基于嵌入式系統的手機編程開(kāi)發(fā)平臺

引 言

隨著(zhù)移動(dòng)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，手機已經(jīng)從單一的電話(huà)通信設備轉變?yōu)樾畔⒕W(wǎng)絡(luò )終端，因此，近年來(lái)手機編程已經(jīng)成為一項重要的技術(shù)。手機是一個(gè)高新技術(shù)的集合體，包含了移動(dòng)終端、嵌入式系統、數字信號處理以及通信協(xié)議設置等多項技術(shù)。手機編程開(kāi)發(fā)平臺是集合了通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)、電子技術(shù)、軟件工程、操作系統等理論的軟硬件的教學(xué)與研究開(kāi)發(fā)平臺。在這個(gè)開(kāi)發(fā)平臺上開(kāi)發(fā)相應的程序，可以掌握嵌入式系統設計的流程與方法;可以根據使用者的需求，設計并實(shí)現手機的基本功能和擴展功能。

1 手機編程開(kāi)發(fā)平臺總體結構

作為專(zhuān)業(yè)技術(shù)課程，手機編程技術(shù)的教學(xué)內容包括系統設置、操作系統使用以及應用軟件開(kāi)發(fā)，因此，手機編程平臺必須支持各項教學(xué)內容。另外，作為教學(xué)儀器，不僅需要滿(mǎn)足全部工程編程測試等技術(shù)環(huán)節的學(xué)習要求，同時(shí)，還必須具有系統靈活、調試方便等特點(diǎn)。因此，手機編程開(kāi)發(fā)平臺硬件的設計應滿(mǎn)足以下要求：支持移動(dòng)公網(wǎng)通信功能，支持嵌入式設計基本功能，支持擴展操作功能，支持結構調整，支持數字測試。

根據上述要求，把手機編程系統設計劃分為硬件平臺和軟件平臺：硬件平臺采用了功能模塊化設計思想，有利于系統硬件的擴充與更改。基于模塊化的設計中，把手機的硬件部分劃分為通信單元模塊、嵌入式系統模塊、音頻輸入/輸出模塊和電源模塊。各模塊在結構與功能上完全獨立，且采用統一的接口規范，使各模塊能簡(jiǎn)單方便地連接到一起，構成完整的手機編程硬件平臺。

考慮到降低開(kāi)發(fā)成本以及移植與編程難度等因素，軟件開(kāi)發(fā)平臺用嵌入式Linux操作系統作為開(kāi)發(fā)平臺，包括Bootloader的設計、Linux操作系統移植、相關(guān)的驅動(dòng)程序編寫(xiě)、GUI移植等。

軟件和硬件平臺相結合，形成了硬件開(kāi)放、源碼公開(kāi)、滿(mǎn)足手機編程開(kāi)發(fā)需要的系統。這個(gè)系統是嵌入式系統、GSM/CDMA、操作系統、GUI等技術(shù)的綜合技術(shù)體，構建了一個(gè)完整的、開(kāi)放的手機編程平臺。

2 手機編程開(kāi)發(fā)平臺硬件結構

手機編程平臺系統中，需要處理的數據有兩大類(lèi)：通信數據以及應用程序的數據。這里采用了雙處理器的解決方案，如圖1所示。

①公網(wǎng)通信模塊。利用一個(gè)微處理器(專(zhuān)用單片機)系統構成通信電路模塊，專(zhuān)門(mén)處理與GSM/CDMA通信相關(guān)的任務(wù)。

