基于嵌入式系统的GPRS系统的设计

嵌入式系统就是一个具有特定功能或用途的计算机软硬件结合体，或指装入另一个设备并且控制该设备的专用计算机系统。嵌入式系统的最大特点是其具有目的性和针对性，即每一套嵌入式系统的开发都有其特殊的应用场合与特定功能。嵌入式系统包含硬件和软件两部分：硬件架构以嵌入式处理器为中心，配置存储器、I/O设备、通信模块等；软件部分以软件开发平台为核心，向上提供应用编程接口API，向下屏蔽具体硬件特性的板级支持包BSP。嵌入式系统中，软件和硬件紧密配合，协调工作，共同完成系统预定的功能。

　　GPRS是General Packet Radio Service的简称，即通用无线分组业务。它是基于现在运行的GSM基础上发展的数据业务，类似于固定交换技术中的数据分组业务；原来的GSM业务为电路交换业务，GPRS采用了GSM同样的无线调制技术，同样的频率，同样的TDMA帧结构，利用现有的基站子系统（BSS）从一开始就可以提供全面的GPRS覆盖。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。GPRS特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据传输。它集合了现在的GSM的数据分组交换数据和短信息服务；GPRS业务能提供不间断的信息服务，利用GPRS可以使用户在移动状态下使用各种高速数据业务，包括收发E-mail,进行因特网浏览等；使用GPRS，可以实现数据分组发送和接收，用户永远在线且按流量、时间计费，降低了服务成本。

　　1、硬件系统设计

　　设计的基于嵌入式系统的GPRS系统结构框图如图1所示，它以嵌入式处理器S3C2410为核心，分别与GPRS模块、LCD显示和指示灯及键盘人机接口连接。

图1  基于嵌入式系统的GPRS系统结构框图

　　S3C2410微处理器选用Samsung公司为手持设备设计的低功耗、高集成度的基于ARM920T核的微处理器，该处理器集成了16KB指令和16KB数据缓存、MMU、外部存储器控制器、LCD控制器、NAND Flash控制器、4个DMA通道、3个UART通道、1个I2C总线控制器、1个I2S总线控制器、4个PWM定时器和一个内部定时器、通用I/O口、实时时钟、8通道10位ADC和触摸屏接口、USB主/从接口、SD/MMC卡接口等。

　　GPRS模块采用北京天城航宇科技发展公司的集成GPRS无线通信模块，它提供一个支持RS232的接口，可直接由计算机串口通过嵌入式处理器S3C2410的UART1接口驱动该模块。此时，计算机作为数字终端设备（DTE），GPRS模块作为数字电路设备（DCE），在数字终端设备和数字电路设备之间，用一套AT命令实现各种功能，GSM/GPRS的各种功能都有赖于数字终端设备（DTE）向数字电路设备（DCE）发送的命令实现，因此，AT命令可以看作是数字终端设备和数字电路设备之间的软件接口。

　　显示器采用5.7英寸，STN256色LCD显示器，320×240的分辨率，4×4按键和PS/2键盘。

　　GPRS模块部分支持GSM900/DCS1800双频，射频接口采用日本Murata公司的MM9329-2700B射频连接器，天线采用GSM900/DCS1800双频段天线。

　　GPRS模块提供了完整的音频接口，可增加少量外围辅助元器件设计构成主通道和辅助通道。来电振铃音从蜂鸣器中发出，蜂鸣器由GPRS模块32针输出数字信号控制。

　　GPRS模块支持外部SIM卡，可直接与3.0V SIM卡（或1.8V SIM卡）连接，GPRS模块自动检测和适应SIM类型。为了防止静电损坏，可在靠近SIM卡座各引脚的位置放置瞬变电压抑制二极管（TVS管）----可使用ST公司的ESDA6V1W5TVS管。

　　2、软件设计

　　嵌入式系统的软件开发采用武汉创维特信息技术有限公司的ADT IDE集成开发环境，它提供高效、清晰、可视化的嵌入式软件开发平台，包括一整套完备的面向嵌入式系统的开发和调试工具：编辑器、编译器、链接器、工程管理器以及调试器等，它运行于Windows NT、95、98、2000及XP，采用类似Visual Studio界面风格，支持中、英文版本。

　　在GPRS通信中，根据不同的处理有不同的应用程序，主要有主程序、功能程序和键盘控制程序。

　　主程序流程图如图2所示，主要完成系统初始化和各线程（包括键盘线程、GPRS模块线程和显示线程）的建立。

图2  主程序流程图

　　功能程序包括GPRS模块初始化程序，GPRS读数据程序，GPRS发送短消息程序，GPRS打电话和接电话程序等，一般通过状态机实现，如GPRS打电话（主叫）流程如图3所示，分为空闲状态、输入号码状态、拨号状态、通话状态等。

 

图3  GPRS打电话（主叫）流程

　　键盘操作是用户的输入/输出接口，用户的所有指令都需要通过键盘来实现，键盘模块程序流程图如图4所示，主要包括键盘的初始化、打电话、接电话、发短消息、查看短消息，以及等待等无线通信常见的键盘操作方式。

图4   键盘模块程序流程图

　　3、实验结果

　　连接计算机串口到嵌入式处理器S3C2410的UART1，连接好GPRS天线，在GPRS模块的SIM卡座上插入SIM卡（最好是中国移动卡），接上耳机和麦克风，运行超级终端，选择正确的串口号，并设置串口（波特率为115200，奇偶校验为None,数据位数为8，停止位数为1，无流控），并打开串口。GPRS模块通电后，通过使用键盘的“UP”和“DOWN”键选择“GPRS-连接PC选项”，然后点击“Enter”键确定，系统自动复位GPRS模块，并进入PC模式，在该模式下，可以通过计算机串口控制UART1的方式直接控制GPRS模块。接下来，在GPRS模块初始化后，通过输入不同的AT命令，就可开关机、拨打和接听电话、发送和接收短消息、收发E-mail,进行因特网浏览等，实验结果正确。

　　4  结论

　　本文阐述了嵌入式系统和GPRS的含义，以嵌入式处理器S3C2410为核心，利用GPRS模块设计出了无线通信系统。本文作者创新点是利用了嵌入式处理器和GPRS模块，将两种不同的技术融合在一起，同时采用ADT IDE集成开发环境设计嵌入式系统的软件，因而具有很好的目的性和针对性；根据本文提出的设计思路，可方便的设计其它无线通信系统，有广阔的应用前景和很好的经济效益。