1、. . . 課程設(shè)計(jì)說明書基于ARM的GPRS模塊的設(shè)計(jì)目 錄摘要11緒論11.1 嵌入式系統(tǒng)11.1.1 嵌入式系統(tǒng)概述11.1.2 嵌入式處理器11.2 ARM處理器21.3 GPRS無線通訊21.3.1 GPRS定義21.3.2 GPRS的技術(shù)特點(diǎn)22 系統(tǒng)選型與設(shè)計(jì)32.1 硬件選型32.2 模塊總體框圖33 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)33.1 ARM硬件結(jié)構(gòu)與電路概述33.1.1 SANSUNG S3C2410概述33.1.2 ST2410硬件資源分配43.1.3 ST2410接口資源63.1.4 ST2410 的串口通訊73.2 M22通訊電路板的設(shè)計(jì)103.2.1 BENQ電源部分設(shè)計(jì)113.

2、2.2 BENQ M22 與 SIM 卡的接口113.2.3 BENQ M22 在語音通訊設(shè)計(jì)方面的問題113.2.4 BENQ M22 通訊板的串口124 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)134.1引導(dǎo)加載程序的設(shè)計(jì)144.1.1 BOOTLOADER 的基本概念144.1.2 ST2410 的 BOOTLOADER 功能說明164.2 串口通訊程序的設(shè)計(jì)174.3 BENQ M22 模塊部的軟件特性175 模塊軟件運(yùn)行流程圖176 模塊設(shè)計(jì)總結(jié)1921 / 24基于ARM與嵌入式Linux的GPRS模塊摘要隨著科技的高速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入 32 位時代。在當(dāng)前數(shù)字信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展的后 PC

3、時代，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各類產(chǎn)業(yè)。隨著國外嵌入式產(chǎn)品地進(jìn)一步開發(fā)和推廣，嵌入式技術(shù)和人類生活的聯(lián)系越發(fā)緊密。本文介紹了在 SAMSUNG ARM9和嵌入式 Linux 平臺上的，基于 BenQ M22 模塊的 GPRS 無線通訊模塊的軟硬件設(shè)計(jì)。主要容包括： M22 通訊電路板的 PCB 設(shè)計(jì)；ARM9 中 Bootloader 編程與 FLASH 燒寫；M22 和 ARM9 的外圍與部硬件電路的設(shè)計(jì)；串口通訊的編程；AT 指令的收發(fā)等等。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)語音通訊、短信服務(wù)、來電查詢、來電顯示等功能關(guān)鍵詞：嵌入式；ARM；Linux；GPRS1緒論1.1 嵌入式系統(tǒng)1.1.1 嵌入式系統(tǒng)

4、概述嵌入式系統(tǒng)（Embedded System），是一種嵌入機(jī)械或電氣系統(tǒng)部、具有專一功能和實(shí)時計(jì)算性能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)常被用于高效控制許多常見設(shè)備，被嵌入的系統(tǒng)通常是包含數(shù)字硬件和機(jī)械部件的完整設(shè)備，例如汽車的防鎖死剎車系統(tǒng)。相反，通用計(jì)算機(jī)如個人電腦則設(shè)計(jì)靈活，可以智能處理各式各樣的運(yùn)算情況，以滿足廣大終端用戶不同的需要?，F(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)通常是基于微控制器（如含集成存和/或外設(shè)接口的中央處理單元）的，但在較復(fù)雜的系統(tǒng)中普通微處理器（使用外部存儲芯片和外設(shè)接口電路）也很常見。通用型處理器、專門進(jìn)行某類計(jì)算的處理器、為手持應(yīng)用訂制設(shè)計(jì)的處理器等，都可能應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)。常見的專用處理器有

5、數(shù)字信號處理器。1.1.2 嵌入式處理器嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心，是控制、輔助系統(tǒng)運(yùn)行的硬件單元?？梢苑譃椋呵度胧轿⑻幚砥鳌⑶度胧轿⒖刂破?、嵌入式DSP處理器等。嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心，是控制、輔助系統(tǒng)運(yùn)行的硬件單元。圍極其廣闊，從最初的位處理器，目前仍在大規(guī)模應(yīng)用的位單片機(jī)，到最新的受到廣泛青睞的32位，64位嵌入式CPU。1.2 ARM處理器ARM處理器是一種32位嵌入式RISC處理器。ARM（AdvancedRISCMachines），既可以認(rèn)為是一個公司的名字，也可以認(rèn)為是對微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。ARM處理器是一個32位元精簡指令集(RISC)處理器

