摘 要：對(duì)當(dāng)前無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和嵌入式計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了分析，主要介紹了第四代移動(dòng)通信后備技術(shù)（4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" 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title="4G-Ready">4G-Ready，4rd-generation Ready）,、無(wú)線(xiàn)相容性認(rèn)證（Wi-Fi，Wireless-Fidely）,、藍(lán)牙（Bluetooth）及全球定位系統(tǒng)（GPS,，Global Positioning System）等無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)和基于（ARM，Advanced RISC Machines）內(nèi)核的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù),，對(duì)構(gòu)建Wi-Fi 無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境分別進(jìn)行原理介紹和應(yīng)用分析,，在此基礎(chǔ)上從硬件集成和軟件開(kāi)發(fā)2 個(gè)方面介紹了無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。最后,，根據(jù)基于4G-Ready 與Wi-Fi 的嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn),，分析了無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的廣闊發(fā)展前景。

　　0 引言

　　4G-Ready 作為未來(lái)4G 移動(dòng)通信關(guān)鍵預(yù)備技術(shù)的一個(gè)領(lǐng)域,，在構(gòu)建無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中具有重要應(yīng)用前景,。其中，將4G-Ready 與Wi-Fi 技術(shù),、Blutooth 藍(lán)牙技術(shù),、GPS 全球定位系統(tǒng)以及基于ARM 核的嵌入式技術(shù)進(jìn)行集成，以L(fǎng)inux-C,、Java 編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件系統(tǒng),，能夠構(gòu)成一個(gè)具有多種功能、技術(shù)性能優(yōu)越和先進(jìn)實(shí)用的嵌入式Wi-Fi 無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)終端系統(tǒng),，以滿(mǎn)足構(gòu)建城市智能交通管理,、市政環(huán)境保護(hù)監(jiān)控和風(fēng)景區(qū)信息管理等領(lǐng)域的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信應(yīng)用需求。

　　1 主要技術(shù)分析

　　下面對(duì)基于4G-Ready 與Wi-Fi 架構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用的主要技術(shù)予以分析。

　　1.1 無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)

　　1.1.1 4G-Ready 簡(jiǎn)介

　　4G-Ready 是針對(duì)目前正在發(fā)展中的4G 通信技術(shù)的描述,，目前國(guó)際上認(rèn)為4G 提供的數(shù)據(jù)傳輸速率一般為10~20Mb/s,，最大數(shù)據(jù)傳輸速率超過(guò)100 Mbit/s,，每個(gè)4G 信道會(huì)占有100 MHz 的頻譜,，具有寬網(wǎng)絡(luò)頻譜性能。

　　4G 應(yīng)具有多樣化通信功能,，包括訪(fǎng)問(wèn)Internet,、語(yǔ)音與數(shù)據(jù)通信、流媒體傳輸,、集成不同模式的無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò),、蜂窩信號(hào)、廣播電視到衛(wèi)星通信,，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶(hù)可以在多種標(biāo)準(zhǔn)間的自由漫游服務(wù)等,。

　　1.1.2 Wi-Fi 技術(shù)與聯(lián)網(wǎng)

　　Wi-Fi 的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（ IEEE， Institute of Electrical and ElectronicsEngineers）發(fā)布的IEEE 802.11,，包括IEEE 802.11a,、IEEE 802.11b 和IEEE 802.11g，其中常用的是IEEE 802.11g.

　　Wi-Fi 是一種短程無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù),，能夠在數(shù)百米范圍內(nèi)支持互聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)接入方式,。

　　1.1.3 藍(lán)牙技術(shù)簡(jiǎn)介

　　藍(lán)牙（Bluetooth）是一種短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，工作頻段為2.4 GHz,，屬于工業(yè),、科學(xué)和醫(yī)學(xué)頻段（ ISM ，Industrial Scientific Medical）,，其數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mb/s,，采用時(shí)分雙工傳輸方案，使用IEEE802.15 協(xié)議,。本文所述的嵌入式系統(tǒng)配置了Bluetooth 2.0 藍(lán)牙接口,，采集實(shí)時(shí)圖形、圖像和位置信息,。

　　1.1.4 GPS 無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)

　　GPS 由空間部分,、地面控制系統(tǒng)和用戶(hù)設(shè)備構(gòu)成，其中空間部分由均勻分布在地球上空的24 顆衛(wèi)星組成,。地面控制系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)站,、主控制站和地面天線(xiàn)組成。用戶(hù)設(shè)備一般指GPS 信號(hào)接收機(jī),。這里設(shè)計(jì)與分析的嵌入式系統(tǒng)采用分離結(jié)構(gòu)GPS 接收機(jī),。

