的可靠性，更深的景深，更小的体积和更小的功耗。 2 ) 键盘：用于手工输入信息。提供了友好的交互方式，用户可以通过按键来操 控数据采集终端的各项功能，并且配备中文、英文字母、数字的键盘输入， 可以输入汉字，字符和数字。 3 ) 液晶显示：用于显示信息。采用1 6 0 1 0 5 点阵的l c d ，可显示6 行x1 0 列 汉字( 1 6 点阵) 、1 2 行2 0 列英文字符( 大小写) ，保证有较大的信息显示 量。并具有l e d 背光支持，即使在夜间也能够操作。 4 ) 控制器：用于运行操作系统及对用户应用程序进行及时的响应和处理。采用 3 2 位的高性能a r m 结构的m c u ( p h y l i p $ l p c 2 2 1 0 ) 。 5 ) 存储器：用于存储数据、操作系统、用户程序，同时提供足够的内存运行操 作系统、用户程序。采用的是m c p 结构的s p a n s i o n 公司的s 7 1 p l 2 5 4 j c o ，它 包括8 m b 的p s r a m 和3 2 m b 的f l a s hm e m o r y 。 6 ) 通信接口：通信接口的任务是实现采集终端与计算机间的通信。系统采用两 种通信方式，主通信方式是通过8 0 2 1 l b 的无线方式与计算机通信。备用通 信方式是使用红外线方式与基座进行通信，基座再通过串口将数据传给计算 机。 7 ) 电源：为了提高电源的容量，保证系统的使用时间，利用高容量的可充电电 池作为电源，保证不丢失采集数据，并具有电池电量检测和显示功能。 8 ) 基座的硬件结构：基座设计有精度高达9 0 上的充电电路，可以对终端进 行精确的充电。另外基座还可通过红外接口与终端进行通信，并经由控制转 换器和串口控制器与p c 机连接并实现数据的传输，可作为终端与计算机的 辅助通信方式。 2 2 软件设计方案 软件系统分为三部分：系统引导程序( b o o tl o a d e r ) 、操作系统内核和文件 系统，其中文件系统中还包括无线模块的驱动程序和应用程序。采集终端开机后， 首先启动b o o tl o a d e r ，b o o tl o a d e r 在初始化相关的硬件寄存器后，将操作系 基于8 0 2l l b 的无线手持数据终端 统内核和文件系统从f l a s h 中拷贝到s d r a m 中，然后将控制权交给操作系统内核。 接着操作系统开始启动，并且初始化文件系统。操作系统启动完成后，自动运行 应用程序。应用程序一运行就加载无线驱动程序，并将无线模块设为休眠状态， 待通过无线发送数据时，再激活无线模块，发送完成后再将其设为休眠状态。应 用程序还要完成与用户的交互、数据采集和数据发送等任务。软件框图如图2 - 2 所示。 b 入 、：霉麓文件系统_ _ 匿霪 o # 锻m ；“蕊i 磁薹 o t 鹗 l l 霪 l | 一 o 一 操 无线 驱动 a 作 一 d 硬 系e 勰 应用程序 r 统 内 件 潮 核 “ + 。纂矽；鼍霞 鬃濑簧餐糕警蔫 、：馥掰p 一：目口自q t 目* 隧- 图2 - 2 软件框图 软件说明： 1 ) b o o tl o a d e r 模块：负责进行硬件系统的初始化，将操作系统和文件系统从 f l a s h 复制到s d r a m ，并且引导操作系统。 2 ) u c l i n u x 操作系统模块：u c l i n u x 具有多种文件系统的支持能力，内嵌多种 网络协议，如t c p i p 和无线协议。支持内存管理和中断管理，并提供多种 系统服务，如：信号量、互斥信号量、时间标志、数据队列及时间管理等。 提供了功能强大的应用程序库。 3 ) 无线驱动模块：用于驱动无线模块，并为用户程序提供编程接口。 4 ) 用户应用程序：用于完成采集终端的所有功能。如硬件的初始化、与用户 的交互、数据采集、数据发送、电源管理等。 基于8 0 2il b 的无线手持数据终端 3 硬件设计 3 1 硬件组成 本课题设计的系统中包括三部分：数据采集终端、基座和上位机。