6、架構(gòu),其廣泛地使用在許多嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。Thumb指令集為ARM指令集的功能子集，但與等價的ARM代碼相比較，可節(jié)省30%40%以上的存儲空間，同時具備32位代碼的所有優(yōu)點(diǎn)。大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對寄存器進(jìn)行操作，只有加載/存儲指令可以訪問存儲器，以提高指令的執(zhí)行效率。1.3 GPRS無線通訊1.3.1 GPRS定義通用分組無線服務(wù)（英語：General Packet Radio Service，縮寫：GPRS）是GSM移動用戶可以使用的一種移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)/技術(shù)。它經(jīng)常被描述成“2.5G”，意指這項(xiàng)技術(shù)介于第二代（2G）與第三代（3G）移動通訊技術(shù)之間。它是利用GSM網(wǎng)絡(luò)中未使用的TDM

7、A信道，提供中速的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。起初有人想通過擴(kuò)展GPRS來覆蓋其他標(biāo)準(zhǔn)，只是這些網(wǎng)絡(luò)都正在轉(zhuǎn)而使用GSM標(biāo)準(zhǔn)，這樣GSM就成了GPRS唯一能夠使用的網(wǎng)絡(luò)。GPRS在Release 97之后被集成進(jìn)GSM標(biāo)準(zhǔn)，起先它是由ETSI標(biāo)準(zhǔn)化，但是現(xiàn)在已經(jīng)移交3GPP負(fù)責(zé)。1.3.2 GPRS的技術(shù)特點(diǎn)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)分組發(fā)送和接收，按流量計(jì)費(fèi)；56115Kbps的傳輸速度.GPRS的應(yīng)用，遲些還會配合Bluetooth(藍(lán)牙技術(shù))的發(fā)展。到時，數(shù)碼相機(jī)加了bluetooth，就可以馬上通過手機(jī)，把像片傳送到遙遠(yuǎn)的地方，也不過一刻鐘的時間。相對于GSM的9.6kbps的訪問速度而言，GPRS擁有171.2kb

8、ps的訪問速度；在連接建立時間方面，GSM需要10-30秒，而GPRS只需要極短的時間就可以訪問到相關(guān)請求；而對于費(fèi)用而言，GSM是按連接時間計(jì)費(fèi)的，而GPRS只需要按數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi)；GPRS對于網(wǎng)絡(luò)資源的利用率而相對遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于GSM。2 系統(tǒng)選型與設(shè)計(jì)2.1 硬件選型由于ARM系列處理器中 ARM9 對于 Linux 操作系統(tǒng)的支持性明顯強(qiáng)于 ARM7。 因此, 本模塊采用的核心微處理器是屬于ARM9系列微處理器的SAMSUNG S3C2410出于成本和功能的考慮，本模塊中選用的GPRS/GSM選用的BenQ的M22無線模塊。主要儀器設(shè)備如下：SAMSUNG ST2410 ARM9 開發(fā)板SHA

9、RP TFT_LCD 液晶屏BenQ M22 GPRS 模塊SIM 卡GSM 900/1800 MHz 吸盤天線BenQ M22 電路板2.2 模塊總體框圖3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 ARM硬件結(jié)構(gòu)與電路概述3.1.1 SANSUNG S3C2410概述S3C2410A 采用了 ARM920T 核， 0.18um 工藝的 CMOS 標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲單元。它的低功耗、精簡和出色的全靜態(tài)設(shè)計(jì)特別適用于對成本和功耗敏感的應(yīng)用。同樣它還采用了一種叫做 Advanced Microcontroller Bus Architecture(AMBA) 新型總線結(jié)構(gòu)。S3C2410 的顯著特性是它的 CPU 核心

10、， 是一個由 Advanced RISC Machines(ARM) 設(shè)計(jì)的 16/32 位 ARM920T RISC 處理器。ARM920T 核由ARM9TDMI、存儲管理單元（MMU）和高速緩存三部分組成。其中，MMU 可以管理虛擬存。ARM920T 實(shí)現(xiàn)了 MMU，AMBA BUS 和 Harvard 高速緩沖體系結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)具有獨(dú)立的 16KB 指令 Cache 和 16KB 數(shù)據(jù) Cache，每個都是由 8 字長的行構(gòu)成。ARM920T 有兩個部協(xié)處理器：CP14 和 CP15。CP14 用于調(diào)試控制，CP15 用于存儲系統(tǒng)控制以與測試控制。S3C2410 的部結(jié)構(gòu)圖如圖 3.1

