基于ARM与嵌入式Linux的GPRS无线通讯系统文档格式.docx
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2.4主要仪器设备…………………………………………………………………………6
3系统硬件设计………………………………………………………………………….……7
3.1ARM硬件结构与外围电路……………………………………………………………7
3.2M22通讯电路板的设计…………………………………………………………………16
4系统软件设计………………………………………………………………………………26
4.1引导加载程序的设计………………………………………………………………26
4.2串口通讯程序的设计………………………………………………………………30
4.3BenQM22模块内部的软件特性………………………………………………………32
4.4AT指令简介……………………………………………………………………………33
5GPRS通讯系统运行结果………………………………………………………………36
5.1GPRS通讯系统概述……………………………………………………………………36
5.2软件运行截图……………………………………………………………………………39
6设计总结与展望…………………………….………….…………………………………43附录…………….…………………………………………………………………………………44参考文献…………….………………….………………………………………………………46
1绪论
1.1GPRS无线通讯业务
1.1.1什么是GPRS
GPRS（GeneralPacketRadioService）是通用分组无线业务的简称，采用的是基于GSM系统的无线高速数据分组传输技术，目前理论传输速率为115kbps。
GPRS业务于2002年7月开始在国内移动通信业推出，第一期工程在全国东部16个省的25个城市开通并进入试商用。
试商用的GPRS系统能够提供传输速率为30～50kbps的分组业务。
GPRS的出现，很大程度是为多媒体、互联网通信服务，将从根本上改变原有的GSM的基于话音服务。
[17]
1.1.2GPRS的体系结构
GPRS基本原理是，当用户上传或下载互联网数据时，系统不是利用当时承载服务所采用的电路连接，而是利用分组将数据在网络中传送，达到多用户间对网络资源的共享，同时网络运营机构还可以最大限度地使用现有GSM设备，避免了GSM设备投资的浪费。
另外，数据传送使用GPRS，而语音传送使用GSM，使下载资料和通话可以同时进行。
为此，它不但可以为GPRS用户提供GSM移动电话通信的所有功能，更为突出的是为GPRS用户提供了一种更快捷，更方便，更便宜，更持久的移动上网方式。
GPRS目前被认为是移动通信从第二代向第三代过渡的重要一环。
1.1.3GPRS的技术优势
2系统设计选型
2.1ARM处理器选型
如前文所述ARM微处理器目前包括下面ARM7,ARM9,ARM9E,ARM10E,SecurCore,Xscale,StrongARM等几个系列.鉴于当前电子市场上的情况,在此我主要讨论一下ARM7与ARM9这两种主流处理器的特点及应用领域。
（1）ARM7微处理器系列
ARM7系列微处理器为低功耗的32位RISC处理器，最适合用于对价位和功耗要求较高的消费类应用。
ARM7微处理器系列具有如下特点：
－具有嵌入式ICE－RT逻辑，调试开发方便。
－极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用，如便携式产品。
－能够提供0.9MIPS/MHz的三级流水线结构。
－代码密度高并兼容16位的Thumb指令集。
－对操作系统的支持广泛，包括WindowsCE、Linux、PalmOS等。
－指令系统与ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便于用户的产品升级换代。
－主频最高可达130MIPS，高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复杂应用。
ARM7系列微处理器的主要应用领域为：
工业控制、Internet设备、网络和调制解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式应用。
ARM7系列微处理器包括如下几种类型的核：
ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ。
其中，ARM7TMDI是目前使用最广泛的32位嵌入式RISC处理器，属低端ARM处理器核。
（2）ARM9微处理器系列
ARM9系列微处理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。
具有以下特点：
－5级整数流水线，指令执行效率更高。
－提供1.1MIPS/MHz的哈佛结构。
－支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。
－支持32位的高速AMBA总线接口。
－全性能的MMU，支持WindowsCE、Linux、PalmOS等多种主流嵌入式操作系统。
－MPU支持实时操作系统。
－支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力。
ARM9系列微处理器主要应用于无线设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高端打印机、数字照相机和数字摄像机等。
ARM9系列微处理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三种类型.
