基于ARM的GPRS通信系统设计与实现.doc

1、I 湖南文理学院芙蓉学院 课程设计报告 课程名称： 嵌入式系统课程设计 专业班级： 自动化 1001 班 学号： 40 学生姓名： 李志航 指导教师： 李建英 完成时间： 2013 年 7 月 1 日 报告成绩： 评阅意见： 评阅教师 日期 2013.7.5 II 芙蓉学院教学工作部制 摘 要 本文介绍了基于 S3C2410 的 GPRS 通信系统的设计与实现，包括硬件模块程序设计以及系统软件设计。硬件模块程 序包括 ADC、键盘、 LCD、 UART、 GPRS 等各功能模块控制程序的设计；系统软件包括数据采集子系统、数据中心子系统软件系统的设计，其中详细介绍了系统的数据流图分析、程序结构设

2、计过程。本文还简单介绍了 GPRS 传输控制协议、 SMS 编解码过程。最后还简单介绍了本系统的系统测试方法、测试过程以及测试结果。 关键词： S3C2410, GPRS, SMS III Abstract This article mainly introduces the design and implement of the GPRS communication system depend on S3C2410, including the design of program on each module, the system software design. The each mod

3、ules program include ADC, Key-Board, LCD, UART,GPRS, and so on. The system software includes Software-System of the data acquisition subsystem and the data central subsystem. This article also simply introduce the GPRS transmission control protocol, the procedure of encode & decode of SMS and so no.

4、 Finally, The article also simply introduced this systems system test method, the test procedure as well as the test result. Key words： S3C2410, GPRS, SMS IV 目录 一 绪论 . 1 1.1 系统开发平台简介 . 1 1.1.1 Embest EDUKIT-III 开发板 . 1 1.1.2 Vision3 集成开发环境 . 1 1.2 系统网络结构与规程简介 . 2 1.2.1 GPRS 网络结构 . 2 1.2.2 GPRS 协议栈 .

5、 3 1.3 系统数据包编解码技术简单说明 . 3 1.3.1 PPP 数据帧的编码与解码 . 4 1.3.2 SMS 数据包编码与解码 . 4 二 硬件平台简单说明 . 6 2.1 硬件系统结构图 . 6 2.2 系统电路原理图 . 7 三 各模块程序设计 . 7 3.1 异步串口通信控制程序 . 7 3.2 LCD 显示控制程序 . 8 3.3 键盘控制程序 . 8 3.4 ADC 数据采集控制程序 . 9 四 系统软件设计 . 9 4.1 系统数据流图分析 . 10 4.1.1 数据采集子系统数据流图分析 . 11 4.1.2 数据中心子系统数据流图分析 . 12 4.2 系统程序结构设

6、计 . 13 4.2.1 数据采集子系统程序结构设计 . 13 4.2.2 数据中心子系统程序结构设计 . 15 五 系统测试 . 18 5.1 数据采集子系统系统测试 . 18 5.2 数据中心子系统系统测试 . 19 六 结论 . 22 七 致谢 . 23 八 参考文献 . 24 九 附录 . 25 1 题目名 基于 ARM 和 GPRS 的无线数据通信系统设计 一 绪论 随着网络应用的迅速普及，消费电子、计算机、通信一体化趋势日趋明显，嵌入式系统已成为研究与应用的热点。 GPRS 技术基于 TDMA 方式的 GSM 系统实现，是在 GSM 网路技术上发展起来的系统，它充分利用了 GSM

7、系统的无线结构，通过进一步在 GSM 网络中增加数据设备提供高速数据应用，从而保证采用 GSM 系统实现从 2G 到 2.5G 的平滑过渡，实现从电路方式业务到话音 /分组方式业务的转变。 1.1 系统开发平台简介 1.1.1 Embest EDUKIT-III开发板 Embest Edukit-III 是深圳英蓓特公司开发的一款全功能 ARM 开发板，兼容ARM7、 ARM9、 XScale、 和 DSP，覆盖了高底端嵌入式教学，在标准配置下提供两套 CPU 子板： S3C44B0X 和 S3C2410X。 CPU 子板都可以自由插拔，使一套实 验系统变为多套。 S3C2410 是一种先进的

8、嵌入式处理器，采用 ARM920T 内核，频率可达 200MHz。基于 ARM9 的教学实验系统（采用 S3C2410X 芯片）可以实现高端ARM 嵌入式教学，主要包括扩展接口实验、 Linux 操作系统实验和 WinCE 操作系统实验。 Embest Edukit-III 采用独特的模块划分，资源丰富，包括 LCD 及触摸屏、 5*4 键盘、串口、以太网口、 USB 口、音频输出、 Flash 和 SDRAM 等等，并提供 GPRS、 DSP 扩展模块以及数据外部扩展焊接板 1。 1.1.2 Vision3 集成开 发环境 Vision3 是一个基于窗口的软件开发平台，它集成了功能强大的编辑

