基于嵌入式系統(tǒng)的手機編程開發(fā)平臺

引 言

隨著移動通信技術(shù)的飛速發(fā)展，手機已經(jīng)從單一的電話通信設備轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒕W(wǎng)絡終端，因此，近年來手機編程已經(jīng)成為一項重要的技術(shù)。手機是一個高新技術(shù)的集合體，包含了移動終端、嵌入式系統(tǒng)、數(shù)字信號處理以及通信協(xié)議設置等多項技術(shù)。手機編程開發(fā)平臺是集合了通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)、電子技術(shù)、軟件工程、操作系統(tǒng)等理論的軟硬件的教學與研究開發(fā)平臺。在這個開發(fā)平臺上開發(fā)相應的程序，可以掌握嵌入式系統(tǒng)設計的流程與方法;可以根據(jù)使用者的需求，設計并實現(xiàn)手機的基本功能和擴展功能。

1 手機編程開發(fā)平臺總體結(jié)構(gòu)

作為專業(yè)技術(shù)課程，手機編程技術(shù)的教學內(nèi)容包括系統(tǒng)設置、操作系統(tǒng)使用以及應用軟件開發(fā)，因此，手機編程平臺必須支持各項教學內(nèi)容。另外，作為教學儀器，不僅需要滿足全部工程編程測試等技術(shù)環(huán)節(jié)的學習要求，同時，還必須具有系統(tǒng)靈活、調(diào)試方便等特點。因此，手機編程開發(fā)平臺硬件的設計應滿足以下要求：支持移動公網(wǎng)通信功能，支持嵌入式設計基本功能，支持擴展操作功能，支持結(jié)構(gòu)調(diào)整，支持數(shù)字測試。

根據(jù)上述要求，把手機編程系統(tǒng)設計劃分為硬件平臺和軟件平臺：硬件平臺采用了功能模塊化設計思想，有利于系統(tǒng)硬件的擴充與更改。基于模塊化的設計中，把手機的硬件部分劃分為通信單元模塊、嵌入式系統(tǒng)模塊、音頻輸入/輸出模塊和電源模塊。各模塊在結(jié)構(gòu)與功能上完全獨立，且采用統(tǒng)一的接口規(guī)范，使各模塊能簡單方便地連接到一起，構(gòu)成完整的手機編程硬件平臺。

考慮到降低開發(fā)成本以及移植與編程難度等因素，軟件開發(fā)平臺用嵌入式Linux操作系統(tǒng)作為開發(fā)平臺，包括Bootloader的設計、Linux操作系統(tǒng)移植、相關(guān)的驅(qū)動程序編寫、GUI移植等。

軟件和硬件平臺相結(jié)合，形成了硬件開放、源碼公開、滿足手機編程開發(fā)需要的系統(tǒng)。這個系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)、GSM/CDMA、操作系統(tǒng)、GUI等技術(shù)的綜合技術(shù)體，構(gòu)建了一個完整的、開放的手機編程平臺。

2 手機編程開發(fā)平臺硬件結(jié)構(gòu)

手機編程平臺系統(tǒng)中，需要處理的數(shù)據(jù)有兩大類：通信數(shù)據(jù)以及應用程序的數(shù)據(jù)。這里采用了雙處理器的解決方案，如圖1所示。

①公網(wǎng)通信模塊。利用一個微處理器(專用單片機)系統(tǒng)構(gòu)成通信電路模塊，專門處理與GSM/CDMA通信相關(guān)的任務。

②應用程序處理模塊。利用嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成本地任務處理模塊，用來運行操作系統(tǒng)及其他應用程序。