由此可见,ARM9对于Linux操作系统的支持性明显强于ARM7。
因此,本系统采的核心微处理器是SAMSUNGS3C2410（以ARM920T为内核）。
2.2GSM/GPRS模块选型
目前市面上出现的主流GPRS/GSM模块主要有以下几种:
（1）BenQ公司的M20/M22（A）/M32（A）模块；
（2）SIEMENS公司的TC35i/MC35模块；
（3）SonyEricsson公司的GR47/GR48模块
考虑到市场的普及度与可靠性的要求,我们选择BenQ公司的通讯模块。
下面详细的比较一下BenQ公司的这些系列模块。
（1）从他们能够实现的功能来说，M20只支持GSM功能，而M22，M22A，M32，M32A则支持GSM/GPRS功能，其中M22，M22A支持GPRSCLASS4，M22内置了嵌入式TCP/IP，可以支持数据业务的透明和非透明传输，M22A没有内置嵌入式的TCP/IP；
M32，M32A支持GPRSCLASS10，现在都提供了嵌入式TCP/IP功能。
（2）从封装上来说，M20，M22，M22A，M32A使用连接座式接口，模块上自带天线MMCX接头，其中，M20还自带SIM卡座，而M32则是PLCC式封装，不带天线接头。
（3）应用的领域来说，M20可以应用于GSM语音通讯以及短信息通信，譬如路灯管理，道路紧急电话，利用短信息进行实时性要求不高，数据量不大的数据通信，无线商务电话等，M22，M22A，M32A除了实现M20这些功能以外，由于支持GPRS甚至拥有嵌入式的TCP/IP，可以用于实时性要求较高，数据量相对较大，传输速度相对较快的数据通信领域，如电力抄表，无线POS机，工业数据传输，无线上网卡。
鉴于设计成本与功能上的要求，本系统采用BenQM22无线模块。
BenQM22特性如下：
z支持频段：
EGSM900/DCS1800/PCS1900MHZ
z符合ETSIGSMphase2+
z支持SIM接口：
＋3V
z工作电压3.2V～4.2V
z通讯功能：
支持GSM语音，数据，传真，短消息及GPRS数据传输等
z软件支持标准ATcommand（3GPP27.07/27.05）
z尺寸:
36.8x35.2x2.85（mm）
z48PINLCC封装
2.3系统设计方案总体框架图
2.4主要仪器设备
（1）SAMSUNGST2410ARM9开发板
（2）SHARPTFT_LCD液晶屏
（3）BenQM22GPRS模块
（4）神州行SIM卡
（5）GSM900/1800MHz吸盘天线
（6）BenQM22电路板
3系统硬件设计
3.1ARM硬件结构与外围电路
3.1.1SAMSUNGS3C2410概述
SAMSUNG公司推出的16/32位RISC处理器S3C2410A,为手持设备和一般类型应用提供了低价格、低功耗、高性能小型微处理器的解决方案。
为了降低整个系统的成本，S3C2410A提供了一下丰富的内部设备：
分开的16KB的指令Cache和16KB数据Cache,MMU虚拟存储器管理,LCD控制器，支持NANDFlash系统引导，系统管理（片选逻辑和SDRAM控制器），3通道UART，4通道DMA，4通
道PWM定时器，I/O端口，RTC，8通道10位ADC和触摸屏接口，IIC-BUS接口，USB主机，USB设备，SD主卡和MMC卡接口，2通道的SPI以及内部PLL时钟倍频器。
S3C2410A采用了ARM920T内核，0.18um工艺的CMOS标准宏单元和存储单元。
它的低功耗、精简和出色的全静态设计特别适用于对成本和功耗敏感的应用。
同样它还采用了一种叫做AdvancedMicrocontrollerBusArchitecture（AMBA）新型总线结构。
S3C2410的显著特性是它的CPU核心，是一个由AdvancedRISCMachines（ARM）有限公司设计的16/32位ARM920TRISC处理器。
ARM920T核由ARM9TDMI、存储管理单元（MMU）和高速缓存三部分组成。
其中，MMU可以管理虚拟内存。
ARM920T实现了MMU，AMBABUS和Harvard高速缓冲体系结构。
这一结构具有独立的16KB指令Cache和16KB数据Cache，每个都是由8字长的行构成。
ARM920T有两个内部协处理器：
CP14和CP15。
CP14用于调试控制，CP15用于存储系统控制以及测试控制。
