【文章內容簡介】 嵌入式應用軟件開發(fā)環(huán)境，包括一整套完備的面向嵌入式系統的開發(fā)和調試工具 :源碼編輯器、工程管理器、工程編譯器 (編譯器、匯編器和連接器 )、集成調試環(huán)境等。其界面同 Microsoft Visual Studio 相似，用戶可以在中創(chuàng)建工程、打開工程，建立、打開和編輯文件，編譯、連接、設置、運行、調試嵌入式應用程序。 ADT IDE 集成開發(fā)環(huán)境使用優(yōu)秀自由軟件 GNU 的 GCC 交叉編譯工具，并經過優(yōu)化和嚴格測試，支持 C 語言、匯編語言等。 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 14 頁 共 43 頁 (2)、 工程壞境的配置 （ i） General 頁設置 General 頁包括調試設備的選擇以及回復缺省配置參數功能， ATD IDE 工程設置對話框 如圖 所示。在 Debugger device 下拉列表中選擇調試設備。 這里選擇 ARM9Simple。 圖 ATD IDE 工程設置對話框 （ ii） Debug 頁設置 Download case 選項位用戶提供了兩種下載調試文件的途徑： Build Case（編譯設置方案）和Customize Case（客戶配置方案），在編譯設置方案中，集成調試環(huán)境將選擇當前工程文件的輸出文件（ .elf 文件）為程序下載文件和調試信息文件，此時， Customized case 以及 Endian 中的選項均不可設置。如果選擇客戶配置方案，則以上選項均可有用戶執(zhí)行設置，而與當前工程無關。 None 選項表示連接目標板厚系統無任何行為。 ADT IDE 工程設置 Debug 頁對話框如圖 所示。 圖 ADT IDE 工程設置 Debug 頁對話框 （ iii） Compile 頁設置 編譯器的參數可通過工程配置對話框的 Compile 頁進行修改， ADT IDE 工程設置 Compile 頁對話框如圖 所示。 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 15 頁 共 43 頁 圖 ADT IDE 工程設置 Compile 頁對話框 (iv) Assemble 頁設置 GNU Tools for ARM 編譯器的 Assemble 頁如圖 所示。該頁中的命令行參數用于匯編器，用戶的所有 設置顯示在 Assemble options 的編輯框中。工程在出事創(chuàng)建時，系統提供缺省設置參數。在 Assemble 頁 中， Category 下拉列表框中又包含積累匯編器選項，在該下拉列表框中可切換選擇各類選項。同樣，在一般情況下只需在 General 選項下設置頭文件的包含路徑。本次設計沒有匯編代碼，所以無需修改默認的配置。 圖 ADT IDE 工程設置 Assemble 頁對話框 (v) Link 頁設置 鏈接器的參數可通過工程對話框的 Link 頁進行修改。該頁中的命令參數用于 GNU 鏈接器，用戶的所有設置顯示在 Link options 編輯框中。 ADT IDE 工程設置 Link 頁對話框 如圖 所示。 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 16 頁 共 43 頁 圖 ADT IDE 工程設置 Link 頁對話框 （ vi） Directory 頁設置 在 Directory 頁 可以添加補充的源文件目錄。在調試程序時，如果在本工程中沒有找到對應源代碼，則會繼續(xù)查找在此處設置的路徑， ADT IDE 工程設置 Link 頁 Library Search Path 選項 對話框 如圖 所示， ADT IDE 工程設置 Directory 頁 對話框 如圖 所示。 圖 ADT IDE 工程設置 Link 頁 Library Search Path 選項對話框 圖 ADT IDE 工程設置 Directory 頁對話框 (3)、 工程的編譯 編譯、 匯編和鏈接操作可通過以下 3中方式完成： 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 17 頁 共 43 頁 （ 1）通過選擇主菜單的 Build子菜單完成； （ 2）通過編譯 Build工具欄完成； （ 3）通過在工作去窗口的工程節(jié)點和文件節(jié)點的右鍵菜單完成。 (4)、 工程的調試 （ 1）連接調試器 調試器的連接包括調試器的硬件和軟件連接。調試器連接成功后自動進入調試狀態(tài)。