数据采集 终端和基座为本课题自主设计开发，上位机为普通微机。数据采集终端负责采集 条码信息和手工输入的信息，然后通过无线方式传给上位机进行进一步的分类处 理。基座可作为采集终端的充电设备，还可作为备用通信设备，即采集终端将数 据通过红外传给基座，再由基座通过串口传给上位机。上位机负责将收集到的数 据进行存储、分类和处理。本论文只对数据采集终端进行详细介绍。系统的总体 硬件设计如图3 - 1 所示。 基于8 0 2l l b 的无线手持数据终端 图3 - 1 系统硬件设计图 3 2 各部分的说明及其硬件实现 3 2 1 微控制器( m c u ) 本系统采用的m c u 是p h y l i p s 公司的l p c 2 2 1 0 。l p c 2 2 1 0 是基于一个支持实 时仿真和嵌入式跟踪的1 6 3 2 位a r m 7 t d m i s “c p u 的微控制器。由于l p c 2 2 1 0 的 1 4 4 脚封装、极低的功耗、多个3 2 位定时器、8 路1 0 位a d c 、p w m 输出以及多达 9 个外部中断使它们特别适用于工业控制、医疗系统、访问控制和p o s 机。 通过配置总线，l p c 2 2 1 0 最多可提供7 6 个g p i o 。由于内置了宽范围的串行 通信接口，它们也非常适合于通信网关、协议转换器、嵌入式软m o d e r n 以及其 它各种类型的应用。 主要特性： 1 6 3 2 位a r m 7 t d i i i s 核，l q f p l 4 4 封装。 i 6k b 片内静态r a m 。 串行b o o t 装载程序通过u a r t o 来实现在系统下载和编程。 e m b e d d e d l c e - r t 和嵌入式跟踪接口使用片内r e a l m o n it o r 软件对任务进 行实时调试并支持对执行代码进行无干扰的高速实时跟踪。 8 路1 0 位a d 转换器，转换时间低至2 4 4 us 。 2 个3 2 位定时器( 带4 路捕获和4 路比较通道) 、p w m 单元( 6 路输出) 、 实时时钟和看门狗。 多个串行接口，包括2 个1 6 c 5 5 0 工业标准u a r t 、高速i c 接口( 4 0 0 k b i t s ) 和2 个s p i 接口。 向量中断控制器。可配置优先级和向量地址。 通过外部存储器接口可将存储器配置成4 组，每组的容量高达1 6 m b ，数 据宽度为8 1 6 3 2 位。 多达7 6 个通用w o 口( 可承受5 v 电压) ，9 个边沿或电平触发的外部中 断引脚。 通过片内锁相环( p l l ) 可实现最大为6 0 m h z 的c p u 操作频率。 基于8 0 21l b 的无线手持数据终端 片内晶振频率范围：l 3 0m h z 。 2 个低功耗模式：空闲和掉电。 通过外部中断将处理器从掉电模式中唤醒。 可通过个别使能禁止外部功能来优化功耗。 双电源 - - c p u 操作电压范围：1 6 5 1 9 5v ( 1 8v o 1 5v ) 一i o 操作电压范围：3 0 - - 3 6v ( 3 3v l 傩) ，可承受5 v 电压。 3 2 2 外部存储器 本系统的外部存储器采用的是m c p 结构的s 7 1 p l 2 5 4 j c 0 ，它包括8 m b 的p s r a m 和两片1 6 m b 的f l a s hm e m o r y 。f l a s h 和s r a m 共享数据总线和部分地址总线，由 各自的控制信号控制。下图为l p c 2 2 1 0 与$ 7 1 p l 2 5 4 c 0 的连接示意图“3 。 