　　1.2 嵌入式（Embedded Technology）技術(shù)

　　嵌入式系統(tǒng)由32 位字長(zhǎng)的微處理器、ROM 存儲(chǔ)器、RAM存儲(chǔ)器和信息I/O 接口等模塊和部件組成,，嵌入式Linux 操作系統(tǒng)存放在ROM 中,。

　　1.2.1 ARM 技術(shù)

　　ARM 核嵌入式微處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心，由英國(guó)ARM 公司設(shè)計(jì)（IP,，Intellectual Property core）內(nèi)核,，由各半導(dǎo)體公司設(shè)計(jì)為芯片產(chǎn)品，再由OEM 廠商形成嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品,。在當(dāng)前項(xiàng)目中采用的EP9302 系統(tǒng)是一個(gè)以ARM9內(nèi)核處理器為核心技術(shù)的嵌入式系統(tǒng),。

　　1.2.2 嵌入式Linux 操作系統(tǒng)

　　Linux 是一個(gè)自由免費(fèi)、開(kāi)放源代碼的操作系統(tǒng)軟件,，其軟件功能齊全,，具有完備的網(wǎng)絡(luò)功能，繼承了UNIX 的多用戶(hù),、多任務(wù),、支持多線(xiàn)程和多CPU 的技術(shù)。

　　當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)中使用的版本是嵌入式Linux 2.6.21,，支持內(nèi)核態(tài)搶占式調(diào)度,，調(diào)度周期為1 ms.

　　2 構(gòu)建技術(shù)開(kāi)發(fā)平臺(tái)

　　圖1 所示為基于局域網(wǎng)的嵌入式Linux 開(kāi)發(fā)平臺(tái)示意。

　　圖1 基于局域網(wǎng)的嵌入式Linux 開(kāi)發(fā)平臺(tái)

　　圖1 中的Linux 服務(wù)器作為嵌入式Linux 內(nèi)核編譯和應(yīng)用程序編譯的公共平臺(tái),，工作站（PC,，Personal Computer）為局域網(wǎng)內(nèi)一臺(tái)或多臺(tái)終端計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)在Windows 和Linux 之間的文件傳輸,。

　　嵌入式目標(biāo)系統(tǒng)通過(guò)串行接口與工作站連接,，應(yīng)用Windows 提供的“超級(jí)終端”功能；也可以通過(guò)以太網(wǎng)RJ45接口連接到局域網(wǎng)中,，實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)的FTP/NFS 服務(wù)器連接,。

　　3 系統(tǒng)集成與軟件編制

　　3.1 系統(tǒng)目標(biāo)

　　系統(tǒng)目標(biāo)是在4G-Ready 的框架上，構(gòu)建一個(gè)高速Wi-Fi無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò),，采集目標(biāo)對(duì)象的GPS 衛(wèi)星定位信息和現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像信息,，由所開(kāi)發(fā)的《Wi-Fi 無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)》予以分析和處理。

　　3.2 系統(tǒng)構(gòu)成

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括搭建Wi-Fi 無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),、多層架構(gòu)軟件和嵌入式Linux-C 程序運(yùn)行平臺(tái),。

　　項(xiàng)目的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D2 所示，Wi-Fi 為采用CSMA/CA的訪(fǎng)問(wèn)機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,；AP 為無(wú)線(xiàn)LAN 接入端點(diǎn)設(shè)備,；Bridge是工作在數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)橋，功能是連接2 個(gè)局域網(wǎng)（LAN）,。

　　Switch 為網(wǎng)絡(luò)交換機(jī),，功能是構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)交換,。

　　圖2 項(xiàng)目系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽?/p>

　　項(xiàng)目系統(tǒng)包括ARM9 內(nèi)核的嵌入式系統(tǒng)模板、GPS 衛(wèi)星定位信息接收設(shè)備和Bluetooth 適配器,，完成GPS 與ARM 嵌入式系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)通信工作,；IP Camera 為IP 地址接入型微型數(shù)碼攝像機(jī)。

　　　3.3 系統(tǒng)硬件組成

　　3.3.1 EP9302 嵌入式系統(tǒng)技術(shù)性能和配置

　　EP9302 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3 所示,，項(xiàng)目使用的EP9302嵌入式模板上配置有200 MHz 的ARM920T 處理器,，配置的I/O 接口包括10/100 Mb/s 以太網(wǎng)控制器、2 路UART/2 路USB2.0 /紅外接口,、5 通道ADC 接口,、串行外圍接口（SPI）、2 通道串行音頻接口（I2S）和AC‘97 接口等,。