9、器、工程管理器以及 make 工具。 Vision3 集成的工具包括 C编译器、宏汇编器、2 链接 /定位器和十六进制文件生成器，有编译和调试两种工作模式，两种模式下设计人员都可以查看并修改原文件。编译模式用于维护工程文件和生成应用程序；调试模式下，则可以用功能强大的 CPU 和外设仿真器来测试程序，也可以使用调试器经 Keil ULINK USB-JTAG 适配器 (或其他 AGDI 驱动器 )来连接目标系统测试应用程序， ULINK2 仿真器能用于下载应用程序到 目标系统的 Flash ROM 中。 1.2 系统网络结构与规程简介 本系统采用 GPRS 网络结构与规程。 GPRS(Gene

10、ral Packet Radio Service,通用分组无线业务 )是在现有 GSM 系统上发展起来的一种新的承载业务，允许用户在端到端分组传输模式下发送和接收数据而不需要利用电路交换的模式，比较适合与突发的、频繁的、数据量小的数据传输。作为承载网络， GPRS 系统本身采用 IP 网络结构，并对用户分配独立地址 (如 IP)，并将用户作为独立的数据用户，从而实现了从网络到移动用户的端到端的数据应用。 1.2.1 GPRS网络结构 GPRS 网络结构基于 GSM 系统实现，话音部分人采用原先的基本处理单元，而对于数据本分则新增了一些数据处理单元和接口。 GPRS 系统中新增的数据单元包括一下

11、几个部分 (参见图 1.1)3。 B S CB T SB T SP C US G S NM S CHLR帧 中 继 网 络T C P /IP骨 干 网S G S NG G S NIn te r n e t到 另 外P L M N图 1.1 GPRS 网络单元 （ 1） PCU(Packet Control Unit)：分组处理单元，它是 BSC(Base Station Controller，基站控制器 )的一部分，可以独立设置或者与 BSC 合并设置，它与 BSC 之间的接口不开放 。 3 （ 2） SGSN(Service GPRS Support Node)： GPRS 服务支持节点。功

12、能和作用与MSC(Mobile Switching Center，移动交换中心 )具有相同点，进行分组移动用户的状态管理，计费管理等并负责到 HLR(Home Location Register，小区位置存储器 )的用户数据信息的传送。 （ 3） GGSN(Gateway GPRS Support Node)： GPRS 网管支持节点。负责和外部数据网络的接口，进行数据包的转发，具有路由器的部分功能 。 1.2.2 GPRS 协 议栈 GPRS 协议规程体现了无线和网络相结合的特征。其中既包含类似局域网技术中的逻辑链路控制 LLC 子层和媒体接入控制 MAC 子层，又包含 RLC 和 BSSG

13、P 等新引入的特定规程。由 GPRS 系统的端到端之间的应用协议结构可知， GPRS 网络是存在于应用层之下的承载网络，它用以承载 IP 或 X.25 等数据业务，由于 GPRS本身采用 IP 数据网络结构，所以基于 GPRS 网络的 IP 应用规程结构可理解为两层 IP 结构，即应用级的 IP 协议以及采用 IP 协议的 GPRS 本身。 GPRS 传输面协议层如图 1.2 所示 3。 1.3 系统数据包编解码技 术简单说明 本系统 GPRS 模块数据收发方式有两种，一种基于 GPRS 网络以分组交换的方式进行数据传输，其链路协议采用 PPP(Point to Point Protocol，

14、点到点 )协议，数据包的编解码针对 PPP 数据帧；一种基于 GSM 网络的 SMS(Short Message Service，短消息服务业务 )以短消息的方式进行数据传输，数据包的编解码针对串口发送和接收到的 SMS 数据包。 A p p l i c a t i o nI PS N D C PL L CR L CM A CG S M R FR L CM A CG S M R FB S S G PN e t W o r kS e r v i c eL 1 b i sB S S G PN e t W o r kS e r v i c eL 1 b i sS N D C PL L CG T P

15、- UU D PI PL 2L 1I PR e l a yR e l a yG T P - UU D PI PL 2L 1图 1.2 GPRS 传输面协议层 4 1.3.1 PPP 数据帧的编码与 解码 PPP 数据帧每一帧都以一字节 0x7E 标志位开始，紧接着是一个地址字节，值始终是 0xFF，然后是一个值为 0x03 的控制字节。接下来是协议字段：当它的值是 0x0021 时，表示信息字段是一个 IP 数据包；值是 0xC021 时，表示信息字段是链路控制数据；值是 0x8021 时，表示字段是网络控制数据。帧校验序列是一个循环冗余校验码，以检测数据帧中的错误。数据帧以标志位 0x7E

16、结束。 PPP 数据帧的格式如表 1.1 所示。 表 1.1 PPP 数据帧格式 标志 地址 控制 协议域 信息域 校验 标志 7E FF 03 7E 1B 1B 1B 2B 缺省 1500B 2B 1B 注： 第二行中数字全为 16 进制表示，第三行 B 表示占的字节数。 由于标志字符的值是 0x7E，因此当该字符出现在信息字段中时， PPP 需要对他进行转义。在异步链路中，特殊字符 0x7D 用作转义字符，当它出现在 PPP 数据帧中时，那么紧接着的字符的第六位要取其补码，具体过程如下： （ 1） 当遇到字符 0x7D 时，需连续传送两个字符 0x7D 和 0x5D，以实现标志字符的转义。