11、所示圖 3.1 S3C2410 部結(jié)構(gòu)圖3.1.2 ST2410硬件資源分配S3C2410 將系統(tǒng)的存儲空間分成 8 組（Bank），每組的大小是 128MB，共 1GB。 Bank0 到 Bank5 的開始地址是固定的，用于 ROM 或 SRAM。Bank6 和 Bank7 用于 ROM、 SRAM 或 SDRAM，這兩個組可編程且大小一樣。Bank7 的開始地址是 Bank6 的結(jié)束地址，靈活可變。所有存塊的訪問周期都是可編程的。S3C2410 采用 nGCS7:08 個通用片選信號選擇這些組。因此，S3C2410 支持兩種啟動模式:從 NAND FLASH 啟動和從外部 nGCS0 片選

12、的 NOR FLASH 啟動。所以在這兩種啟動模式下, 各片選的存儲空間分配是不同的, 這兩種啟動模式的存儲分配如圖 3.3 所示:圖3.3 存儲空間分配圖a)圖是 nGCS0 片選的 Nor Flash 啟動模式下的存儲分配圖；b)圖是 NAND FLASH 啟動模式下的存儲分配圖；說明：SFR Area 為特殊寄存器地址空間。在進(jìn)行器件地址說明之前，有一個點(diǎn)需要注意，nGCS0 片選的空間在不同的。啟動模式下，映射的器件是不一樣的。由下表可以知道：在 NAND FLASH 啟動模式下，部的 4K Bytes BootSRAM 被映射到 nGCS0片選的空間。在 Nor Flash 啟動模式

13、（非 NAND FLASH 啟動模式）下，與 nGCS0 相連的外部存儲器 Nor Flash 就被映射到 nGCS0 片選的空間。地址圍說明片選信號0x4800_00000x6000_0000SFR（特殊寄存器）地址空間0x4000_00000x4000_0FFFNAND FLASH 啟動模式下，該空間沒有被使用非 NAND FLASH 啟動模式下，該空間為 BootSRam0x3000_00000x3400_0000SDRAM 空間nGCS60x1900_0300CS8900 的 IO 基址nGCS30x0000_00000x0020_0000NAND FLASH 啟動模式下，nGCS0B

14、ootRam 的有效地址：0x0000_00000x0000_0FFF非 NAND FLASH 啟動模式下，Nor Flash 的有效地址空間為：0x0000_00000x0020_0000表3.1 硬件地址分配表3.1.3 ST2410接口資源跳線名稱說明JP1（核心板）決定 S3C2410 的啟動模式插上短路塊從 Nand Flash 中啟動，默認(rèn)不插上短路塊從 Nor Flash 中啟動表 3.2 跳線分配表按鍵名稱說明S1（Reset）（核心板）復(fù)位按鍵，小按鍵K1K4 按鍵4 鍵盤表 3.3 核心板按鍵說明接口名稱說明T1(RJ45)以太網(wǎng)接口（RJ45， 帶隔離器的）UART1(J

15、8), UART3(J7)串行口 1，2U10紅外線 IrDASD_CARD(J1)SD 卡接口J17USB HOST 接口USB_DEVICE(J15)USB DEVICE 接口J2音頻輸出接口J27CCFL 背光電源輸出接口J6板子的電源接口JP2一些擴(kuò)展口JP1(LCD INTERFACE)LCD 和觸摸屏接口表 3.4 底板接口說明3.1.4 ST2410 的串口通訊由于在本系統(tǒng)中 ARM 與 PC 機(jī)和 M22 模塊都是通過串口進(jìn)行通訊。在此，我詳細(xì)介紹一下 S3C2410 的串口資源。串行通信是微計(jì)算機(jī)之間一種常見的近距離通信手段，因使用方便，編程簡單而廣泛使用，幾乎所有的微控制器