l p c 2 2 l o s 7 1 p l 2 5 4 c 0 p 2o p 21 5 ( d o d 1 5 ) d q 0 d q l 5 p 3l p 3 2 1 ( a 1 a 2 2 )a o a 2 l p 3 2 2 ( a 2 3 ) a 2 2 p 3 3 1 ( n b l s 0 ) l b 群 p 33 0 ( n b l s l ) u b 群 p 3 2 7 ( n w e )w e p 1 1 ( n o e )o e r e s e t ( r 峡s t ) r e s e t p 1 0 ( c s o ) r l c e f l p 32 6 ( c s l ) n c e f 2 p 32 5 ( c s 2 ) n c e l r 说明： 1 d q 0 d q l 5 是m c p 的数据线与l p c 2 2 1 0 的外部存储器数据线d o - - d 1 5 相连。 2 a 0 a 2 1 为f l a s h 和p s r a m 的共用地址线与l p c 2 2 1 0 的外部存储器地址线a l a 2 2 相连。a 2 2 只作为f l a s h 的地址线。 3 u b 和l b 为字节定位选择信号，分别为高8 位字节控制和低8 位字节控制， 基于8 0 2 1l b 的无线手持数据终端 分别与l p c 2 2 1 0 的p 3 3 0 ( n b l s l ) 和p 3 3 1 ( n b l s 0 ) 管脚相连。 4 n c e f l 和n c e f 2 分别与l p c 2 2 1 0 的c s o 或c s i 管脚连接，为两片f l a s h 的选 择选择信号。 5 n c e l r 与l p c 2 2 1 0 的c s 2 管脚连接，用来选择存储器件p s r a m 。 3 2 ，3 无线模块b g w 2 0 0 无线模块采用的芯片是p h i l i p s 公司的b g w 2 0 0 ，该芯片通过高速串口s p l 2 与处理器l p c 2 2 1 0 的s p l l 口连接。s p i ( s e r i a lp e r i p h e r a li n t e r f a c e ，串行外 设接口) 是一种同步外设接口，允许m c u 与各种外围设备以串行方式进行通信、 数据交换。当l p c 2 2 1 0 与b g w 2 0 0 之间互相通信时只能通过b g w 2 0 0 的s p l 2 口进 行，此时l p c 2 2 1 0 是主机( h o s t ) ，b g w 2 0 0 是从机( s l a v e ) ，传输的时钟由h o s t 控制“。具体的连接如下： b g w 2 0 0 从器件l p c 2 2 1 0 主器件 s p im o s ip 01 9 ( m o s i i ) s p im i s 0p o1 8 ( m i s 0 1 ) s p is c k p 0 1 7 ( s c k d s p ie x tn q tp 0 1 5fe r n t 2 ) s p is sn p 0 2 0 ( s s e l i ) _ 一拉高1 i p 0 1 6 ( g p i o ) 说明： 1 s p i s c k 是串行时钟，用于同步s p i 接口间数据传输的时钟信号，与l p c 2 2 1 0 的p o 1 7 ( s c k l ) 引脚相连。该时钟总是由主机驱动并且从机接受。 2 s p i s s n 是从机选择信号，s p i 从机选择信号是一个低有效信号，用于选择 从机，与l p c 2 2 1 0 的p 0 1 6 ( g p i o ) 管脚相连。由于在本项目中采取的是固 定主从器件的单主机单从机的模式，所以在具体接线时，将主器件l p c 2 2 1 0 的s p i 接口的选择信号s s e l l ( p o 2 0 ) 通过上拉电阻拉高，而利用g p i o ( p o 1 6 ) 来控制从器件的片选端，通过将p o 1 6 置低来选中从器件b g w 2 0 0 ，从而完成 两者之间的通信。 3 s p i _ m i s o 为主入从出，该信号是个单向的信号，它将数据从从机传送到主 苎三! 