基于4G-Ready的嵌入式數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)研究-技術(shù)方案

精品文檔-下載后可編輯基于4G-Ready的嵌入式數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)研究-技術(shù)方案摘要：對(duì)當(dāng)前無(wú)線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和嵌入式計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了分析，主要介紹了第四代移動(dòng)通信后備技術(shù)（4G-Ready,4rd-generationReady）、無(wú)線相容性（Wi-Fi,Wireless-Fidely）、藍(lán)牙（Bluetooth）及定位系統(tǒng)（GPS,GlobalPositioningSystem）等無(wú)線通信技術(shù)和基于（ARM,AdvancedRISCMachines）內(nèi)核的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)，對(duì)構(gòu)建Wi-Fi無(wú)線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境分別進(jìn)行原理介紹和應(yīng)用分析，在此基礎(chǔ)上從硬件集成和軟件開發(fā)2個(gè)方面介紹了無(wú)線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。，根據(jù)基于4G-Ready與Wi-Fi的嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，分析了無(wú)線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的廣闊發(fā)展前景。

0引言

4G-Ready作為未來(lái)4G移動(dòng)通信關(guān)鍵預(yù)備技術(shù)的一個(gè)領(lǐng)域，在構(gòu)建無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中具有重要應(yīng)用前景。其中，將4G-Ready與Wi-Fi技術(shù)、Blutooth藍(lán)牙技術(shù)、GPS定位系統(tǒng)以及基于ARM核的嵌入式技術(shù)進(jìn)行集成，以Linux-C、Java編程語(yǔ)言開發(fā)應(yīng)用軟件系統(tǒng)，能夠構(gòu)成一個(gè)具有多種功能、技術(shù)性能優(yōu)越和先進(jìn)實(shí)用的嵌入式Wi-Fi無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)終端系統(tǒng)，以滿足構(gòu)建城市智能交通管理、市政環(huán)境保護(hù)監(jiān)控和風(fēng)景區(qū)信息管理等領(lǐng)域的無(wú)線數(shù)據(jù)通信應(yīng)用需求。

1主要技術(shù)分析

下面對(duì)基于4G-Ready與Wi-Fi架構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用的主要技術(shù)予以分析。

1.1無(wú)線通信技術(shù)

1.1.14G-Ready簡(jiǎn)介

4G-Ready是針對(duì)目前正在發(fā)展中的4G通信技術(shù)的描述，目前國(guó)際上認(rèn)為4G提供的數(shù)據(jù)傳輸速率一般為10~20Mb/s,數(shù)據(jù)傳輸速率超過(guò)100Mbit/s,每個(gè)4G信道會(huì)占有100MHz的頻譜，具有寬網(wǎng)絡(luò)頻譜性能。

4G應(yīng)具有多樣化通信功能，包括訪問(wèn)Internet、語(yǔ)音與數(shù)據(jù)通信、流媒體傳輸、集成不同模式的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)、蜂窩信號(hào)、廣播電視到衛(wèi)星通信，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶可以在多種標(biāo)準(zhǔn)間的自由漫游服務(wù)等。

1.1.2Wi-Fi技術(shù)與聯(lián)網(wǎng)

Wi-Fi的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE,InstituteofElectricalandElectronicsEngineers）發(fā)布的IEEE802.11,包括IEEE802.11a、IEEE802.11b和IEEE802.11g,其中常用的是IEEE802.11g.

Wi-Fi是一種短程無(wú)線傳輸技術(shù)，能夠在數(shù)百米范圍內(nèi)支持互聯(lián)網(wǎng)無(wú)線接入方式。

1.1.3藍(lán)牙技術(shù)簡(jiǎn)介

藍(lán)牙（Bluetooth）是一種短距離無(wú)線通信技術(shù)，工作頻段為2.4GHz,屬于工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)頻段（ISM,IndustrialScientificMedical），其數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mb/s,采用時(shí)分雙工傳輸方案，使用IEEE802.15協(xié)議。本文所述的嵌入式系統(tǒng)配置了Bluetooth2.0藍(lán)牙接口，采集實(shí)時(shí)圖形、圖像和位置信息。

1.1.4GPS無(wú)線定位技術(shù)