②應用程序處理模塊。利用嵌入式系統構成本地任務(wù)處理模塊，用來(lái)運行操作系統及其他應用程序。

2.1 公網(wǎng)通信模塊

公網(wǎng)通信模塊如圖2所示，采用市場(chǎng)上可購買(mǎi)到的手機模塊實(shí)現。以GSM公網(wǎng)通信模塊為例，手機模塊中包括天線(xiàn)、內部Flash、SDRAM、GSM基帶處理器、電源等。GSM基帶處理器是手機模塊的核心部件，其作用相當于一個(gè)協(xié)議處理器，用來(lái)處理外部系統通過(guò)串口發(fā)送過(guò)來(lái)的AT指令。天線(xiàn)部分用來(lái)實(shí)現射頻信號發(fā)射一接收、調制一解調，以及射頻信號與基帶處理器之間的信號轉換。匹配電源為處理器及射頻部分提供所需的電源。

2.2 應用程序處理模塊

應用程序處理模塊用來(lái)實(shí)現手機控制和操作的全部功能。本應用處理器模塊以S3C2410構成的ARM9嵌入式微處理器系統為核心。應用程序處理模塊包括嵌入式微處理器單元、音頻輸入輸出電路單元和電源單元，如圖3所示。

圖3中，嵌入式微處理器系統模塊具有如下技術(shù)特點(diǎn)：CPU為Samsung S3C2410X，200 MHz主頻;2 MBNOR Flash，64 MB NAND Flash;64 MB SDRAM，由2片K4S561632組成，工作在32位模式下;3.5 in的TFT顯示屏，320×240像素;USB1.1標準Client接口，10M以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )接口，20針JTAG調試接口。

2.3 手機開(kāi)發(fā)硬件系統

在手機編程開(kāi)發(fā)系統中，硬件系統平臺與PC機相連接，把PC機作為程序開(kāi)發(fā)平臺，手機硬件系統平臺作為嵌入式目標系統。作為開(kāi)發(fā)系統，手機開(kāi)發(fā)硬件平臺的安裝比較簡(jiǎn)單，如圖4所示。將JTAG電纜插入嵌入式系統單元的JTAG接口，另一端連接PC機并口，就完成了手機編程系統的硬件平臺連接。根據開(kāi)發(fā)的需要，可用串口線(xiàn)連接PC機串口與手機編程系統的硬件平臺串口。所開(kāi)發(fā)的手機應用程序可以在手機硬件平臺系統的嵌入式系統上獨立運行，同時(shí)程序處理模塊還可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )接口直接用于網(wǎng)絡(luò )通信。

3 手機編程實(shí)驗臺軟件平臺的構建

手機編程實(shí)驗臺軟件平臺包括Bootloader、嵌入式 Linuxkernel、GUI QT和用戶(hù)驅動(dòng)程序4個(gè)部分，Bootloader如圖5所示。代碼(即啟動(dòng)代碼)是處理器復位后進(jìn)入操作系統之前執行的一段代碼，主要是為運行操作系統提供基本的運行環(huán)境，如初始化CPU和堆棧、初始化存儲器系統等。

軟件平臺的邏輯操作如圖6所示。

4 手機編程開(kāi)發(fā)平臺應用程序設計

作為基本技術(shù)學(xué)習的內容，該基本的手機編程應用程序主要是基于ARM的應用處理模塊與GSM模塊，來(lái)實(shí)現相互通信的無(wú)線(xiàn)數據傳輸，包括應用AT指令集的 GSM模塊數據讀寫(xiě)子程序、鍵盤(pán)控制處理子程序、LCD顯示子程序等。此外，還提供了一個(gè)手機撥號及收發(fā)短信的程序。

(1)主程序流程主程序的流程如圖7所示。首先對輸入參數進(jìn)行檢查，完成對手機通信模塊的串口波特率的設置，同時(shí)對串口通信其他的一些屬性進(jìn)行設置，從而保證手機通信模塊與GSM模塊的正確通信。初始化結束后，就可以建立鍵盤(pán)控制與讀GSM模塊子函數，此過(guò)程需要嵌入式Linux操作系統庫函數的支持。最后，主函數處于等待外部中斷請求的狀態(tài)中。外部中斷請求分別來(lái)自鍵盤(pán)輸入和外部呼叫。