16、，PC 都提供串行通信接口。（1）串行通訊傳輸格式圖 3.4 串口的幀數(shù)據(jù)傳輸格式開始前，線路處于空閑狀態(tài)，送出連續(xù)“1”。傳送開始時首先發(fā)一個“0”作為起始位，然后出現(xiàn)在通信線上的是字符的二進(jìn)制編碼數(shù)據(jù)。每個字符的數(shù)據(jù)位長可以約定為5 位、6 位、7 位或8 位，一般采用ASCII 編碼。后面是奇偶校驗(yàn)位，根據(jù)約定，用奇偶校驗(yàn)位將所傳字符中為“1”的位數(shù)湊成奇數(shù)個或偶數(shù)個。也可以約定不要奇偶校驗(yàn)，這樣就取消奇偶校驗(yàn)位。最后是表示停止位的“1”信號，這個停止位可以約定持續(xù)1 位、1.5 位或2位的時間寬度。至此一個字符傳送完畢，線路又進(jìn)入空閑，持續(xù)為“1”。經(jīng)過一段隨機(jī)的時間后，下一個字符開始

17、傳送才又發(fā)出起始位。每一個數(shù)據(jù)位的寬度等于傳送波特率的倒數(shù)。微機(jī)異步串行通信中，常用的波特率為110，150，300，600，1200，2400，4800，9600 等。（2） 電氣特性RS-232 標(biāo)準(zhǔn)采用的接口是9 芯或25 芯的D 型插頭，常用的一般是9 針插頭（DB-9），表3.5是DB9 引腳說明：引腳名稱全稱說明FGFrame Ground連到與其的接地線TXDTransmitted Data數(shù)據(jù)輸出線RXDReceived Data數(shù)據(jù)輸入線RTSRequest to Send要求發(fā)送數(shù)據(jù)CTSClear to Send回應(yīng)對方發(fā)送的RTS的發(fā)送許可，告訴對方可以發(fā)送DSRDat

18、a Set Ready告知本機(jī)在待命狀態(tài)DTRData Terminal Ready告知數(shù)據(jù)終端處于待命狀態(tài)CDCarrier Detect載波檢出，用以確認(rèn)是否收到Modem的載波SGSignal Ground信號線的接地線（嚴(yán)格的說是信號線的零標(biāo)準(zhǔn)線）表3.5 DB9引腳說明圖 3.5 DB9 引腳實(shí)物圖要完成基本的通信功能，實(shí)際上只需要RXD，TXD，GND 即可，但是由于BenQ的M22通訊模塊需要握手信號（RTS和CTS），所以在本系統(tǒng)中至少要接5根線。同時又由于RS-232-C 標(biāo)準(zhǔn)所定義的高，低電平信號與S3C210X 系統(tǒng)的LVTTL 電路定義的高，低電平信號完全不同，LVTT

19、L的標(biāo)準(zhǔn)邏輯“1”對應(yīng)2V3.3V 電平，標(biāo)準(zhǔn)邏輯“0”對應(yīng)0V0.4V 電平，而RS-232-C 標(biāo)準(zhǔn)采用負(fù)邏輯方式，標(biāo)準(zhǔn)邏輯“1”對應(yīng)-5V-15V 電平，標(biāo)準(zhǔn)邏輯“0”對應(yīng)+5V+15V。顯然，兩者間要進(jìn)行通信，必須經(jīng)過電平的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換芯片采用的MAX232。電路原理圖見圖3.6：圖 3.6 串口連接電路圖其中 J8 串口負(fù)責(zé)與 BenQ M22 通訊，J7 串口負(fù)責(zé)與 PC 機(jī)通訊。（3）S3C2410的UART操作S3C2410的UART（通用異步串行口）單元提供三個獨(dú)立的異步串行I/O 端口，每個都可以在中斷和DMA 兩種模式下進(jìn)行。它們支持最高波特率115.2Kbps。每個UAR

20、T 通道包含2個16 位FIFO 分別提供給接收和發(fā)送。S3C2410X 的UART可以進(jìn)行以下參數(shù)的設(shè)置：可編程的波特率，紅外收/發(fā)模式，1 或2個停止位，5 位，6 位，7 位或8 位數(shù)據(jù)寬度和奇偶位校驗(yàn)。1）發(fā)送數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)送幀的格式是可編程的，它包含一個開始位，5 到8 個數(shù)據(jù)位，一個可選的奇偶位和一個或兩個停止位，這些可以通過線性控制器UCONn)來設(shè)置。發(fā)送器也能夠產(chǎn)生發(fā)送中止條件。中止條件迫使串口輸出保持在邏輯0 狀態(tài)，這種狀態(tài)保持一個傳輸幀的時間長度。通常在一幀傳輸數(shù)據(jù)完整地傳輸完之后，在通過這個全0 狀態(tài)將中止信號發(fā)送給對方。中止信號發(fā)送之后，傳送數(shù)據(jù)連續(xù)放到 FIFO 中（在

