基于嵌入式技術(shù)的移動通信系統(tǒng)設(shè)計

徐安華 鄧何勤 吳奇 陳建華

中國移動通信集團設(shè)計院有限公司四川分公司 四川成都 610041

嵌入式系統(tǒng)選取微控制器（MCU）作為核心的計算機系統(tǒng)，得以廣泛用于通信、工業(yè)控制等方面。隨著互聯(lián)網(wǎng)的推廣應(yīng)用，規(guī)定嵌入式終端設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行連接，確保信息能夠共享并完成遠(yuǎn)程控制工作?，F(xiàn)階段，嵌入式設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入以互聯(lián)網(wǎng)為標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，這也是研究的熱點問題之一。

1 嵌入式技術(shù)概述

嵌入式系統(tǒng)具有鮮明的特點，主要包含高效性、簡潔性等，對于不同的應(yīng)用場合，由不同的功能構(gòu)成。嵌入式系統(tǒng)屬于高效率、簡潔的計算機系統(tǒng)，其工作原理在于以應(yīng)用為核心，利用計算機技術(shù)的輔助，將其嵌入至受控器件內(nèi)部。嵌入式系統(tǒng)通常只是針對某項特殊任務(wù)開展工作，設(shè)計人員通過對其優(yōu)化設(shè)計，從而降低其使用成本。嵌入式系統(tǒng)就是面向用戶、產(chǎn)品及應(yīng)用，必須與應(yīng)用相互結(jié)合，方可充分發(fā)揮其優(yōu)勢。嵌入式系統(tǒng)和通用型計算機系統(tǒng)不同之處如下：嵌入式系統(tǒng)一般是面向特定的應(yīng)用，其CPU 展現(xiàn)出低功耗、集成度高等優(yōu)點，嵌入式CPU 能有效提升移動通信系統(tǒng)的工作效率。嵌入式系統(tǒng)所用技術(shù)包含電子技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)等，它成為與社會中各種應(yīng)用相互結(jié)合的產(chǎn)物，以此構(gòu)成綜合化、高度分散的知識集成系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)還有一個特點是系統(tǒng)軟件固化于存儲器芯片或者單片機內(nèi)，并未放在磁盤等載體內(nèi)，有利于提升系統(tǒng)的執(zhí)行速率及可靠性。嵌入式系統(tǒng)利用可裁剪軟硬件，在同一塊硅片上系統(tǒng)性能得到提升[1]。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1MCU 芯片

MCU（Micro Control Unit）芯片作為嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行控制的中心，包含8 位、32 位處理器，并把低能耗等指標(biāo)考慮在內(nèi)，見圖1。

本次研究挑選PIC18F452 芯片當(dāng)作MCU，其特性見表1。PIC18F452 作為不包含操作系統(tǒng)的8 位低端控制器芯片，其具有設(shè)計簡單、操作精煉等優(yōu)點。此外，該芯片配置兩級流水線，設(shè)定運行頻率為10MIPS，滿足小型系統(tǒng)對于實時性的需求。PIC 芯片利用哈弗結(jié)構(gòu)，內(nèi)存為32KB，指令總線、數(shù)據(jù)總線寬度分別為16線、8 位，擁有比較豐富的中斷資源。PIC18F452 芯片設(shè)計相應(yīng)的外圍模塊，便于電路設(shè)計工作的簡化。此外，PIC18F452 系列芯片中的精簡指令有77 條，顯示出較高的執(zhí)行效率。

2.2GPRS 通信

通用無線分組業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service，GPRS）通信模塊是保障無線通信順利實現(xiàn)的重要設(shè)備，它可以為MCU 芯片與互聯(lián)網(wǎng)相連提供與之對應(yīng)的鏈路。GPRS 網(wǎng)絡(luò)模型見圖2。GPRS 從一個發(fā)送實體和一個或者多數(shù)接收實體之間提供數(shù)據(jù)傳送能力，上述實體可為移動用戶或者終端設(shè)備，后者被連接至相應(yīng)的GPRS 網(wǎng)絡(luò)或外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。

2.3 移動終端設(shè)計

根據(jù)圖3 可知，由于MCU 芯片I/O 口必須利用電平轉(zhuǎn)換方可與GPRS 模塊串口進(jìn)行連接，因此，在MCU 與GPRS 模塊間增設(shè)MAX232 模塊實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。GPRS 模塊利用MAX232 與8 位MCU 串口進(jìn)行連接，借助驅(qū)動GPRS 模塊完成一系列工作，并建立無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路。同時，MCU 利用串口對外圍工作單元進(jìn)行控制，包含A/D 轉(zhuǎn)換器、LCD 等。

3 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧設(shè)計

TCP/IP 協(xié)議棧的順利實現(xiàn)是確保嵌入式終端和互聯(lián)網(wǎng)實施連接的基礎(chǔ)。MCU 利用軟件促使TCP/IP 協(xié)議棧，網(wǎng)絡(luò)接口層采用點對點協(xié)議的方法，在此基礎(chǔ)上完成高層協(xié)議[2]。

3.1 嵌入式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧

在研究傳統(tǒng)TCP/IP 協(xié)議分層模型思想后，本次研究在分析系統(tǒng)需求、應(yīng)用環(huán)境等內(nèi)容基礎(chǔ)上，對協(xié)議子集進(jìn)行有目的的取舍，設(shè)計借助GPRS 通信的TCP/IP 協(xié)議棧，如圖4 所示。在這一協(xié)議棧內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)接口通過驅(qū)動GPRS 通信建立與網(wǎng)絡(luò)之間的PPP 鏈路，網(wǎng)絡(luò)層主要由IP 模塊、ICMP 模塊組成，傳輸層則包含TCP，UDP 模塊。

3.2 基于框架設(shè)計模塊開發(fā)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

嵌入式系統(tǒng)軟件、硬件資源有一定的限制，要想實現(xiàn)TCP/IPde 等協(xié)議族，就要實現(xiàn)操作的簡化，并且對操作進(jìn)行裁剪，使終端用戶實際的需求得到滿足。因為嵌入式系統(tǒng)用戶的工作存在差別，所以網(wǎng)絡(luò)協(xié)議工作繁瑣，終端用戶各自的開發(fā)會導(dǎo)致物力、人力等資源的浪費[3]。

4 結(jié)語

為了提高工業(yè)機器人工作柔性，工業(yè)上一般采用固定式攝像頭的方式進(jìn)行圖像處理，而本文創(chuàng)新地將單目相機安裝在機器人關(guān)節(jié)上進(jìn)行運動立體測距，進(jìn)一步提高了機器人的加工柔性。實驗通過單目相機的運動進(jìn)行測距，一定程度上可以實現(xiàn)雙目相機測距功能。