17、 （ 2） 当遇到转义字符 0x7D 时，需连续传送连个字符： 0x7D 和 0x5D，以实现转义字符 的转义。 （ 3） 默认情况下，如果字符的值小于 0x20(比如一个 ASCII 控制字符 )，一般都要进行转义。例如，遇到字符 0x01 时需连续传送 0x7D 和 0x21 两个字符。 1.3.2 SMS 数据包编码与解码 目前共有 3 种方式来发送和接收 SMS 信息： Block Mode、 Text Mode和 PDU Mode。 Block Mode 目前已经很少用了。 Text Mode 是纯文本方式，可使用不同的字符集。 PDU Mode 被所有手机所支持，可使用任何字符集。

18、 (1) 对于数据发送， Text Mode 比较简单，只需几条 AT 指 令即可完成，不需要对发送数据进行编码。下面介绍的是在 PDU Mode 的发送短消息的实现方法。 5 PDU 串不仅包含可显示的消息本身，还包含很多其他信息，如服务中心号码、目标号码、回复号码、编码方式和服务时间等。现在以一个实例说明发送 PDU 串的结构和编排方式。 SMSC(SMS 服务中心号码 )： +8613800100500，对方号码： +8613811348352，消息内容： Hello!。从手机发出的 PDU 串可以是： 08 91 68 31 08 10 00 05 F0 11 00 0D 91 68

19、31 18 31 84 53 F2 00 00 00 06 C8 32 9B FD 0E 01 其具体分析可参见表 1.2。 (2) 对于数据接收，处理器判断出有接收未读的短信息时，将会把信息包读取出来， Text Mode 和 PDU Mode 的信息包格式不一样，下面将分别介绍他们对接收到的短消息的解码方式。 1） . Text Mode 下数据包解码 处理器给 GPRS 模块发送 AT 指令 AT+CMGL=“REC UNREAD“，如果 SIM 卡中存有接收到但未读取的短消息， GPRS 模块将会把该短信内容以及其他信息通过串口传递给处理器，下 面是实验过程中接收到的一个数据包： 分

20、段 含 义 说 明 08 SMSC 地址信息的长度 共 8 个 8 位字节 (包括 91) 91 SMSC 地址格式 用国际格式号码 (在前面加 ”+”) 68 31 08 10 00 05 F0 SMSC 地址 8613800100500，补 F 凑成偶数个 11 基本参数 发送， TP-VP 用相对格式 00 消息基准值 0 0D 目标地址数字个数 用 13个十进制数 (不包含 91 和 F) 91 目标地址格式 用国际格式号码 68 31 18 31 84 53 F2 目标地 址 8613811348352，补 F 凑成偶数个 00 协议标识 普通 GSM 类型，点到点方式 00 用户信

21、息编码方式 7 位编码 00 有效期 5min 06 用户信息长度 实际长度 6字节 C8 32 9B FD 0E 01 用户信息 Hello! 表 1.2 发送的 PDU 串对照表 2） .PDU Mode 下数据包解码 下面是 PDU 模式下串口收到的一个 PDU 数据包 : 6 08 91 68 31 08 10 00 05 F0 84 0D 91 68 31 18 31 84 53 F2 00 00 80 50 02 01 21 34 23 06 C8 32 9B FD 0E 01 其组成与 PDU 模式下发送 PDU 串不同地方是第 22 到 29 字节，其代表的是时间： 2008-

22、05-20 10:12:43+32， 32 代表时区。 对于“ Hello!”的 7位编码结果是 C8 32 9B FD 0E 01，其编码过程可以参考参考文献 2第 285 到 286 页，在此不再介绍。 二 硬件平台简单说明 本系统硬件平台根据英蓓特公司的 Embest EDUKIT-III 实验教学平台所设计，该教学平台是一款功能强大的 32 位嵌入式开发板，采用三星公 司以 ARM7 为内核的微处理器 S3C44B0X 和以 ARM9 为内核的微处理器 S3C2410X，具有 JTAG 调试等功能。 S3C2410 内部集成了 ARM 公司 ARM920T 处理器核，资源丰富，带独立的

23、 16KB 的指令 Cache 和 16KB 数据 Cache， LCD 控制器、 RAM 控制器、 NAND 闪存控制器、 3路 UART、 4路 DMA、 4路带 PWM 的 Timer、并行 I/O 口、 8路 10 位 ADC、触摸屏接口、 IIC 接口、 IIS 接口、 2 个 USB 接口控制器、 2 路 SPL，主频最高可达 200MHz。本系统设计主要是对 ADC、键盘、液晶显示屏、 无线通信模块的控制1。 2.1 硬件系统结构图 硬件系统的结构如图 2.1 所示。 G S M / G P R S收 发 电 路 板 S I M 卡S 3 c 2 4 1 0天 线R S 2 3 2键 盘L C D存 储 器G S M / G P R S收 发 电 路 板 S I M 卡天 线S 3 c 2 4 1 0R S 2 3 2G P R S / G S M网 络数 据 采 集传 感 器 ( 8 路 )执 行 机 构图 2.1 硬件系统结构图