盧 倩

鹽城工學(xué)院機械工程學(xué)院，江蘇鹽城 224051

0 引言

目前，嵌入式系統(tǒng)的各種成熟的產(chǎn)品都已經(jīng)廣泛應(yīng)用于家電、通信、工業(yè)控制等領(lǐng)域。目前，應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域諸如信息電器、移動計算設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、工控、仿真、醫(yī)療儀器等。此外，隨著Internet用戶的不斷增多，嵌入式系統(tǒng)今后的發(fā)展無疑要面向系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。隨著數(shù)字化通信，數(shù)字化家電和控制領(lǐng)域等巨大需求的牽引下，嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展如火如荼，伴隨著集成程度的不斷提高，嵌入式系統(tǒng)已愈加趨于智能化，開發(fā)嵌入式智能系統(tǒng)必然是未來嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的方向。

本論文主要針對目前研究廣泛的局域網(wǎng)無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，利用嵌入式技術(shù)進行系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計，以期實現(xiàn)無線局域網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸，并以此和廣大同行分享。

1 局域網(wǎng)無線傳輸嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

該系統(tǒng)為一個時分信道的局域無線通信系統(tǒng)，由若干終端（公共信息終端機）和一個中心站（公共信息服務(wù)器）組成。每個終端只與中心站進行點與點通信。

中心服務(wù)器可以采用性能較高的32位CPU/MPU，可以使用鍵盤輸入和LCD接口；有豐富的I/O資源，比如USB，Ethernet接口。用戶可以通過TCP/IP和別的主機或Internet聯(lián)網(wǎng)。中心服務(wù)器具備較大的信道容量，并且有良好的擴充性。中心服務(wù)器的發(fā)射功率，靈敏度，通信速率與無線收發(fā)模塊有關(guān)。用戶終端采用智能電源管理技術(shù)，具備較低的功耗和較小的體積。系統(tǒng)的框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖

在本系統(tǒng)實際應(yīng)用中，無線終端對處理速度有嚴格的需求，僅靠單DSP系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)超大運算量的要求，尤其是在運算量大，處理復(fù)雜，數(shù)據(jù)吞吐量也很大的情況，必須采用實時性強、精度高和具備高數(shù)據(jù)吞吐量連接網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模并行處理系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中采用DSP并行處理系統(tǒng)來實現(xiàn)。它是一種可重構(gòu)的、可擴展的通用系統(tǒng)，一方面，可以通過靈活的軟件編程來適應(yīng)處理問題的變化和算法的發(fā)展；另一方面， 可以通過簡單的硬件擴展來適應(yīng)處理規(guī)模的變化。

1.2 并行DSP處理系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

目前的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，許多并行處理系統(tǒng)采用共享總線來實現(xiàn)一種共享存儲器通信機制。這種共享存儲器通信機制雖然仍被用來實現(xiàn)處理器間的數(shù)據(jù)傳輸，但是卻已經(jīng)慢慢顯露出它的不足。只要系統(tǒng)中處理器的數(shù)目不是太多，整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量不會受到太大的影響。然而，今天的大多數(shù)處理器（如SHARC）都是單周期機制，即對存儲器的存取都發(fā)生在一個時鐘周期，這樣，處理器都連接到一個共享存儲器的系統(tǒng)中，勢必存在著總線競爭問題，存儲器的數(shù)據(jù)吞吐量受到很大的影響。

為了解決上述問題，在本論文中，通過一種稱為“初級/次級”總線網(wǎng)絡(luò)的思想可以緩解這種總線競爭。在該系統(tǒng)中，先由一個背板總線作為初級總線體系，DMA控制器及FIFO構(gòu)成的橋接電路使初級總線和次級總線彼此分離，每個次級總線都與系統(tǒng)中的一部分DSP處理器及存儲器相連，這部分DSP之間通過次級總線形成相鄰的模式，彼此通信只需要通過次級總線，不用影響初級總線和其他次級總線，從而緩解了對共享總線的競爭。在該并行處理系統(tǒng)中，位于初級總線上的某個處理器發(fā)起一次數(shù)據(jù)傳輸操作，這里假定初級總線和次級總線的數(shù)據(jù)吞吐量是不同的，橋接電路起到了數(shù)據(jù)緩沖的作用。

2 嵌入式系統(tǒng)軟件的設(shè)計

由于該局域網(wǎng)無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采用uClinux 操作系統(tǒng)管理系統(tǒng)的資源，相對于傳統(tǒng)的單片機，更類似一臺微型計算機系統(tǒng)，具有更強的性能和不同于傳統(tǒng)單片機的軟件設(shè)計方法，其軟件結(jié)構(gòu)包括加載程序、uClinux內(nèi)核、系統(tǒng)調(diào)用接口和應(yīng)用程序。

加載程序負責(zé)在加電后對微處理器進行必要的硬件設(shè)置，初始化內(nèi)存，并把uClinux 內(nèi)核映像從Flash 中復(fù)制到內(nèi)存，把控制權(quán)交給內(nèi)核，使內(nèi)核運行，最終使應(yīng)用程序運行。uClinux內(nèi)核作為應(yīng)用程序控制系統(tǒng)硬件的接口，提供應(yīng)用程序?qū)τ布拈g接訪問，在具體設(shè)計中，對微處理器中內(nèi)置A/D 轉(zhuǎn)換器的操作、對鍵盤的操作以及對LCD的操作由在uClinux下編寫的設(shè)備驅(qū)動程序完成，這些驅(qū)動被編譯進uClinux 的內(nèi)核。

基于μClinux應(yīng)用系統(tǒng)工作時，首先對CPU初始化，接著進行操作系統(tǒng)初始化，主要任務(wù)控制塊初始化（TCB），TCB優(yōu)先級表初始化；空任務(wù)的創(chuàng)建；新任務(wù)創(chuàng)建，并可在新創(chuàng)建的任務(wù)中在創(chuàng)建其他的新任務(wù)，最后調(diào)用OSSTART（）函數(shù)啟動多任務(wù)調(diào)度。

3 結(jié)論

本文對嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)進行了初步的探索，設(shè)計了一種運用DSP和嵌入式實時操作系統(tǒng)中移植的方法來實現(xiàn)的局域無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以應(yīng)用在電力監(jiān)控、電力抄表、導(dǎo)盲、氣象監(jiān)測、工業(yè)控制、金融無線交易系統(tǒng)、交通圖像實時監(jiān)控系統(tǒng)、煤礦安全系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域，具有較強的實用價值，因而是值得推廣的，同時這些研究也為后續(xù)的研究工作打下了必要的基礎(chǔ)。

[1]唐偉，張建波，范文賓.基于GPRS技術(shù)的遠程抄表系統(tǒng)設(shè)計[J].電力系統(tǒng)通信，2004(11)：38-40.

[2]何小慶.嵌入式實時操作系統(tǒng)的現(xiàn)狀和未來[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2001(3)：9-11.

[3]王田苗.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā)——基于ARM微處理器與μC/OS-II實時操作系統(tǒng)[M].2版.北京：清華大學(xué)出版社，2003.