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

          作者: 時(shí)間:2011-11-11 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            -Ready 作為未來 移動(dòng)通信關(guān)鍵預(yù)備技術(shù)的一個(gè)領(lǐng)域,在構(gòu)建無線通信網(wǎng)絡(luò)和無線系統(tǒng)中具有重要應(yīng)用前景。其中,將-Ready 與Wi-Fi 技術(shù)、Blutooth 藍(lán)牙技術(shù)、GPS 全球定位系統(tǒng)以及基于ARM 核的技術(shù)進(jìn)行集成,以Linux-C、Java 編程語言開發(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Wi-Fi 無線通信網(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)域的無線應(yīng)用需求。

            1 主要技術(shù)分析

            下面對(duì)基于 與Wi-Fi 架構(gòu)的系統(tǒng)中應(yīng)用的主要技術(shù)予以分析。

            1.1 無線通信技術(shù)

            1.1.1 4G-Ready 簡介

            4G-Ready 是針對(duì)目前正在發(fā)展中的4G 通信技術(shù)的描述,目前國際上認(rèn)為4G 提供的數(shù)據(jù)傳輸速率一般為10~20Mb/s,最大數(shù)據(jù)傳輸速率超過100 Mbit/s,每個(gè)4G 信道會(huì)占有100 MHz 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Internet、語音與、流媒體傳輸、集成不同模式的無線通信網(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。

            1.1.2 Wi-Fi 技術(shù)與聯(lián)網(wǎng)

            Wi-Fi 的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是美國電氣和電子工程師協(xié)會(huì)( IEEE, Institute of Electrical and ElectronicsEngineers)發(fā)布的IEEE 802.11,包括IEEE 802.11a、IEEE 802.11b 和IEEE 802.11g,其中常用的是IEEE 802.11g.

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

            1.1.3 藍(lán)牙技術(shù)簡介

            藍(lán)牙(Bluetooth)是一種短距離無線通信技術(shù),工作頻段為2.4 GHz,屬于工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)頻段( ISM ,Industrial Scientific Medical),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Bluetooth 2.0 藍(lán)牙接口,采集實(shí)時(shí)圖形、圖像和位置信息。

            1.1.4 GPS 無線定位技術(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(Embedded Technology)技術(shù)

            嵌入式系統(tǒng)由32 位字長的微處理器、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。

            1.2.1 ARM 技術(shù)

            ARM 核嵌入式微處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心,由英國ARM 公司設(shè)計(jì)(IP,Intellectual Property core)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)核處理器為核心技術(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)自由免費(fèi)、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Linux 2.6.21,支持內(nèi)核態(tài)搶占式調(diào)度,調(diào)度周期為1 ms.

            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。

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

            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,Personal Computer)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)場視頻圖像信息,由所開發(fā)的《Wi-Fi 無線數(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的訪問機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議;AP 為無線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。

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

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

            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)的無線通信工作;IP Camera 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

            3.3.1 EP9302 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200 MHz 的ARM920T 處理器,配置的I/O 接口包括10/100 Mb/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。

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            圖3 EP9302 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

            3.3.2 Bluetooth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8~230.4 Kb/s,以點(diǎn)-點(diǎn)方式通信,使用TxD, RxD, GND, CTS, 和RTS 信號(hào)連接。

            3.3.3 AP 和Bridge 技術(shù)性能與配置

            項(xiàng)目采用BUFFALO AirStation WLA-G54C無線AP+中繼橋接器,這是建立無線通信網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)備,具有安全性機(jī)制,支持Wi-Fi Protected Access(WPA)、AES、802.1×和WEP.AirStation 54 Mb/s 支持無線分布系統(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2.4 GHz 天線,可以擴(kuò)展傳輸范圍。

            3.3.4 IP cameral 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頁面配置和管理圖像,在10 M 或100 M 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)

            3.4.1 RS-232 異步串行通信接口程序設(shè)計(jì)

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