在时钟方面S3C2410也有突出的特点，该芯片集成了一个具有日历功能的RTC和具有PLL（MPLL和UPLL）的芯片时钟发生器。
MPLL产生主时钟，能够使处理器工作频率高达203MHz。
这个频率能够使处理器轻松运行于WindowsCE、Linux等操作系统以及进行较为复杂的处理信息。
UPLL产生实现主从USB功能时钟。
S3C2410对于片内的各个部件采用了独立的电源供给方式：
（1）内核采用1.8V供电；
（2）存储单元采用3.3V独立供电；
（3）I/O采用独立3.3V供电
S3C2410的内部结构图如图3.1所示
图3.1S3C2410内部结构图
3.1.2ST2410开发板的硬件结构
本系统采用的是深圳优龙公司开发的基于SAMSUNGARM9的ST2410开发板。
该开发板的外围电路及功能如下所示：
z采用三星公司的S3C2410，主频可达203MHz；
z64M字节的SDRAM，由两片K4S561632组成，工作在32位模式下；
z64M字节NANDFlash，采用的是K9F1208，可以兼容16M，32M或128M字节；
z2M字节的NorFlash，采用的是SST39VF1601,工作在16位模式；
z10M以太网接口，采用的是CS8900Q3，带传输和连接指示灯；
zLCD和触摸屏接口;
z1个USBHOST，S3C2410内置的，符合USB1.1；
z一个USBDevice，S3C2410内置的，符合USB1.1;
z支持音频输入和音频输出，音频模块由S3C2410的IIS音频总线接口和UDA1341音频编码解码器组成，板上还集成了一个MIC，用于音频输入；
z2路UART串行口，波特率可高达115200bps，并具有RS232电平转换电路；
zSD卡接口，兼容SDMemoryCardProtocol1.0和SDIOCardProtocol1.0;
zEmbedded-ICE（20脚标准JTAG）接口和并口式JTAG接口，支持ADS，SDT
软件的下载和调试以及FLASH的烧写；
z串行EEPROM：
AT24C024KbytesEEPROM，IIC接口；
z蜂鸣器，4个LED灯；
z4个按键
z开关电源，分布式电源供电，3V锂电池，提供CPU内置RTC操持电源；
图3.2ST2410开发板实物图
3.1.3ST2410硬件资源分配
S3C2410将系统的存储空间分成8组（Bank），每组的大小是128MB，共1GB。
Bank0到Bank5的开始地址是固定的，用于ROM或SRAM。
Bank6和Bank7用于ROM、SRAM或SDRAM，这两个组可编程且大小相同。
Bank7的开始地址是Bank6的结束
地址，灵活可变。
所有内存块的访问周期都是可编程的。
S3C2410采用nGCS[7:
0]8
个通用片选信号选择这些组。
因此，S3C2410支持两种启动模式:
z从NANDFLASH启动
z从外部nGCS0片选的NORFLASH启动
所以在这两种启动模式下,各片选的存储空间分配是不同的,这两种启动模式的存储分配如图3.3所示:
图3.3存储空间分配图
a）图是nGCS0片选的NorFlash启动模式下的存储分配图；
b）图是NANDFLASH启动模式下的存储分配图；
说明：
SFRArea为特殊寄存器地址空间
在进行器件地址说明之前，有一个点需要注意，nGCS0片选的空间在不同的启动模式下，映射的器件是不一样的。
由下表可以知道：
z在NANDFLASH启动模式下，内部的4KBytesBootSRAM被映射到nGCS0片选的空间。
z在NorFlash启动模式（非NANDFLASH启动模式）下，与nGCS0相连的外
部存储器NorFlash就被映射到nGCS0片选的空间。
表3.1硬件地址分配表
地址范围
说明
片选信号
0x4800_0000~0x6000_0000
SFR（特殊寄存器）地址空间
0x4000_0000~0x4000_0FFF
NANDFLASH启动模式下，
该空间没有被使用
非NANDFLASH启动模式
下，该空间为BootSRam
0x3000_0000~0x3400_0000
SDRAM空间
nGCS6
0x1900_0300
CS8900的IO基址
nGCS3
0x0000_0000~0x0020_0000
BootRam的有效地址：
0x0000_0000~0x0000_0FFF
