1、 课程设计说明书 基于 ARM 的 GPRS 模块 的设计 专业 学生姓名 班级 学号 指导教师 完成日期 2017 年 月 日 盐城工学院课程设计报告（ 2017） 目 录 摘要 . 1 1绪论 . 1 1.1 嵌入式系统 . 1 1.1.1 嵌入式系统概述 . 1 1.1.2 嵌入式处理器 . 1 1.2 ARM 处理器 . 2 1.3 GPRS 无线通讯 . 2 1.3.1 GPRS 定义 . 2 1.3.2 GPRS 的技术特点 . 2 2 系统选型及设计 . 3 2.1 硬件选型 . 3 2.2 模块总体框图 . 3 3 系统硬件设计 . 3 3.1 ARM 硬件结构及电路概述 .
2、3 3.1.1 SANSUNG S3C2410概述 . 3 3.1.2 ST2410 硬件资源分配 . 4 3.1.3 ST2410 接口资源 . 6 3.1.4 ST2410 的串口通讯 . 7 3.2 M22 通讯电路板的设计 . 10 3.2.1 BENQ 电源部分设计 . 11 3.2.2 BENQ M22 与 SIM 卡的接口 . 11 3.2.3 BENQ M22 在语音通讯设计方面的问题 . 11 3.2.4 BENQ M22 通讯板的串口 . 12 4 系统软件设计 . 13 4.1 引导加载程序的设计 . 14 盐城工学院课程设计报告（ 2017） 4.1.1 BOOTLOA
3、DER 的基本概念 . 14 4.1.2 ST2410 的 BOOTLOADER 功能说明 . 16 4.2 串口通讯程序的设计 . 17 4.3 BENQ M22 模块内部的软件特性 . 17 5 模块软件运行流程图 . 17 6 模块设计总结 . 19盐城工学院课程设计报告（ 2017） 1 基于 ARM 与嵌入式 Linux 的 GPRS 模块 摘要 随着 科技的高速发展 ，嵌入式系统已经进入 32 位时代。在当前数字信息技术和网络技术的高速发展的后 PC 时代，嵌入式系统已经广泛地 应用于各类产业 。随着国内外嵌入式产品地进一步开发和推广，嵌入式技术 和人类生活的联系越发紧密 。 本文
4、介绍了 在 SAMSUNG ARM9 和嵌入式 Linux 平台 上的 ，基于 BenQ M22 模块的 GPRS 无线通讯 模块 的 软硬件设计 。主要内容包括： M22 通讯电路板的 PCB 设计； ARM9 中 Bootloader 编程与 FLASH 烧写； M22 和 ARM9 的外围与内部硬件电路的设计；串口通讯的 编程； AT 指令的收发等等。该系统 能够实现语音通讯、短信服务、来电查询、来电显示等功能 关键词：嵌入式； ARM； Linux； GPRS 1 绪论 1.1 嵌入式系统 1.1.1 嵌入式系统概述 嵌入式系统（ Embedded System），是一种嵌入机械或电气
5、系统内部、具有专一功能和实时计算性能的计算机系统。嵌入式系统常被用于高效控制许多常见设备，被嵌入的系统通常是包含数字硬件和机械部件的完整设备，例如汽车的防锁死刹车系统。相反，通用计算机如个人电脑则设计灵活，可以智能处理各式各样的运算情况，以满足广大终端用户不同的需要。 现代嵌入式系统通常是基于微控制器（如含集成内存和 /或外设接口的中央处理单元）的，但在较复杂的系统中普通微处理器（使用外部存储芯片和外设接口电路）也很常见。通用型处理器、专门进行某类计算的处理器、为手持应用订制设计的处理器等，都可能应用到嵌入式系统。常见的专用处理器有数字信号处理器。 1.1.2 嵌入式处理器 嵌入式处理器是嵌入
6、式系统的核心，是控制、辅助系统运行的硬件单元。可以分为：嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式 DSP 处理器等。 盐城工学院课程设计报告（ 2017） 2 嵌入式处理器是 嵌入式系统 的核心，是控制、辅助系统运行的硬件单元。范围极其广阔，从最初的位处理器，目前仍在大规模应用的位单片机，到最新的受到广泛青睐的 32位， 64位嵌入式 CPU。 1.2 ARM 处理器 ARM 处理器是一种 32位嵌入式 RISC 处理器。 ARM（ AdvancedRISCMachines），既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。 ARM 处理器是一个 32 位元