2.1 公網(wǎng)通信模塊

公網(wǎng)通信模塊如圖2所示，采用市場上可購買到的手機模塊實現(xiàn)。以GSM公網(wǎng)通信模塊為例，手機模塊中包括天線、內(nèi)部Flash、SDRAM、GSM基帶處理器、電源等。GSM基帶處理器是手機模塊的核心部件，其作用相當于一個協(xié)議處理器，用來處理外部系統(tǒng)通過串口發(fā)送過來的AT指令。天線部分用來實現(xiàn)射頻信號發(fā)射一接收、調(diào)制一解調(diào)，以及射頻信號與基帶處理器之間的信號轉(zhuǎn)換。匹配電源為處理器及射頻部分提供所需的電源。

2.2 應用程序處理模塊

應用程序處理模塊用來實現(xiàn)手機控制和操作的全部功能。本應用處理器模塊以S3C2410構(gòu)成的ARM9嵌入式微處理器系統(tǒng)為核心。應用程序處理模塊包括嵌入式微處理器單元、音頻輸入輸出電路單元和電源單元，如圖3所示。

圖3中，嵌入式微處理器系統(tǒng)模塊具有如下技術(shù)特點：CPU為Samsung S3C2410X，200 MHz主頻;2 MBNOR Flash，64 MB NAND Flash;64 MB SDRAM，由2片K4S561632組成，工作在32位模式下;3.5 in的TFT顯示屏，320×240像素;USB1.1標準Client接口，10M以太網(wǎng)網(wǎng)絡接口，20針JTAG調(diào)試接口。

2.3 手機開發(fā)硬件系統(tǒng)

在手機編程開發(fā)系統(tǒng)中，硬件系統(tǒng)平臺與PC機相連接，把PC機作為程序開發(fā)平臺，手機硬件系統(tǒng)平臺作為嵌入式目標系統(tǒng)。作為開發(fā)系統(tǒng)，手機開發(fā)硬件平臺的安裝比較簡單，如圖4所示。將JTAG電纜插入嵌入式系統(tǒng)單元的JTAG接口，另一端連接PC機并口，就完成了手機編程系統(tǒng)的硬件平臺連接。根據(jù)開發(fā)的需要，可用串口線連接PC機串口與手機編程系統(tǒng)的硬件平臺串口。所開發(fā)的手機應用程序可以在手機硬件平臺系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)上獨立運行，同時程序處理模塊還可以通過網(wǎng)絡接口直接用于網(wǎng)絡通信。

3 手機編程實驗臺軟件平臺的構(gòu)建

手機編程實驗臺軟件平臺包括Bootloader、嵌入式 Linuxkernel、GUI QT和用戶驅(qū)動程序4個部分，Bootloader如圖5所示。代碼(即啟動代碼)是處理器復位后進入操作系統(tǒng)之前執(zhí)行的一段代碼，主要是為運行操作系統(tǒng)提供基本的運行環(huán)境，如初始化CPU和堆棧、初始化存儲器系統(tǒng)等。

軟件平臺的邏輯操作如圖6所示。

4 手機編程開發(fā)平臺應用程序設計

作為基本技術(shù)學習的內(nèi)容，該基本的手機編程應用程序主要是基于ARM的應用處理模塊與GSM模塊，來實現(xiàn)相互通信的無線數(shù)據(jù)傳輸，包括應用AT指令集的 GSM模塊數(shù)據(jù)讀寫子程序、鍵盤控制處理子程序、LCD顯示子程序等。此外，還提供了一個手機撥號及收發(fā)短信的程序。

(1)主程序流程主程序的流程如圖7所示。首先對輸入?yún)?shù)進行檢查，完成對手機通信模塊的串口波特率的設置，同時對串口通信其他的一些屬性進行設置，從而保證手機通信模塊與GSM模塊的正確通信。初始化結(jié)束后，就可以建立鍵盤控制與讀GSM模塊子函數(shù)，此過程需要嵌入式Linux操作系統(tǒng)庫函數(shù)的支持。最后，主函數(shù)處于等待外部中斷請求的狀態(tài)中。外部中斷請求分別來自鍵盤輸入和外部呼叫。