nGCS0
非NANDFLASH启动模式下，NorFlash的有效地址空间为：
3.1.4ST2410接口资源
表3.2跳线分配表
跳线名称
JP1（核心板）
决定S3C2410的启动模式
插上短路块从NandFlash中启动，默认不插上短路块从NorFlash中启动
表3.3核心板按键说明
按键名称
S1（Reset）（核心板）
复位按键，小按键
K1~K4按键
4键盘
表3.4底板接口说明
接口名称
T1（RJ45）
以太网接口（RJ45，带隔离器的）
UART1（J8）,UART3（J7）
串行口1，2
U10
红外线IrDA
SD_CARD（J1）
SD卡接口
J17
USBHOST接口
USB_DEVICE（J15）
USBDEVICE接口
J2
音频输出接口
J27
CCFL背光电源输出接口
J6
板子的电源接口
JP2
一些扩展口
JP1（LCDINTERFACE）
LCD和触摸屏接口
3.1.5ST2410的串口通讯
由于在本系统中ARM与PC机和M22模块都是通过串口进行通讯。
在此，我详细介绍一下S3C2410的串口资源。
串行通信是微计算机之间一种常见的近距离通信手段，因使用方便，编程简单而广泛使用，几乎所有的微控制器，PC都提供串行通信接口。
（1）串行通讯传输格式
图3.4串口的帧数据传输格式
z开始前，线路处于空闲状态，送出连续“1”。
传送开始时首先发一个“0”作为起始位，然后出现在通信线上的是字符的二进制编码数据。
z每个字符的数据位长可以约定为5位、6位、7位或8位，一般采用ASCII编
码。
后面是奇偶校验位，根据约定，用奇偶校验位将所传字符中为“1”的位数凑成奇数个或偶数个。
也可以约定不要奇偶校验，这样就取消奇偶校验位。
z最后是表示停止位的“1”信号，这个停止位可以约定持续1位、1.5位或2位的时间宽度。
z至此一个字符传送完毕，线路又进入空闲，持续为“1”。
经过一段随机的时间后，下一个字符开始传送才又发出起始位。
z每一个数据位的宽度等于传送波特率的倒数。
微机异步串行通信中，常用的波特率为110，150，300，600，1200，2400，4800，9600等。
（2）电气特性
RS-232标准采用的接口是9芯或25芯的D型插头，常用的一般是9针插头
（DB-9），表3.5是DB9引脚说明：
表3.5DB9引脚说明
引脚名称
全称
FG
FrameGround
连到及其的接地线
TXD
TransmittedData
数据输出线
RXD
ReceivedData
数据输入线
RTS
RequesttoSend
要求发送数据
CTS
CleartoSend
回应对方发送的RTS的发送许可，告诉对方可以发送
DSR
DataSetReady
告知本机在待命状态
DTR
DataTerminalReady
告知数据终端处于待命状态
CD
CarrierDetect
载波检出，用以确认是否收到Modem的载波
SG
SignalGround
信号线的接地线（严格的说是信号线的零标准线）
图3.5DB9引脚实物图
要完成基本的通信功能，实际上只需要RXD，TXD，GND即可，但是由于BenQ的M22通讯模块需要握手信号（RTS和CTS），所以在本系统中至少要接5根线。
同时又由于RS-232-C标准所定义的高，低电平信号与S3C210X系统的LVTTL电路定义的高，低电平信号完全不同，LVTTL的标准逻辑“1”对应2V~3.3V电平，标准逻辑“0”对应0V~0.4V电平，而RS-232-C标准采用负逻辑方式，标准逻辑“1”对应-5V~-15V电平，标准逻辑“0”对应+5V~+15V。
显然，两者间要进行通信，必须经过电平的转换，转换芯片采用的MAX232。
电路原理图见图3.6：
图3.6串口连接电路图
其中J8串口负责与BenQM22通讯，J7串口负责与PC机通讯。
（3）S3C2410的UART操作
S3C2410的UART（通用异步串行口）单元提供三个独立的异步串行I/O端口，每个都可以在中断和DMA两种模式下进行。
它们支持最高波特率115.2Kbps。
每个UART通道包含2个16位FIFO分别提供给接收和发送。
S3C2410X的UART可以进行以下参数的设置：
可编程的波特率，红外收/发模式，1或2个停止位，5位，6位，7位或8位数据宽度和奇偶位校验。
1）发送数据
数据发送帧的格
升级会员 