GPS由空間部分、地面控制系統(tǒng)和用戶設(shè)備構(gòu)成，其中空間部分由均勻分布在地球上空的24顆衛(wèi)星組成。地面控制系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)站、主控制站和地面天線組成。用戶設(shè)備一般指GPS信號(hào)接收機(jī)。這里設(shè)計(jì)與分析的嵌入式系統(tǒng)采用分離結(jié)構(gòu)GPS接收機(jī)。

1.2嵌入式（EmbeddedTechnology）技術(shù)

嵌入式系統(tǒng)由32位字長(zhǎng)的微處理器、ROM存儲(chǔ)器、RAM存儲(chǔ)器和信息I/O接口等模塊和部件組成，嵌入式Linux操作系統(tǒng)存放在ROM中。

1.2.1ARM技術(shù)

ARM核嵌入式微處理器是嵌入式系統(tǒng)的，由英國(guó)ARM公司設(shè)計(jì)（IP,IntellectualPropertycore）內(nèi)核，由各半導(dǎo)體公司設(shè)計(jì)為芯片產(chǎn)品，再由OEM廠商形成嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品。在當(dāng)前項(xiàng)目中采用的EP9302系統(tǒng)是一個(gè)以ARM9內(nèi)核處理器為技術(shù)的嵌入式系統(tǒng)。

1.2.2嵌入式Linux操作系統(tǒng)

Linux是一個(gè)自由、開放源代碼的操作系統(tǒng)軟件，其軟件功能齊全，具有完備的網(wǎng)絡(luò)功能，繼承了UNIX的多用戶、多任務(wù)、支持多線程和多CPU的技術(shù)。

當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)中使用的版本是嵌入式Linux2.6.21,支持內(nèi)核態(tài)搶占式調(diào)度，調(diào)度周期為1ms.

2構(gòu)建技術(shù)開發(fā)平臺(tái)

圖1所示為基于局域網(wǎng)的嵌入式Linux開發(fā)平臺(tái)示意。

圖1基于局域網(wǎng)的嵌入式Linux開發(fā)平臺(tái)

圖1中的Linux服務(wù)器作為嵌入式Linux內(nèi)核編譯和應(yīng)用程序編譯的公共平臺(tái)，工作站（PC,PersonalComputer）為局域網(wǎng)內(nèi)一臺(tái)或多臺(tái)終端計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)在Windows和Linux之間的文件傳輸。

嵌入式目標(biāo)系統(tǒng)通過(guò)串行接口與工作站連接，應(yīng)用Windows提供的"超級(jí)終端"功能；也可以通過(guò)以太網(wǎng)RJ45接口連接到局域網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)的FTP/NFS服務(wù)器連接。

3系統(tǒng)集成與軟件編制

3.1系統(tǒng)目標(biāo)

系統(tǒng)目標(biāo)是在4G-Ready的框架上，構(gòu)建一個(gè)高速Wi-Fi無(wú)線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，采集目標(biāo)對(duì)象的GPS衛(wèi)星定位信息和現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像信息，由所開發(fā)的《Wi-Fi無(wú)線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)》予以分析和處理。

3.2系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括搭建Wi-Fi無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、多層架構(gòu)軟件和嵌入式Linux-C程序運(yùn)行平臺(tái)。

項(xiàng)目的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D2所示，Wi-Fi為采用CSMA/CA的訪問(wèn)機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；AP為無(wú)線LAN接入端點(diǎn)設(shè)備；Bridge是工作在數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)橋，功能是連接2個(gè)局域網(wǎng)（LAN）。

Switch為網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，功能是構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)交換。

圖2項(xiàng)目系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽?/p>

項(xiàng)目系統(tǒng)包括ARM9內(nèi)核的嵌入式系統(tǒng)模板、GPS衛(wèi)星定位信息接收設(shè)備和Bluetooth適配器，完成GPS與ARM嵌入式系統(tǒng)的無(wú)線通信工作；IPCamera為IP地址接入型微型數(shù)碼攝像機(jī)。