7、精简指令集 (RISC)处理器架构 ,其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。 Thumb 指令集为 ARM 指令集的功能子集，但与等价的 ARM 代码相比较，可节省 30% 40%以上的存储空间，同时具备 32 位代码的所有优点。大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加载 /存储指令可以访问存储器，以提高指令的执行效率。 1.3 GPRS 无线通讯 1.3.1 GPRS 定义 通用分组无线服务（英语： General Packet Radio Service，缩写： GPRS）是 GSM 移动电话用户可以使用的一种移动数据业务 /技术。它经常被描述成“2.5G” ，意指这项技术介于第
8、二代（ 2G）与第三代（ 3G）移动通讯技术之间。它是利用 GSM 网络中未使用的 TDMA 信道，提供中速的数据传输服务。起初有人想通过扩展 GPRS 来覆盖其他标准，只是这些网络都正在转而使用 GSM 标准，这样 GSM 就成了 GPRS 唯一能够使用的网络。 GPRS 在 Release 97 之后被集成进 GSM标准，起先它是由 ETSI 标准化，但是现在已经移交 3GPP 负责。 1.3.2 GPRS 的技术特点 数据实现分组发送和接收，按流量计费； 56115Kbps 的传输速度 . GPRS 的应用，迟些还会配合 Bluetooth(蓝牙技术 )的发展。到时，数码相机加了 blu
9、etooth，就可以马上通过手机，把像片传送到遥远的地方，也不过一刻钟的时间。 相对于 GSM 的 9.6kbps 的访问速度而言， GPRS 拥有 171.2kbps 的访问速度；在连接建立时间方面， GSM 需要 10-30 秒，而 GPRS 只需要极短的时间就可以访问到相关请求；而对于费用而言， GSM 是按连接时间计费的，而 GPRS 只需要按数据流量计费； GPRS 对于网络资源 的利用率而相对远远高于 GSM。 盐城工学院课程设计报告（ 2017） 3 2 系统选型及设计 2.1 硬件选型 由于 ARM 系列处理器中 ARM9 对于 Linux 操作系统的支持性明显强于 ARM7。
10、 因此 , 本 模块 采用的核心微处理器 是属于 ARM9 系列微处理器的 SAMSUNG S3C2410 出于成本和功能的考虑，本模块中选用的 GPRS/GSM 选用的 BenQ 的M22 无线模块。 主要仪器设备如下： SAMSUNG ST2410 ARM9 开发板 SHARP TFT_LCD 液晶屏 BenQ M22 GPRS 模块 SIM 卡 GSM 900/1800 MHz 吸盘天线 BenQ M22 电路板 2.2 模块总体框图 3 系统硬件设计 3.1 ARM 硬件结构及电路概述 3.1.1 SANSUNG S3C2410 概述 S3C2410A 采用了 ARM920T 内核，
11、0.18um 工艺的 CMOS 标准宏单元和存储单元。它的低功耗、精简和出色的全静态设计特别适用于对成本和功耗敏感的应用。同样它还采用了一种叫做 Advanced Microcontroller Bus Architecture(AMBA) 新型总线结构。 S3C2410 的显著特性是它的 CPU 核心， 是一个由 Advanced RISC Machines(ARM) 有限公司设计的 16/32 位 ARM920T RISC 处理器。 ARM920T 核盐城工学院课程设计报告（ 2017） 4 由 ARM9TDMI、存储管理单元（ MMU）和高速缓存三部分组成。其中， MMU 可以管理虚拟内
12、存。 ARM920T 实现了 MMU， AMBA BUS 和 Harvard 高速缓冲体系结构。这一结构具有独立的 16KB 指令 Cache 和 16KB 数据 Cache，每个都是由 8 字长的行构成。 ARM920T 有 两个内部协处理器： CP14 和 CP15。 CP14 用于调试控制， CP15 用于存储系统控制以及测试控制。 S3C2410 的内部结构图如图 3.1 所示 图 3.1 S3C2410 内部结构图 3.1.2 ST2410 硬件资源分配 S3C2410 将系统的存储空间分成 8 组（ Bank），每组的大小是 128MB，共 1GB。 Bank0 到 Bank5 的