21、不使用FIFO 模式下，將被放到輸出保持寄存器）。2）接收數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)發(fā)送一樣，數(shù)據(jù)接收的幀也是可以編程的，它包含一個開始位，5到8個數(shù)據(jù)，一個可選的奇偶位和一位或兩位停止位，它們都是通過線性控制器（ULCONn）來設(shè)置的。接收器能夠檢測溢出錯誤，奇偶校驗(yàn)錯誤，幀錯誤和中止?fàn)顩r，每種情況下都將會將一個錯誤標(biāo)志置位。3）波特率的設(shè)置每個UART 的波特率發(fā)生器為傳輸提供了串行移位時鐘。波特率產(chǎn)生器的時鐘源可以C、從S3C2410X 的部系統(tǒng)時鐘或UCLK 中來選擇。波特率由時鐘源（PCLK 或UCLK） 16 分頻和UART 波特率除數(shù)寄存器（UBRDIVn）指定的16 位除數(shù)決定。UBRDIVn

22、 的值可以按照下式確定：UBRDIVn = (int)（PCLK/（bps*16）-1例如，如果波特率為115200bps 且PCLK 或UCLK 為40MHz, 則UBRDIVn 為：UBRDIVn =（int）(40000000)(115200*16)-1= (int)(21.7)-1= 21-1 = 203.2 M22通訊電路板的設(shè)計(jì)BenQ M22 通訊電路板主要是由 M22 無線模塊的外圍接口電路組成(參見附錄1)。該電路板主要包括以下幾個部分：（1）電源與整流部分（2）串口通訊接口（3）SIM 卡電路（4）差分語音電路（5）LED 信號燈顯示電路（6）蜂鳴器接口（7）按鍵輸入（8）

23、天線接口其管腳（44 腳）分配如表 3.6 所示管腳名管腳數(shù)目描述UART/RS2326RS232 接口UART22軟件調(diào)試BU1蜂鳴器輸出GPIO6通用 I/O 管腳Power On1上電運(yùn)行LED Driver1LED 驅(qū)動SIM4SIM 卡接口VBATRF3RF 的電源輸入VBATBB1BB 的電源輸入Audio7語音接口Keypad Interrupt1鍵盤中斷接口BGND10地NC1無連接表 3.6 BenQ M22 管腳分配表3.2.1 BenQ電源部分設(shè)計(jì)我們知道無線模塊的耗電具有不穩(wěn)定的特點(diǎn)。在待機(jī)狀態(tài)，在和基站的握手狀態(tài)，在通話狀態(tài)，在撥號狀態(tài)，在信號強(qiáng)弱不同的地方這些因素都

24、會直接的影響無線模塊的耗電流，所以無線模塊的電源設(shè)計(jì)非常重要。因此我的電源設(shè)計(jì)方案采用LM7805和LM2576的聯(lián)合設(shè)計(jì)。直流電源（12V）輸入LM7805，然后輸出DC5V，與此同時通過LM2576產(chǎn)生DC4V電壓供給M22。由于LM2576具有可靠的工作性能、較高的工作效率和較強(qiáng)的輸出電流驅(qū)動能力，從而為M22的穩(wěn)定、可靠工作提供了強(qiáng)有力的保證。圖 3.9 M22 電路板電源部分電路原理圖3.2.2 BenQ M22 與 SIM 卡的接口由于 BenQ M22 必須通過中國電信的 GSM/GPRS 網(wǎng)絡(luò)才能夠工作， 所以必須要用到 SIM 卡。安裝時只要以右上角的缺口為準(zhǔn)即可。圖 3.1

25、0 SIM 卡接口電路原理圖3.2.3 BenQ M22 在語音通訊設(shè)計(jì)方面的問題在語音通訊方面，M22 提供了兩個語音通道: 一個我們叫做差分通道,也就是說無論是MICPHONE信號的輸入,還是SPEAKER信號的輸出都是采用差分的形式。也就是我們平時所說的“雙端輸入雙端輸出”。在管腳的定義上MICIP，MICIN就分別是MICPHONE的正輸入端和負(fù)輸入端。EARP，EARN就分別是SPEAKER的正輸出端和負(fù)輸出端。另一路語音通道是單端方式。具體管腳定義為AUXI和AUXOP。 其中AUXI為MICPHONE的正輸入端，MICPHONE的負(fù)輸入端應(yīng)該對地。AUXOP為SPERKER的正輸