通過選擇菜單單項 Debug→ Remote connect 實現。 （ 2）下 載程序 正確連接目標后，就可以下載可執(zhí)行目標文件愛你到目標系統存儲器中。通過選擇菜單項 Debug→Download實現。 （ 3）調試和執(zhí)行程序 運行程序必須在調試狀態(tài)的停止子狀態(tài)進行，通過選擇菜單單項 Debug→ Go或者單擊 Debug工具欄中的 Go按鈕來實現。圖 。 修改無誤后將程序通過燒錄器燒錄在 ARM92410開發(fā)板上。 圖 程序調試界面圖 本設計實現的是基于嵌入式的 GPRS 無線數據系統，主要目標是利用 GPRS 網絡與遠程控制中心無線通訊。所以通 訊協議的實現也是系統軟件實現的主要任務。 TCP/IP 協議定義了網絡層和傳輸層的公眾規(guī)程特性，用以提供網絡和運行不同操作系統的各類計算機之間相互通信。在該部分的設計中，需要利用 TCP/IP 協議來完成 GPRS 業(yè)務數據的裝幀和拆幀，但由于資源有限，需對 TCP/IP 協議進行合理地簡化，采用分層的結構實現。簡化層次的目的是為了便于系統的軟件調試，提高編程效率。 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 18 頁 共 43 頁 在設計中，利用嵌入式仿真操作系統 ADT 1000 的開發(fā)環(huán)境，使編程方式實現了軟件功能。 GPRS終端實現的協議棧是 TCP/ IP， 簡化后的網絡協議主要有 UDP 協議、 IP 協議、 IMP 協議、 PPP 協議。DTU 發(fā)送數據時，按應用層 (用戶數據 )一傳輸層 (UDP)一網絡層 (IP)一數據鏈路層 (PPP)~物理層 (串口 )順序進行數據封裝 。而在接收數據時，以相反的 順序進行解封裝。上層函數的實現需要應用到底層函數，而底層函數的任務是為上層函數提供服務，最終完成應用層任務 — 傳輸數據。 各層的功能是 : 應用層負責處理特定的應用程序細節(jié) 。傳輸層為主機上的應用程序提供端到端的通信，采用 UDP 協議 。網絡層為主要每一次鏈接具體分配一個 IP 地址。數據鏈路層采用 EP over PPP實現數據終端 的接入，由微處理器控制 TC35i 模塊 ，采用 PPP 協議實現 。 （ 1） 、 物理層 該終端與 GPRS 網絡之間的物理層通道就是 GPRS 連接。具體的 GPRS 協議都已被做在 GPRS通訊模塊中，通過數據端對 GPRS 模塊正確的 AT 指令設置后，就可以進行 AT 撥號指令進行撥號連接。當收到 GPRS 模塊的撥號反饋應答后，一條物理通道即 GPRS 信道就在本終端中 GPRS 模塊和GPRS 網絡之間建立了起來。 驅動程序層是數據鏈路層和物理層的接口，用于將協議棧產生的數據發(fā)送給 TC35i，或接收 TC3 5i 傳遞的數據。 （ 2） 、 數據鏈路 層 TCP/IP 協議支持多種不同的鏈路層協議，如以太網、令牌環(huán)網、 FDDI(光纖分布式數據接口 )及RS232 串行鏈路等。本系統中 TC35i 與 CPU 之間采用三線制 RS232 方式連接，鏈路層使用 PPP 協議進行通訊。 在物理層之上， PPP( Point to Point Protocol)協議是為在同等單元之間傳輸數據包而設計的簡單鏈路層協議，其提供了全雙工操作，并按照順序傳遞數據包。 PPP 協議設計的目的主要是通過撥號或專線方式建立點對點連接發(fā)送數據。 作為標準協議的完整集合， PPP 協議已經為工業(yè)界廣泛接 收。 PPP 協議的數據幀結構如表 所示。串口中斷接收程序首先以包起始和結束符來判斷是否有完整的 PPP 包，并對 PPP 包的內容進行校驗，以確定數據包的完整性和正確性。 表 PPP 協議的數據幀結構 標志 地址 控制 協議 0021 IP數據報 CRC 標志 7E 本系統利用 PPP 協議封裝正數據報。 PPP 協議的封裝需要注意字符轉義問題。利用 GPRS 業(yè)務進行通訊前，設備首先必須與 GPRS 網絡進行協商以建立 PPP 鏈路，即協商點到點的各種鏈路參數配置。 一個典型的鏈路創(chuàng)建過程分成三個階段 :第一階段為鏈路創(chuàng)建階段，使 用了鏈路控制協議LCP(Link Control Protocol ) ，用于建立、構造、測試鏈路連接 。第二階段為認證階段，使用口令驗證協議挑戰(zhàn)握手認證協議第三階段為網絡協商階段，使用了 IP 控制協議，用于設置網絡協議環(huán)境，并分配 IP 地址。 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 19 頁 共 43 頁 協商機制用有限狀態(tài)機模型來實現。