隨著科技的發(fā)展，人類生活節(jié)奏的加快,，信息在生活中的地位日益重要,，如何方便快捷并及時有效地獲取信息成為現(xiàn)代信息處理中的關(guān)鍵問題。在這種需求下,，中國移動GPRS業(yè)務(wù)及時地投人運營,，無線數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用越來越廣泛。相對原來GSM的撥號方式的電路交換數(shù)據(jù)傳送方式.GPRS是分組交換技術(shù)，具有實時在線,、按量計費,、快捷登錄，高速傳輸,、自如切換的優(yōu)點,。GPRS采用分組交換的技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸速率最高理論值能達(dá)171.2 kb/s,。電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率為9.6 kb/s,，因此GPRS在傳輸速度方面具有無與倫比的優(yōu)勢。更由于其本身就是一個分組數(shù)據(jù)網(wǎng),，支持TCP/IP協(xié)議,，無需經(jīng)過PSTN等網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)接，可直接與Internet網(wǎng)絡(luò)連接,，因此GPRS在信息處理方面的優(yōu)勢是不可比擬的,。
為了滿足GPRS數(shù)據(jù)終端的低成本、小型化和移動靈活等要求,，采用ARM9芯片S3c2410a對GPRS數(shù)據(jù)終端進(jìn)行控制,。本文在S3C2410a中移植的是Linux操作系統(tǒng)，通過Linux操作系統(tǒng)可方便快捷地進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和網(wǎng)絡(luò)終端的控制,；同時改善了系統(tǒng)性能,，提高了系統(tǒng)可靠性，并使系統(tǒng)的擴(kuò)展和開發(fā)性能進(jìn)一步得到提高,。
1 GPRS技術(shù)
1.1 GPRS工作原理
GPRS的英文全稱是General Packet Radio Service,，譯作“通用分組無線服務(wù)”，它是利用“包交換”(Packet-Switched)的概念發(fā)展起來的一套無線傳輸方式,。所謂“包交換”就是將Data封裝成許多獨立的封包,，再將這些封包一一傳送出去，形式上有點類似郵局中的寄包裹,。其作用在于只有當(dāng)有資料需要傳送時才會占用頻寬,，而且可以以傳輸?shù)馁Y料量計價，這對廣大用戶來說是較合理的計費方式,，因為像Interact這類的數(shù)據(jù)傳輸大多數(shù)的時間頻寬是閑置的,。
GPRS網(wǎng)絡(luò)是基于現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)的，在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)中需增加一些節(jié)點,，如GGSN(Gateway GPRS Supporting Node,，GPBS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點)和SGS(Serving GSN，GPRS服務(wù)支持節(jié)點),，GSN是GPRS網(wǎng)絡(luò)中最重要的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點,。GSN具有移動路由管理功能,，它可以連接各種類型的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，并可以連到GPRS寄存器,。GSN可以完成移動終端和各種數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳送和格式轉(zhuǎn)換,。GSN可以是一種類似于路由器的獨立設(shè)備，也可以與GSM中的MSC集成在一起,。
GSN有兩種類型：一種為SGSN(Serving GSN,，服務(wù)GSN)，另一種為GGSN(Gateway GSN,，網(wǎng)關(guān)GSN),。SGSN的主要作用是記錄移動終端的當(dāng)前位置信息，并且在移動終端和GGSN之間完成移動分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收,。GGSN主要是起網(wǎng)關(guān)作用,，它可以和多種不同的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接。如ISDN,。PSPDN和LAN等,。GGSN可以把GSM網(wǎng)中的GPRS分組數(shù)據(jù)包進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，從而可以把這些分組數(shù)據(jù)包傳送到遠(yuǎn)端的TCP/IP或X.25網(wǎng)絡(luò),。