26、出端，SPERKER的另一端應(yīng)該對地。當(dāng)然從外部線路的轉(zhuǎn)換來說在這一路語音通道的使用中，MICPHONE也可以接成差分的形式，但是需要一個轉(zhuǎn)換電路。SPERKER也可以接成差分輸入的形式，也需要一個差分轉(zhuǎn)單端的線路。以上說了關(guān)于單端語音通道的一些問題。下面我們敘述一下差分語音通道的一些問題。圖3.11是差分端的MICPHONE 輸入?yún)⒖紙D圖 3.11 差分方式的 MICPHONE 電路原理圖圖3.12是SPEAKER 的線路圖圖 3.12 差分方式的 SPEAKER 電路原理圖需要說明的是，由于單端輸入單端輸出的語音通道特別容易受到輻射干擾，從而對語音的質(zhì)量產(chǎn)生了很大的影響，所以在本系統(tǒng)中只采

27、用了差分語音通道。3.2.4 BenQ M22 通訊板的串口前面已經(jīng)提到了由于 RS-232 電平的問題，M22 不能直接和 PC 機(jī)通訊，但是可以直接和 ARM 或單片機(jī)通訊，不需要任何電平轉(zhuǎn)換芯片。那為什么這里卻又需要一個電平轉(zhuǎn)換芯片（SP3238）呢？主要是由于 ST2410 上的串口已經(jīng)通過了 MAX232，轉(zhuǎn)換成了 RS-232-C 電平。為了能夠與其通訊，必須也要將由 M22 出來的串口信號轉(zhuǎn)換成 RS-232-C 電平。在此，我們采用的是另一種電平轉(zhuǎn)換芯片 SP3238。因?yàn)榇诵酒梢砸淮无D(zhuǎn)換 9 個信號線，與 MAX232 相比更方便。圖 3.20 M22 與 ARM 進(jìn)行串口

28、通訊原理圖圖 3.21 SP3238 與 M22 接口的電路原理圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)該GPRS通訊程序是在ARM ADS 1.2（ARM Developer Suite。是ARM 公司推出的新一代ARM 集成開發(fā)工具。）集成開發(fā)環(huán)境中編譯通過后，然后產(chǎn)生可以直接燒寫在FLASH 中的.bin 格式的二進(jìn)制可執(zhí)行文件，最后進(jìn)行下載運(yùn)行的。4.1引導(dǎo)加載程序的設(shè)計(jì)引導(dǎo)加載程序（Bootloader）是嵌入式系統(tǒng)的重要組成部分。4.1.1 Bootloader 的基本概念一個嵌入式 Linux 系統(tǒng)從軟件的角度看,通常可以分為四個層次：（1）引導(dǎo)加載程序：包括固化在固件(firmware)中的 boo

29、t 代碼(可選)，和 Boot Loader 兩大部分。（2）Linux 核：特定于嵌入式板子的定制核以與核的啟動參數(shù)。（3）文件系統(tǒng): 包括根文件系統(tǒng)和建立于 Flash 存設(shè)備之上文件系統(tǒng)。（4）用戶應(yīng)用程序。特定于用戶的應(yīng)用程序，有時在用戶應(yīng)用程序和核層之間可能還會包括一個嵌入式圖形用戶界面。常用的嵌入式 GUI 有：MicroWindows和 MiniGUI 等。引導(dǎo)加載程序是系統(tǒng)加電后運(yùn)行的第一段代碼。我們熟悉的 PC 中的引導(dǎo)程序一般由 BIOS 和位于 MBR 的 OS bootloader（例如 LILO 或者 GRUB）一起組成。然而在嵌入式系統(tǒng)常沒有像 BIOS 那樣的固件

30、程序（有的嵌入式 CPU 有），因此整個系統(tǒng)的加載啟動任務(wù)就完全由 bootloader 來完成。在嵌入式 Linux 中,引導(dǎo)加載程序即等效為 bootloader。簡單地說，bootloader 就是在操作系統(tǒng)核運(yùn)行前運(yùn)行地一段小程序。通過這段小程序，我們可以初始化必要的硬件設(shè)備，創(chuàng)建核需要的一些信息并將這些信息通過相關(guān)機(jī)制傳遞給核，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)，最終調(diào)用操作系統(tǒng)核，真正起到引導(dǎo)和加載核的作用。bootloader 是依賴于硬件而實(shí)現(xiàn)的，特別是在嵌入式系統(tǒng)中。每種不同的 CPU 體系結(jié)構(gòu)都有不同的 Boot Loader。有些 Boot Loader 也支持多種