　　圖3 EP9302 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　3.3.2 Bluetooth適配器技術(shù)性能與配置

　　項(xiàng)目采用LM048 藍(lán)牙RS-232 串口適配器進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)連接。LM048 主要技術(shù)性能是：使用頻率為2.4~2.4835GHz,，波特率設(shè)置支持8~230.4 Kb/s,，以點(diǎn)-點(diǎn)方式通信，使用TxD,， RxD,， GND， CTS,， 和RTS 信號(hào)連接,。

　　3.3.3 AP 和Bridge 技術(shù)性能與配置

　　項(xiàng)目采用BUFFALO AirStation WLA-G54C無(wú)線(xiàn)AP+中繼橋接器，這是建立無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)備,，具有安全性機(jī)制,，支持Wi-Fi Protected Access（WPA）、AES,、802.1×和WEP.AirStation 54 Mb/s 支持無(wú)線(xiàn)分布系統(tǒng)（WDS）或者點(diǎn)對(duì)點(diǎn),、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信方式。另外,，該產(chǎn)品還支持外置的2.4 GHz 天線(xiàn),，可以擴(kuò)展傳輸范圍。

　　3.3.4 IP cameral 技術(shù)性能與配置

　　IP 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)是一種多媒體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用設(shè)備,，使用Web頁(yè)面配置和管理圖像,，在10 M 或100 M 網(wǎng)絡(luò)上以30 幀/秒的速度傳輸圖片，并以 MPEG-4/MJPEG 格式生成高質(zhì)量的圖像,。

　　3.4 系統(tǒng)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)

　　3.4.1 RS-232 異步串行通信接口程序設(shè)計(jì)

　　串口操作的程序流程包括設(shè)置串口編程相關(guān)頭文件,、打開(kāi)串口、設(shè)置串口,、設(shè)置波特率和設(shè)置校驗(yàn)位等模塊編制工作,。串口應(yīng)用編程包括系統(tǒng)初始化,、配置系統(tǒng)時(shí)鐘和總線(xiàn)時(shí)鐘，通過(guò)函數(shù)ChangMPIIValue 配置系統(tǒng)主時(shí)鐘,、函數(shù)ChangClockDivider 配置總線(xiàn)時(shí)鐘,，函數(shù)ChangMPIIValue 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。

　　3.4.2 嵌入式系統(tǒng)和PC 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口程序設(shè)計(jì)

　　網(wǎng)絡(luò)編程包括ARM EP9302 嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口程序設(shè)計(jì)和PC 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口程序設(shè)計(jì),。

　?、貯RM EP9302 嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口程序設(shè)計(jì)：網(wǎng)絡(luò)接口應(yīng)用編程包括嵌入式系統(tǒng)初始化、預(yù)定義程序參數(shù),、聲明與打開(kāi)Socket,、監(jiān)聽(tīng)異地結(jié)點(diǎn)IP 地址信息、套接Socket,、發(fā)送數(shù)據(jù)包和關(guān)閉Socket 等,。

　　②PC 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口程序設(shè)計(jì)：系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理服務(wù)器選用PC 計(jì)算機(jī),，安裝Windows/XP 操作系統(tǒng),，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)需要在這個(gè)平臺(tái)上應(yīng)用Socket 接口技術(shù)，采用Java 語(yǔ)言完成網(wǎng)絡(luò)編程,。圖4 是PC 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口程序,。

　　圖4 PC 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口程序

 　　3.4.3 JSP 應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

　　在JSP 動(dòng)態(tài)頁(yè)面程序中，匯聚HTML 程序,、Java 代碼,、JavaScript 腳本語(yǔ)言等Web 軟件編程技術(shù)。JSP 應(yīng)用程序在Web 環(huán)境運(yùn)行,，項(xiàng)目所建的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)平臺(tái)支持了項(xiàng)目JSP 應(yīng)用程序的運(yùn)行,。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　基于4G-Ready 與Wi-Fi 技術(shù)設(shè)計(jì)的嵌入式數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)采用了高速的無(wú)線(xiàn)通信和網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)［8］、B/S 架構(gòu)和嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù),，具有數(shù)據(jù)及視頻信息采集與傳輸功能和較高的可靠性和擴(kuò)展性,。