丝：! ! ! 堕垂些兰堡塑塑堡塑 机，与l p c 2 2 1 0 的p o 1 8 ( m i s 0 1 ) 管脚相连。 4 s p im o s i 为主出从入，该信号是一个单向的信号，它将数据从主机传送到从 机，与l p c 2 2 1 0 的p o 1 9 ( m o s l l ) 管脚相连。 5 s p i e x t i n t 为中断信号，与l p c 2 2 1 0 的p o 1 5 ( e i n t 2 ) 管脚相连。对于中 断信号，我们利用l p c 2 2 1 0 的外部中断2 ( p o 1 5 ) 来控制b g w 2 0 0 的中断引 脚。 3 2 4 扫描模块与u a r t l 扫描模块采用的是o p t i c o n s e n s o r s 公司的v l m 4 0 0 0 系列，通过串口( u a r t l ) 的方式与l p c 2 2 1 0 连接。扫描模块采用激光扫描，硬解码，这就意味着我们不需 要软件上进行解码的开销，直接通过串行总线进行数据的收发。扫描模块的串行 总线连接处理器的标准串口总线，模块的中断、片选、开关控制信号通过g p i o 实现。扫描模块与l p c 2 2 1 0 的连接方式如下图所示“1 ： 扫描模块lpc2210 扫描模块 s t x d p 0 9 ( r x d i ) u a r t l s r x d p o 8 ( t x d l ) 扫描按键p o 3 ( e v t l 2 ) s d e n p 3 2 9 ( s d e n ) s n f p 3 2 8 ( s n f ) 说明： 1 s t x d 是扫描模块的发送数据管脚，连接l p c 2 2 1 0 的u a r t l 的接收数据管脚p 0 9 ( r x d l ) 。 2 s r x d 是扫描模块的接收数据管脚，连接l p c 2 2 1 0 的u a r t l 的发送数据管脚p 0 8 ( t x d l ) 。 3 扫描按键与l p c 2 2 1 0 的外部中断l 输入管脚相连。由于扫描按键与其他按键 公用外部中断1 ，因此需要在软件编程时区分这两类中断信号。 4 s d e n 信号用来控制扫描头开关，与l p c 2 2 1 0 的通用 o 口p 3 2 9 ( s d e n ) 连 接。当扫描按键按下后，系统被唤醒，将s d e n 置低，执行红外扫描动作， 并且通过串口接收数据，最后再将s d e n 置高，结束扫描动作，进入空闲状 基于8 0 2 1l b 的无线手持数据终端 态。 5 s n f 是用来检测外界是否执行了扫描条码的，当扫描枪按键按下但没有扫描 条码时，我们可以利用s n f 信号来关闭扫描枪，该信号与l p c 2 2 1 0 的p 3 2 8 ( s n f ) 管脚相连刈。 3 2 5 红外电路与u a r t o 红外电路模块包括红外译码解码和红外发射两块芯片。红外发射芯片采用 的是a g i l e n t 公司的h s d l - 3 2 0 1 。红外译码解码芯片采用的是a g i l e n t 的 h s d l 一7 0 0 2 ，它通过u a r t o 的方式与l p c 2 2 1 0 进行连接，具体的连接方式如下“： h s d l 7 0 0 2l p c 2 2 1 0 a h o p 0 4 ( a h 0 ) a h l p o 5 ( a h l ) a h 2p o 6 ( a h 2 ) i t x d p o 1 ( r x d 0 ) u a i t t 0 i r x d p o 0 ( t x d o ) p o w e r d n p 1 2 1 说明： 1 a h o 、a h l 、a h 2 用在设置波特率，与l p c 2 2 1 0 的通用i o 口p o 4 p o 6 相连。 