31、體系結(jié)構(gòu)的 CPU，比如 U-Boot 就同時支持 ARM 體系結(jié)構(gòu)和 MIPS 體系結(jié)構(gòu)。除了依賴于 CPU 的體系結(jié)構(gòu)外，Boot Loader 實(shí)際上也依賴于具體的嵌入式板級設(shè)備的配置。也就是說，對于兩塊不同的嵌入式板而言，即使它們基于一樣的 CPU構(gòu)建，運(yùn)行在其中一塊電路板上的 bootloader，未必能夠運(yùn)行在另一塊電路開發(fā)板上。盡管如此，我們?nèi)匀豢梢詫?Bootloader 歸納出一些通用的概念來，以指導(dǎo)用戶特定的 Bootloader 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)：（1）Boot Loader 的安裝媒介系統(tǒng)加電或復(fù)位后，所有的 CPU 通常都從某個由 CPU 制造商預(yù)先安排的地址上取指令。比如

32、，基于 ARM7TDMI core 的 CPU 在復(fù)位時通常都從地址 0x00000000 取它的第一條指令。而基于 CPU 構(gòu)建的嵌入式系統(tǒng)通常都有某種類型的固態(tài)存儲設(shè)備(比如：ROM、EEPROM 或 FLASH 等)被映射到這個預(yù)先安排的地址上。因此在系統(tǒng)加電后，CPU 將首先執(zhí)行 Boot Loader 程序。（2）用來控制 Boot Loader 的設(shè)備或機(jī)制主機(jī)和目標(biāo)機(jī)之間一般通過串口建立連接，Boot Loader 軟件在執(zhí)行時通常會通過串口來進(jìn)行 I/O，比如：輸出打印信息到串口，從串口讀取用戶控制字符等。（3）Bootloader 的啟動方式Bootloader 的啟動過程可

33、以是單階段的，也可以是多階段的。通常多階段的 bootloader 能提供更為復(fù)雜的功能，以與更好的可移植性。從固態(tài)存儲設(shè)備上啟動的 bootloader 大多數(shù)是二階段的啟動過程，也即啟動過程可以分為 stage1 和 stage2 兩部分。Boot Loader 的 stage1 通常包括以下步驟:1）硬件設(shè)備初始化。2）為加載 Boot Loader 的 stage2 準(zhǔn)備 RAM 空間。3）拷貝 Boot Loader 的 stage2 到 RAM 空間中。4）設(shè)置好堆棧。5）跳轉(zhuǎn)到 stage2 的 C 入口點(diǎn)。Boot Loader 的 stage2 通常包括以下步驟1）初始化本階

34、段要使用到的硬件設(shè)備。2）檢測系統(tǒng)存映射(memory map)。3）將 kernel 映像和根文件系統(tǒng)映像從 flash 上讀到 RAM 空間中。4）為核設(shè)置啟動參數(shù)。5）調(diào)用核。（4）Bootloader 的操作模式大多數(shù) bootloader 都包含兩種不同的操作模式：“啟動加載”模式和“下載”模式，這種區(qū)別對于開發(fā)人員才有意義。但從最終用戶的角度看，bootloader的作用永遠(yuǎn)就是用來加載操作系統(tǒng)，而并不存在所謂的啟動加載模式與下載工作模式的區(qū)別。啟動加載模式：這種模式也稱為“自主”模式，即 bootloader 從目標(biāo)機(jī)上的某個固體存儲設(shè)備上將操作系統(tǒng)加載到 RAM 中運(yùn)行，整個過

35、程沒有用戶的介入。這種模式是 bootloader 的正常工作模式，因此當(dāng)以嵌入式產(chǎn)品發(fā)布的時候，bootloader 必須工作在這種模式下。下載模式：在這種模式下，目標(biāo)機(jī)上的 bootloader 將通過串口或者網(wǎng)絡(luò)連接或者其它通信手段從主機(jī)下載文件，比如：下載核鏡像和根文件系統(tǒng)鏡像等。從主機(jī)下載的文件通常首先被 bootloader 保存到目標(biāo)機(jī)的 RAM 中，然后被 bootloader 寫到目標(biāo)機(jī)上的 FLASH 類固態(tài)存儲設(shè)備中。 Bootloader 的這種模式通常在第一次安裝核與根文件系統(tǒng)時使用；此外，以后的系統(tǒng)更新也會使用 bootloader 的這種工作模式。工作于這種模式下