GPRS工作時,，通過路由管理來進(jìn)行尋址和建立數(shù)據(jù)連接，而GPRS的路由管理表現(xiàn)在以下3個方面：一是移動終端發(fā)送數(shù)據(jù)的路由建立,；二是移動終端接收數(shù)據(jù)的路由建立,；三是移動終端處于漫游時數(shù)據(jù)路由的建立。對于第一種情況,，當(dāng)移動終端產(chǎn)生了一個PDU分組數(shù)據(jù)單元，這個PDU經(jīng)過SNDC層處理,，稱為SNDC數(shù)據(jù)單元,，然后經(jīng)過LLC層處理為LLC幀，并通過空中接口送到GSM網(wǎng)絡(luò)中移動終端所處的SGSN,，SGSN把數(shù)據(jù)送到GGSN,，GGSN把收到的消息進(jìn)行解裝處理，轉(zhuǎn)換為可在公用數(shù)據(jù)網(wǎng)中傳送的格式(如PSPDN的PDU),，最終送給公用數(shù)據(jù)網(wǎng)的用戶,。為了提高傳輸效率，并保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，可以對空中接口上的?shù)據(jù)做壓縮和加密處理,。在第二種情況中，一個公用數(shù)據(jù)網(wǎng)用戶傳送數(shù)據(jù)到移動終端時,，首先通過數(shù)據(jù)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議建立數(shù)據(jù)網(wǎng)和GGSN之間的路由,。數(shù)據(jù)網(wǎng)用戶發(fā)出的數(shù)據(jù)單元(如PSPDN中的PDU),，通過建立好的路由把數(shù)據(jù)單元PDU送給GGSN。而GGSN再把PDU送給移動終端所在的SGSN上,，GSN把PDU封裝成SNDC數(shù)據(jù)單元,，再經(jīng)過LLC層處理為LLC幀單元，最終通過空中接口送給移動終端,。第三種情況是一個數(shù)據(jù)網(wǎng)用戶傳送數(shù)據(jù)給一個正在漫游的移動用戶,。這種情況下的數(shù)據(jù)傳送必須要經(jīng)過歸屬地的GGSN，然后送到用戶A端,。
1.2 GPRS的協(xié)議模型
Um接口是GSM的空中接口,。Um接口上的通信協(xié)議有5層，自下而上依次為物理層,、MAC (Media Access Control)層,、LLG(Logical LinkControl)層、SNDC層和網(wǎng)絡(luò)層,。Um接口的物理層為射頻接口部分,，而物理鏈路層則負(fù)責(zé)提供空中接口的各種邏輯信道。GSM空中接口的載頻帶寬為200 kHz,，一個載頻分為8個物理信道,。如果8個物理信道都分配為傳送GPRS數(shù)據(jù)，則原始數(shù)據(jù)速率可達(dá)200 kb/s,?？紤]前向糾錯碼的開銷，則最終的數(shù)據(jù)速率可達(dá)164 kb/s左右,。MAC為媒質(zhì)訪問控制層,。MAC的主要作用是定義和分配空中接口的GPRS邏輯信道，使得這些信道能被不同的移動終端共享,。LLG層為邏輯鏈路控制層,。它是一種基于高速數(shù)據(jù)鏈路規(guī)程HDLG的無線鏈路協(xié)議。SNDC被稱為子網(wǎng)依賴結(jié)合層,。它的主要作用是完成傳送數(shù)據(jù)的分組,、打包，確定TCP/IP地址和加密方式,。網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議目前主要是Phasel階段提供的TCP/IP和L25協(xié)議,。TCP/IP和X.25協(xié)議對于傳統(tǒng)的GSM網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(如：BSS，NSS等設(shè)備)是透明的,。
2 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計
2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
2.1.1 ARM9系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
ARM9系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)見圖1,。
2.1.2 GPRS傳輸設(shè)備
本文使用的GPRS傳輸設(shè)備是北京華榮匯通信設(shè)備有限公司開發(fā)的GR100型GPRS MODEM，采用了高性能內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧GPRS模塊,。
2.2 系統(tǒng)運作過程
(1)物理過程,。ARM利用AT指令通過GPRSModem撥號,，正確反饋及應(yīng)答后，一條物理通道即GPRS信道就在系統(tǒng)中的GPRS Modem和GPRS網(wǎng)絡(luò)之間建立起來,。
(2)數(shù)據(jù)過程,。PPP協(xié)議將原始的GPRS物理層連接改造成無差錯的數(shù)據(jù)鏈路，系統(tǒng)將遠(yuǎn)程登錄Internet,，并得到GPRS網(wǎng)關(guān)分配的IP地址,。