通过软件对p o 4 p o 6 输出值的逻辑组合进行设置来改变红外译码解码芯 片的波特率，具体的设置见下表： a h 2a h la h o 波特率 0001 1 5 2 0 0 0o 15 7 6 0 0 o1o1 9 2 0 0 01 19 6 0 0 1oo3 8 4 0 0 1o 14 8 0 0 l1o2 4 0 0 111 2 i t x d 、i r x d 为h s d l - 7 0 0 2 的发射、接收信号，分别与l p c 2 2 1 0 的u a r t o 口的 基于8 0 21l b 的无线手持数据终端 接收管脚p 0 1 ( r x d o ) 和发射管脚p o 0 ( t x d o ) 相连。 3 p o w e r d n 为省电模式信号，如果该管脚被置为高，h s d l 一7 0 0 2 将进入省电模 式，与l p c 2 2 1 0 的通用i o 口p 1 2 l 相连。当程序进行红外通信动作时，根 据定义的波特率，对p o 4 p o 6 做相应的设置，并且将p 1 2 l 管脚置低， 开启红外发射。通讯结束后，再将p 1 2 1 置高。 32 6 液晶与键盘背光控制 键盘背光灯由k b k 信号控制，与l p c 2 2 1 0 的通用i o 口p 1 1 7 相连。液晶背 光灯由y b k 信号控制，与l p c 2 2 1 0 的通用r o 口p 1 1 6 相连。当将k b k 和y b k 置 高，开启背光灯。 l e d c 为光敏管与l p c 2 2 1 0 的通用i o 口p 1 2 5 连接，在有足够光线的情况 下，l e d c 为高。当光线不足，l e d c 置低，这种情况下，可用软件将k b k 或y b k 置高，使系统在无操作时，自动开启背光“。 3 2 7 电量检测 l p c 2 2 1 0 的p 2 3 0 、p 2 3 1 管脚为a i n a d 转换输入，分别用于检测镍氢碱 性电池电压和备用锂电池电压1 。 3 2 8 电源管理 l p c 2 2 1 0 的通用i o 口p 1 2 2 作为软开关信号s c a n - - o n ，用来控制扫描头的 电源。s c a n o n 为高时，给扫描头供电。 l p c 2 2 1 0 的通用i o 口p o 1 3 作为电源的开启信号p o n ，当电源键按下并松 开后，将p o n 置高，实现开机。 l p c 2 2 1 0 的通用i o 口p 1 2 3 作为电源的关闭信号p o f f ，当电源键再次按下 并松开后，将p o f f 置高，实现关机。 l p c 2 2 1 0 的通用i 0 口p l2 0 作为控制无线模块电源的管理信号b g w e n ，当 将该信号置高时给无线模块上电。 基于8 0 2 1 l b 的无线手持数据终端 4 软件设计 4 1 软件系统概述 数据采集终端的软件系统由以下部分组成：系统引导程序、嵌入式操作系统 内核、文件系统。系统引导程序通常也称为b o o tl o a d e r ，代码量虽少，但是作 用非常大，相当于p c 上的b i o s ，负责系统初始化工作并将固化在f l a s h 中的操 作系统内核和文件系统复制到s d r a m 区，然后将系统控制权交给操作系统。嵌入 式操作系统内核是嵌入式系统加电运行后的管理平台，负责实时性任务和多任务 的管理。l p c 2 2 1 0 是一款没有m m u 的处理器，因此采用u c l i n u x 作为本系统的操 作系统内核。u c l i n u x 是l i n u x 的一个分支，专为无m 删的处理器设计，它继承 了l i n u x 强大的网络功能和多任务管理功能，并对内存管理和进程管理进行了改 写，满足无m m u 处理器的开发要求”“。文件系统是嵌入式系统软件平台占用存 储量最大的一部分，也是与用户开发最相关的一部分。它存储了系统配置文件、 系统程序、用户应用程序和必需的驱动程序，无线模块的驱动程序和应用程序就 存放在文件系统中。 软件系统固化在f l a s h 中。通常根据