36、的 bootloader 通常都會向它的中斷用戶提供一個簡單的命令行接口。（5）Bootloader 的功能擴(kuò)展Bootloader 最主要的功能是引導(dǎo)加載核鏡像。但是隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，bootloader 已經(jīng)逐漸在基本功能的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了擴(kuò)展，bootloader 可以更多地增加對具體系統(tǒng)的板級支持，即增加一些硬件模塊功能上的使用支持，以方便開發(fā)人員進(jìn)行開發(fā)和調(diào)試。從這個層面上看，功能擴(kuò)展后的 bootloader 可以虛擬地看成是一個微小的系統(tǒng)級的代碼包。4.1.2 ST2410 的 Bootloader 功能說明以上介紹了一般嵌入式系統(tǒng)中的 Bootloader 的特點(diǎn)。 如前所述

37、，對于不同的目標(biāo)板和外圍硬件電路，Bootloader 的設(shè)計(jì)是不一樣的。本系統(tǒng)的 Bootloader 除了具有一般的功能外，還具有以下擴(kuò)展功能:（1） USB 口文件下載（2） 串口文件下載（3） NOR 和 NAND FLASH 的燒寫（4） 運(yùn)行存儲在 FLASH 中的程序（5）針對Linux設(shè)置啟動參數(shù)（6）設(shè)置Wince或Linux的自啟動（7）運(yùn)行BenQ M22 GPRS通訊系統(tǒng)ST2410 的 Bootloader 的流程圖，如圖 4.1 所示圖4.1 Bootloader流程圖構(gòu)如前所述，此核心板一共由三大存儲設(shè)備 Nor Flash(2M) Nand Flash(64M)

38、 SDRAM(64M)。前兩個 Flash 設(shè)備就猶如 PC 機(jī)的兩塊硬盤，(由于 Nand Flash 無論在價格與性能上都優(yōu)于 Nor Flash,因此現(xiàn)在一般都采用 Nand Flash。)而 SDRAM 就猶如 PC 機(jī)的存設(shè)備。4.2 串口通訊程序的設(shè)計(jì)如前所述，本系統(tǒng)有三大模塊：PC 機(jī)：主要負(fù)責(zé)人機(jī)交互。在 PC 機(jī)上運(yùn)行 DNW（一種串口調(diào)試軟件），從而可以顯示和接受來自 ARM 的數(shù)據(jù)。ARM 微處理器：核心處理器。將已經(jīng)編寫成功的 GPRS 通訊程序燒寫到其 Nand Flash 中。M22 通訊模塊：GPRS 通訊的具體實(shí)現(xiàn)。接受來自 ARM 的 AT 指令，從而進(jìn)行 G

39、PRS 通訊，并將有用的信息反饋給 ARM。4.3 BenQ M22 模塊部的軟件特性下面我們來描述一下 BenQ M22 模塊部集成的軟件系統(tǒng)。對于無線 PSTN 的用戶，BenQ 提供 AT 指令的支持。BenQ M22 的部集成的軟件包括以下 3 個部分：Layer 1 驅(qū)動協(xié)議棧/AT 命令基本接口由于在無線 PSTN 和 BenQ M22 模塊中都有微處理器，在這兩者之間的接口通常是 AT 指令。當(dāng)然由于協(xié)議棧（TCP/IP）的存在，我們也可以通過發(fā)送 AT 指令達(dá)到聯(lián)通 GSM/GPRS 網(wǎng)的目的。5 模塊軟件運(yùn)行流程圖圖 5.1 軟件主菜單流程圖圖 5.2 外電呼入時流程圖圖 5.3 發(fā)送短信流程圖圖 5.4 本查詢流程圖圖 5.5 主動呼叫流程圖6 模塊設(shè)計(jì)總結(jié)計(jì)算機(jī)發(fā)展的目標(biāo)是專用電腦，實(shí)現(xiàn)“普遍化計(jì)算”，因此可以稱嵌入式系統(tǒng)是構(gòu)成未來世界的“數(shù)字基因”。