基于嵌入式技术的移动通信系统设计

时间：2024-04-25

徐安华邓何勤吴奇陈建华

中国移动通信集团设计院有限公司四川分公司四川成都 610041

嵌入式系统选取微控制器（MCU）作为核心的计算机系统，得以广泛用于通信、工业控制等方面。随着互联网的推广应用，规定嵌入式终端设备和互联网进行连接，确保信息能够共享并完成远程控制工作。现阶段，嵌入式设备已经进入以互联网为标准的发展，这也是研究的热点问题之一。

1 嵌入式技术概述

嵌入式系统具有鲜明的特点，主要包含高效性、简洁性等，对于不同的应用场合，由不同的功能构成。嵌入式系统属于高效率、简洁的计算机系统，其工作原理在于以应用为核心，利用计算机技术的辅助，将其嵌入至受控器件内部。嵌入式系统通常只是针对某项特殊任务开展工作，设计人员通过对其优化设计，从而降低其使用成本。嵌入式系统就是面向用户、产品及应用，必须与应用相互结合，方可充分发挥其优势。嵌入式系统和通用型计算机系统不同之处如下：嵌入式系统一般是面向特定的应用，其CPU 展现出低功耗、集成度高等优点，嵌入式CPU 能有效提升移动通信系统的工作效率。嵌入式系统所用技术包含电子技术、半导体技术等，它成为与社会中各种应用相互结合的产物，以此构成综合化、高度分散的知识集成系统。嵌入式系统结构还有一个特点是系统软件固化于存储器芯片或者单片机内，并未放在磁盘等载体内，有利于提升系统的执行速率及可靠性。嵌入式系统利用可裁剪软硬件，在同一块硅片上系统性能得到提升[1]。

2 系统硬件设计

2.1MCU 芯片

MCU（Micro Control Unit）芯片作为嵌入式系统进行控制的中心，包含8 位、32 位处理器，并把低能耗等指标考虑在内，见图1。

本次研究挑选PIC18F452 芯片当作MCU，其特性见表1。PIC18F452 作为不包含操作系统的8 位低端控制器芯片，其具有设计简单、操作精炼等优点。此外，该芯片配置两级流水线，设定运行频率为10MIPS，满足小型系统对于实时性的需求。PIC 芯片利用哈弗结构，内存为32KB，指令总线、数据总线宽度分别为16线、8 位，拥有比较丰富的中断资源。PIC18F452 芯片设计相应的外围模块，便于电路设计工作的简化。此外，PIC18F452 系列芯片中的精简指令有77 条，显示出较高的执行效率。

2.2GPRS 通信

通用无线分组业务（General Packet Radio Service，GPRS）通信模块是保障无线通信顺利实现的重要设备，它可以为MCU 芯片与互联网相连提供与之对应的链路。GPRS 网络模型见图2。GPRS 从一个发送实体和一个或者多数接收实体之间提供数据传送能力，上述实体可为移动用户或者终端设备，后者被连接至相应的GPRS 网络或外部数据网络。

2.3 移动终端设计

根据图3 可知，由于MCU 芯片I/O 口必须利用电平转换方可与GPRS 模块串口进行连接，因此，在MCU 与GPRS 模块间增设MAX232 模块实现电平转换。GPRS 模块利用MAX232 与8 位MCU 串口进行连接，借助驱动GPRS 模块完成一系列工作，并建立无线网络数据链路。同时，MCU 利用串口对外围工作单元进行控制，包含A/D 转换器、LCD 等。

3 网络协议栈设计

TCP/IP 协议栈的顺利实现是确保嵌入式终端和互联网实施连接的基础。MCU 利用软件促使TCP/IP 协议栈，网络接口层采用点对点协议的方法，在此基础上完成高层协议[2]。

3.1 嵌入式网络协议栈

在研究传统TCP/IP 协议分层模型思想后，本次研究在分析系统需求、应用环境等内容基础上，对协议子集进行有目的的取舍，设计借助GPRS 通信的TCP/IP 协议栈，如图4 所示。在这一协议栈内，网络接口通过驱动GPRS 通信建立与网络之间的PPP 链路，网络层主要由IP 模块、ICMP 模块组成，传输层则包含TCP，UDP 模块。