(3)網(wǎng)絡(luò)過程。采用IP協(xié)議作為網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議,。IP協(xié)議將接人Internet的具有不同IP地址的終端都聯(lián)系起來,。經(jīng)過IP路由選擇，可以實現(xiàn)系統(tǒng)與連在Internet上的任一IP終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,。
(4)傳輸過程,。選擇TCP作為傳輸層協(xié)議，為數(shù)據(jù)傳輸提供面向連接,，可靠服務(wù),。
3 軟件設(shè)計
3.1 嵌入式系統(tǒng)的引導(dǎo)代碼Bootloader
Bootloader(引導(dǎo)加載程序)是嵌入式系統(tǒng)加電后運行的第一段代碼，在PC中,，引導(dǎo)加載程序由BIOS和位于硬盤MBR中的操作系統(tǒng)引導(dǎo)加載程序一起組成的,。
Bootloader啟動大多數(shù)分為2個階段。第一階段主要包含依賴于CPU的體系結(jié)構(gòu)硬件初始化的代碼,，通常都用匯編語言來實現(xiàn),。這個階段任務(wù)有：基本的硬件設(shè)備初始化(屏蔽所有的中斷、關(guān)閉處理器內(nèi)部指令,，數(shù)據(jù)Cache等),；為第二階段準(zhǔn)備RAM空間；如果是從某個固態(tài)存儲媒質(zhì)中,，則復(fù)制Bootloader的第二階段代碼到RAM中,；設(shè)置堆棧；跳轉(zhuǎn)到第二階段的C程序入口點,。
第二階段通常用c語言完成，以便實現(xiàn)更復(fù)雜的功能,。這個階段任務(wù)有：初始化本階段要使用到的硬件設(shè)備,；檢測系統(tǒng)內(nèi)存映射；將內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像從Flash讀到RAM 為內(nèi)核設(shè)置啟動參數(shù),；調(diào)用內(nèi)核,。
在U-BOOT(在PPC-BOOT的基礎(chǔ)上進(jìn)化而來的一個開放源碼的嵌入式BOOTROM程序)中通過下面兩行代碼進(jìn)行兩個階段的工作交換：
Ldr pc,_start_armboot
_start_armboot:.word staxt_armboot
Bootloader調(diào)用Linux內(nèi)核的方法是直接跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核的第一指令處，在跳轉(zhuǎn)時必須滿足下列條件：CPU寄存器設(shè)置,。R0為O,；R1為機器類型ID,；R2為啟動參數(shù)，標(biāo)記列表在RAM中的起始基地址,，CPU模式,。必須禁止中斷(IRQs和VlQs)；CPU必須設(shè)置為SVC模式,。Cache和MMU的設(shè)置,。MMU必須關(guān)閉；指令Cache可以打開也可以關(guān)閉,；數(shù)據(jù)Cache必須關(guān)閉,。在編寫完Bootloader后，利用JTAG下載電纜.燒寫到Nor Flash中即可,。
3.2 配置和編譯Linux內(nèi)核
Linux內(nèi)核主要由5個子系統(tǒng)組成：進(jìn)程調(diào)度,、內(nèi)存管理、虛擬文件系統(tǒng),、網(wǎng)絡(luò)接口,、進(jìn)程間通信。
3.2.1 配置內(nèi)核
配置內(nèi)核的命令有make config;make oldcoafig;make menucoafig;make xconfig,。無論哪個命令都將產(chǎn)生config文件,，并在每一個c源文件中加上
3.2.2 編譯內(nèi)核
編譯內(nèi)核需要3個步驟,，分別是創(chuàng)建內(nèi)核依賴關(guān)系、創(chuàng)建內(nèi)核鏡像文件和創(chuàng)建內(nèi)核模塊,。執(zhí)行make up命令進(jìn)行編譯,。
生成內(nèi)核以后，接下來要做的是安裝它,。對每一個內(nèi)核配置來說,。要復(fù)制4個丈件：沒有壓縮的內(nèi)核鏡像(zlmage和bzlmage)、壓縮的內(nèi)核鏡像(vmlinux),、內(nèi)核符號映射文件(System.map)以及配置文件(config),。
最后用loader.exe燒寫zlmage 或bzImage 到Nor Flash 的0x00010000地址。
4 GPRS數(shù)據(jù)終端實現(xiàn)
GR100通過RS232接口與ARM9系統(tǒng)連接,，最終實現(xiàn)了基于ARM9芯片S3c2410a的GPRS數(shù)據(jù)終端,。該終端內(nèi)部已移植了Linux操作系統(tǒng)，可在該系統(tǒng)下自主開發(fā)軟件,，使其功能更加強大,，例如連接LCD，實現(xiàn)可視化操作等,。