13、开始地址是固定的，用于 ROM 或 SRAM。 Bank6 和 Bank7 用于 ROM、 SRAM 或 SDRAM，这两个组可编程且大小相同。 Bank7 的开始地址是 Bank6 的结束 地址，灵活可变。所有内存块的访问周期都是可编程的。 S3C2410 采用 nGCS7:08 个通用片选信号选择这些组。因此， S3C2410 支持两种启动模式 :从 NAND FLASH 启动 和 从外部 nGCS0 片选的 NOR FLASH 启动 。 盐城工学院课程设计报告（ 2017） 5 所以在这两种启动模式下 , 各片选的存储空间分配是不同的 , 这两种启动模式的存储分配如图 3.3 所示 :
14、图 3.3 存储空间分配图 a)图是 nGCS0 片选的 Nor Flash 启动模式下的存储分配 图； b)图是 NAND FLASH 启动模式下的存储分配图；说明： SFR Area 为特殊寄存器地址空间 。 在进行器件地址说明之前，有一个点需要注意， nGCS0 片选的空间在不同的 。 启动模式下，映射的器件是不一样的。 由下表可以知道 ： 在 NAND FLASH 启动模式下，内部的 4K Bytes BootSRAM 被映射到 nGCS0 片选的空间。 在 Nor Flash 启动模式（非 NAND FLASH 启动模式）下，与 nGCS0 相连的外部存储器 Nor Flash 就被
15、映射到 nGCS0 片选的空间。 地址范围 说明 片选信号 0x4800_00000x6000_0000 SFR（特殊寄存器）地址空间 0x4000_00000x4000_0FFF NAND FLASH 启动模式下， 该空间没有被使用 非 NAND FLASH 启动模式 下，该空间为 BootSRam 盐城工学院课程设计报告（ 2017） 6 0x3000_00000x3400_0000 SDRAM 空间 nGCS6 0x1900_0300 CS8900 的 IO 基址 nGCS3 0x0000_00000x0020_0000 NAND FLASH 启动模式下， nGCS0 BootRam 的
16、有效地址： 0x0000_00000x0000_0FFF 非 NAND FLASH 启动模式 下， Nor Flash 的有效地址空 间为： 0x0000_00000x0020_0000 表 3.1 硬件地址分配表 3.1.3 ST2410 接口资源 跳线名称 说明 JP1（核心板） 决定 S3C2410 的启动模式 插上短路块从 Nand Flash 中启动，默认不插 上短路块从 Nor Flash 中启动 表 3.2 跳线分配表 按键名称 说明 S1（ Reset）（核心板） 复位按键，小按键 K1K4 按键 4 键盘 表 3.3 核心板按键说明 接口名称 说明 T1(RJ45) 以太网接
17、口（ RJ45， 带隔离器的） UART1(J8), UART3(J7) 串行口 1， 2 U10 红外线 IrDA SD_CARD(J1) SD 卡接口 J17 USB HOST 接口 USB_DEVICE(J15) USB DEVICE 接口 盐城工学院课程设计报告（ 2017） 7 J2 音频输出接口 J27 CCFL 背光电源输出接口 J6 板子的电源接口 JP2 一些扩展口 JP1(LCD INTERFACE) LCD 和触摸屏接口 表 3.4 底板接口说明 3.1.4 ST2410 的串口通讯 由于在本系统中 ARM 与 PC 机和 M22 模块都是通过串口进行通讯。在此，我详细介
18、绍一下 S3C2410 的串口资源。 串行通信是微计算机之间一种常见的近距离通信手段，因使用方便，编程简单而广泛使用，几乎所有的微控制器， PC 都提供串行通信接口。 （ 1）串行通讯传输格式 图 3.4 串口的帧数据传输格式 开始前，线路处于空闲状态，送出连续 “1” 。传送开始时首先发一个 “0”作为起始位，然后出现在通信线上的是字符的二进制编码数据。 每个字符的数据位长可以约定为 5 位、 6 位、 7 位或 8 位，一般采用ASCII 编码。后面是奇偶校验位，根据约定，用奇偶校验位将所传字符中为“1” 的位数凑成奇数个或偶数个。也可以约定不要奇偶校验，这样就取消奇偶校验位。 最后是表示停止位的 “1” 信号，这个停止位可以约定持续 1 位、 1.5 位或 2 位的时间宽度。 至此一个字符传送完毕，线路又进入空闲，持续为 “1” 。经过一段随机的时间后，下一个字符开始传送才又发出起始位。 每一个数据位的宽度等于传送波特率的倒数。微机异步串行通信中，常用的波特率为 110， 150， 300， 600， 1200， 2400， 4800， 9600 等。