一旦協商完成， PPP 鏈路已經創(chuàng)建 IPl 地址已經分配，就可以按照協商的標準進行 IP 報文的傳輸了。 該系統軟件設計部分利用函數來實現 PPP 鏈路建立過程中的三階段。 PPPRxTaks 任務接收到 PPP 數據幀后，首先根據協議字段值來判斷數據幀內容， 如果為正數據 報，則調用護處理函數 PIRx。如果 PPP 數據幀封裝的是 PPP 協商協議，則調用相應的 LCPHandler、PAPHandler 和護 CPHandler 函數進行處理。 PPPTX 函數用于把從網絡層接收到的護數據報封裝成PPP 數據幀，再調用函數通過 TC35i 發(fā)送。 其次， PPPRxTask 任務用于處理接收到的 PPP 數據幀，根據 PPP 數據幀協議域字段值選擇不同的協議處理。 PPPTxO 本函數用于將 IP 數據報封裝成 PPP 數據幀并調用函數發(fā)送。 LCPHandler ()函數通過與 GPRS 網絡協商鏈路選項來創(chuàng)建 鏈路。 PAPHandler ()函數用于進行用戶認證。 IPHandler()函數用于配置 IP 網絡，并獲得動態(tài) IP 地址。（ 3） 、 網絡層 IP 協議作為網絡層協議，主要是將數據流切割成適當的包大小，然后將這些包通過選擇路由，利用不同的路由來傳送包到目的地 IP。 IP 協議位于 PPP 協議之上，是目前運用最廣泛的網絡層協議，是 TCP/IP 協議族中最為核心的協議，包括 IP 協議、 CIMP 協議等，所有上層協議包括 TCP、 UDP等數據都以 IP 數據報傳輸。 IP 提供最好的傳輸服務，但它不能保證正數據報能成功到達目的地，是不可靠的連 接。 ICMP 協議用于傳遞差錯報文和其他需要注意的信息，是封裝在正協議中傳輸。通常，可以將 ICMP 報文分成查詢報文和差錯報文兩種類型。借助于 ICMP 協議，我們可以判斷 Inter網絡上某一個主機是否可以訪問，這也是 ICMP 協議使用最多的方面。因為本設計所實現的 GPRS系統為數據終端設備，無需路由轉發(fā)功能，且每次通訊量較短，因此本設計對協議的實現進行了簡化，去除了 IP 報的路由和分片重組功能，減少了程序對系統資源的占用。 IP 數據報的格式如表 所示。 表 IP 數據報格式 4 位版本 4 位首部長度 8 位 服務類型（ TOS） 16 位總長度 （字節(jié)數） 16 位標識 3 位標志 13 位片偏移 8 位生存時間 （ TTL） 8 位協議 16 位首部檢驗和 32 位源 IP 地址 32 位源 IP 地址 選項 數據 在網絡層 ,主要實現了 IP、 ICMP 協議。網絡層創(chuàng)建了兩個函數 :IPRX 函數用于接收鏈路層傳遞的IP 數據報，根據少數據報協議字段值來決定該數據報是傳遞給 CIMP 處理模塊還是 UDP 處理模塊。 IPTX 函數用于接收 ICMP 數據報或 UDP 數據報，封裝成 IP 數據報傳遞給鏈路層。 （ 4） 、 傳輸層 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 20 頁 共 43 頁 IP 協議沒有提供 一個機制去檢測數據報是否成功到達目的地，也不關心數據報是否丟失、重復或者損壞，它依靠傳輸層的協議來保證一個可靠的傳輸。 傳輸層主要為兩臺主機上的應用程序提供端到端的通信，有兩個不同的傳輸協議 :TCP(傳輸控制協議 )和 UDP(用戶數據報協議 )。 TCP 提供了一種可靠的連接，這意味著它可以發(fā)現并恢復錯誤， TCP 還提供了一種流控機制，可以防止高速設備以過快的速度向慢速設備發(fā)送數據。 采用了 TCP 作為傳輸層協議，是為了彌補 IP 連接不可靠的不足，為上層數據傳輸提供面向連接的、可靠的服務。 當然，所有這些功能都是以系統 的延時、帶寬和吞吐量為代價的。而 UDP 是一種不可靠的、無連接的傳輸層協議，不可靠意味著不能保證數據一定能夠無錯的到達對方，首部只有 8 個字節(jié)，實現較容易。由于 UDP 具有很少的頭字節(jié)，能夠有效利用帶寬。與 TCP 協議相比， UDP 能夠減少數據流量，這在 GPRS 業(yè)務中即意味著運營費用的節(jié)省。因此，本系統的協議棧中傳輸層采用了 UDP協議，為了保證 UDP 傳輸的正確，采用偽首部校驗和計算方法計算 UDP 的校驗和。 UDP 數據報的格式如表 所示。 表 UDP 數據報格式表 16 位源端口號 16 位目的端口號 16 位 UDP 長度 16 位 UDP 校驗和 數據（如果有） UDP 協議的實現建立在砰層協議之上，用于在應用層和