3.3系統(tǒng)硬件組成

3.3.1EP9302嵌入式系統(tǒng)技術(shù)性能和配置

EP9302的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示，項(xiàng)目使用的EP9302嵌入式模板上配置有200MHz的ARM920T處理器，配置的I/O接口包括10/100Mb/s以太網(wǎng)控制器、2路UART/2路USB2.0/紅外接口、5通道ADC接口、串行外圍接口（SPI）、2通道串行音頻接口（I2S）和AC'97接口等。

圖3EP9302內(nèi)部結(jié)構(gòu)

3.3.2Bluetooth適配器技術(shù)性能與配置

項(xiàng)目采用LM048藍(lán)牙RS-232串口適配器進(jìn)行無(wú)線通信系統(tǒng)連接。LM048主要技術(shù)性能是：使用頻率為2.4~2.4835GHz,波特率設(shè)置支持8~230.4Kb/s,以點(diǎn)-點(diǎn)方式通信，使用TxD,RxD,GND,CTS,和RTS信號(hào)連接。

3.3.3AP和Bridge技術(shù)性能與配置

項(xiàng)目采用BUFFALOAirStationWLA-G54C無(wú)線AP+中繼橋接器，這是建立無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)備，具有安全性機(jī)制，支持Wi-FiProtectedAccess（WPA）、AES、802.1×和WEP.AirStation54Mb/s支持無(wú)線分布系統(tǒng)（WDS）或者點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信方式。另外，該產(chǎn)品還支持外置的2.4GHz天線，可以擴(kuò)展傳輸范圍。

3.3.4IPcameral技術(shù)性能與配置

IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)是一種多媒體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用設(shè)備，使用Web頁(yè)面配置和管理圖像，在10M或100M網(wǎng)絡(luò)上以30幀/秒的速度傳輸圖片，并以MPEG-4/MJPEG格式生成高質(zhì)量的圖像。

3.4系統(tǒng)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)

3.4.1RS-232異步串行通信接口程序設(shè)計(jì)

串口操作的程序流程包括設(shè)置串口編程相關(guān)頭文件、打開串口、設(shè)置串口、設(shè)置波特率和設(shè)置校驗(yàn)位等模塊編制工作。串口應(yīng)用編程包括系統(tǒng)初始化、配置系統(tǒng)時(shí)鐘和總線時(shí)鐘，通過(guò)函數(shù)ChangMPIIValue配置系統(tǒng)主時(shí)鐘、函數(shù)ChangClockDivider配置總線時(shí)鐘，函數(shù)ChangMPIIValue實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。

3.4.2嵌入式系統(tǒng)和PC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口程序設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)編程包括ARMEP9302嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口程序設(shè)計(jì)和PC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口程序設(shè)計(jì)。

①ARMEP9302嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口程序設(shè)計(jì)：網(wǎng)絡(luò)接口應(yīng)用編程包括嵌入式系統(tǒng)初始化、預(yù)定義程序參數(shù)、聲明與打開Socket、監(jiān)聽異地結(jié)點(diǎn)IP地址信息、套接Socket、發(fā)送數(shù)據(jù)包和關(guān)閉Socket等。

②PC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口程序設(shè)計(jì)：系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理服務(wù)器選用PC計(jì)算機(jī)，安裝Windows/XP操作系統(tǒng)，系統(tǒng)開發(fā)需要在這個(gè)平臺(tái)上應(yīng)用Socket接口技術(shù)，采用Java語(yǔ)言完成網(wǎng)絡(luò)編程。圖4是PC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口程序。

圖4PC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口程序

3.4.3JSP應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

在JSP動(dòng)態(tài)頁(yè)面程序中，匯聚HTML程序、Java代碼、JavaScript腳本語(yǔ)言等Web軟件編程技術(shù)。JSP應(yīng)用程序在Web環(huán)境運(yùn)行，項(xiàng)目所建的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)平臺(tái)支持了項(xiàng)目JSP應(yīng)用程序的運(yùn)行。

4結(jié)語(yǔ)

基于4G-Ready與Wi-Fi技術(shù)設(shè)計(jì)的嵌入式數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)采用了高速的無(wú)線通信和網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)[8]、B/S架構(gòu)和嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)，具有數(shù)據(jù)及視頻信息采集與傳輸功能和較高的可靠性和擴(kuò)展性。

參考文獻(xiàn):

[1].4Gdatasheet/datasheet/4G+_2235814.html.[2].ROMdat