【文章內(nèi)容簡介】 嵌入式應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境，包括一整套完備的面向嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)和調(diào)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(diào)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(shè)置、運(yùn)行、調(diào)試嵌入式應(yīng)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(jīng)過優(yōu)化和嚴(yán)格測試，支持 C 語言、匯編語言等。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁 共 43 頁 (2)、 工程壞境的配置 （ i） General 頁設(shè)置 General 頁包括調(diào)試設(shè)備的選擇以及回復(fù)缺省配置參數(shù)功能， ATD IDE 工程設(shè)置對話框 如圖 所示。在 Debugger device 下拉列表中選擇調(diào)試設(shè)備。 這里選擇 ARM9Simple。 圖 ATD IDE 工程設(shè)置對話框 （ ii） Debug 頁設(shè)置 Download case 選項(xiàng)位用戶提供了兩種下載調(diào)試文件的途徑： Build Case（編譯設(shè)置方案）和Customize Case（客戶配置方案），在編譯設(shè)置方案中，集成調(diào)試環(huán)境將選擇當(dāng)前工程文件的輸出文件（ .elf 文件）為程序下載文件和調(diào)試信息文件，此時(shí)， Customized case 以及 Endian 中的選項(xiàng)均不可設(shè)置。如果選擇客戶配置方案，則以上選項(xiàng)均可有用戶執(zhí)行設(shè)置，而與當(dāng)前工程無關(guān)。 None 選項(xiàng)表示連接目標(biāo)板厚系統(tǒng)無任何行為。 ADT IDE 工程設(shè)置 Debug 頁對話框如圖 所示。 圖 ADT IDE 工程設(shè)置 Debug 頁對話框 （ iii） Compile 頁設(shè)置 編譯器的參數(shù)可通過工程配置對話框的 Compile 頁進(jìn)行修改， ADT IDE 工程設(shè)置 Compile 頁對話框如圖 所示。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁 共 43 頁 圖 ADT IDE 工程設(shè)置 Compile 頁對話框 (iv) Assemble 頁設(shè)置 GNU Tools for ARM 編譯器的 Assemble 頁如圖 所示。該頁中的命令行參數(shù)用于匯編器，用戶的所有 設(shè)置顯示在 Assemble options 的編輯框中。工程在出事創(chuàng)建時(shí)，系統(tǒng)提供缺省設(shè)置參數(shù)。在 Assemble 頁 中， Category 下拉列表框中又包含積累匯編器選項(xiàng)，在該下拉列表框中可切換選擇各類選項(xiàng)。同樣，在一般情況下只需在 General 選項(xiàng)下設(shè)置頭文件的包含路徑。本次設(shè)計(jì)沒有匯編代碼，所以無需修改默認(rèn)的配置。 圖 ADT IDE 工程設(shè)置 Assemble 頁對話框 (v) Link 頁設(shè)置 鏈接器的參數(shù)可通過工程對話框的 Link 頁進(jìn)行修改。該頁中的命令參數(shù)用于 GNU 鏈接器，用戶的所有設(shè)置顯示在 Link options 編輯框中。 ADT IDE 工程設(shè)置 Link 頁對話框 如圖 所示。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁 共 43 頁 圖 ADT IDE 工程設(shè)置 Link 頁對話框 （ vi） Directory 頁設(shè)置 在 Directory 頁 可以添加補(bǔ)充的源文件目錄。在調(diào)試程序時(shí)，如果在本工程中沒有找到對應(yīng)源代碼，則會繼續(xù)查找在此處設(shè)置的路徑， ADT IDE 工程設(shè)置 Link 頁 Library Search Path 選項(xiàng) 對話框 如圖 所示， ADT IDE 工程設(shè)置 Directory 頁 對話框 如圖 所示。 圖 ADT IDE 工程設(shè)置 Link 頁 Library Search Path 選項(xiàng)對話框 圖 ADT IDE 工程設(shè)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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(diǎn)和文件節(jié)點(diǎn)的右鍵菜單完成。 (4)、 工程的調(diào)試 （ 1）連接調(diào)試器 調(diào)試器的連接包括調(diào)試器的硬件和軟件連接。調(diào)試器連接成功后自動進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)。通過選擇菜單單項(xiàng) Debug→ Remote connect 實(shí)現(xiàn)。 （ 2）下 載程序 正確連接目標(biāo)后，就可以下載可執(zhí)行目標(biāo)文件愛你到目標(biāo)系統(tǒng)存儲器中。通過選擇菜單項(xiàng) Debug→Download實(shí)現(xiàn)。 （ 3）調(diào)試和執(zhí)行程序 運(yùn)行程序必須在調(diào)試狀態(tài)的停止子狀態(tài)進(jìn)行，通過選擇菜單單項(xiàng) Debug→ Go或者單擊 Debug工具欄中的 Go按鈕來實(shí)現(xiàn)。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(diào)試界面圖 本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的是基于嵌入式的 GPRS 無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)，主要目標(biāo)是利用 GPRS 網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程控制中心無線通訊。所以通 訊協(xié)議的實(shí)現(xiàn)也是系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)的主要任務(wù)。 TCP/IP 協(xié)議定義了網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層的公眾規(guī)程特性，用以提供網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)行不同操作系統(tǒng)的各類計(jì)算機(jī)之間相互通信。在該部分的設(shè)計(jì)中，需要利用 TCP/IP 協(xié)議來完成 GPRS 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的裝幀和拆幀，但由于資源有限，需對 TCP/IP 協(xié)議進(jìn)行合理地簡化，采用分層的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。簡化層次的目的是為了便于系統(tǒng)的軟件調(diào)試，提高編程效率。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁 共 43 頁 在設(shè)計(jì)中，利用嵌入式仿真操作系統(tǒng) ADT 1000 的開發(fā)環(huán)境，使編程方式實(shí)現(xiàn)了軟件功能。 GPRS終端實(shí)現(xiàn)的協(xié)議棧是 TCP/ IP， 簡化后的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要有 UDP 協(xié)議、 IP 協(xié)議、 IMP 協(xié)議、 PPP 協(xié)議。DTU 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，按應(yīng)用層 (用戶數(shù)據(jù) )一傳輸層 (UDP)一網(wǎng)絡(luò)層 (IP)一數(shù)據(jù)鏈路層 (PPP)~物理層 (串口 )順序進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝 。而在接收數(shù)據(jù)時(shí)，以相反的 順序進(jìn)行解封裝。上層函數(shù)的實(shí)現(xiàn)需要應(yīng)用到底層函數(shù)，而底層函數(shù)的任務(wù)是為上層函數(shù)提供服務(wù)，最終完成應(yīng)用層任務(wù) — 傳輸數(shù)據(jù)。 各層的功能是 : 應(yīng)用層負(fù)責(zé)處理特定的應(yīng)用程序細(xì)節(jié) 。傳輸層為主機(jī)上的應(yīng)用程序提供端到端的通信，采用 UDP 協(xié)議 。網(wǎng)絡(luò)層為主要每一次鏈接具體分配一個(gè) IP 地址。數(shù)據(jù)鏈路層采用 EP over PPP實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)終端 的接入，由微處理器控制 TC35i 模塊 ，采用 PPP 協(xié)議實(shí)現(xiàn) 。 （ 1） 、 物理層 該終端與 GPRS 網(wǎng)絡(luò)之間的物理層通道就是 GPRS 連接。具體的 GPRS 協(xié)議都已被做在 GPRS通訊模塊中，通過數(shù)據(jù)端對 GPRS 模塊正確的 AT 指令設(shè)置后，就可以進(jìn)行 AT 撥號指令進(jìn)行撥號連接。當(dāng)收到 GPRS 模塊的撥號反饋應(yīng)答后，一條物理通道即 GPRS 信道就在本終端中 GPRS 模塊和GPRS 網(wǎng)絡(luò)之間建立了起來。 驅(qū)動程序?qū)邮菙?shù)據(jù)鏈路層和物理層的接口，用于將協(xié)議棧產(chǎn)生的數(shù)據(jù)發(fā)送給 TC35i，或接收 TC3 5i 傳遞的數(shù)據(jù)。 （ 2） 、 數(shù)據(jù)鏈路 層 TCP/IP 協(xié)議支持多種不同的鏈路層協(xié)議，如以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)、 FDDI(光纖分布式數(shù)據(jù)接口 )及RS232 串行鏈路等。本系統(tǒng)中 TC35i 與 CPU 之間采用三線制 RS232 方式連接，鏈路層使用 PPP 協(xié)議進(jìn)行通訊。 在物理層之上， PPP( Point to Point Protocol)協(xié)議是為在同等單元之間傳輸數(shù)據(jù)包而設(shè)計(jì)的簡單鏈路層協(xié)議，其提供了全雙工操作，并按照順序傳遞數(shù)據(jù)包。 PPP 協(xié)議設(shè)計(jì)的目的主要是通過撥號或?qū)＞€方式建立點(diǎn)對點(diǎn)連接發(fā)送數(shù)據(jù)。 作為標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的完整集合， PPP 協(xié)議已經(jīng)為工業(yè)界廣泛接 收。 PPP 協(xié)議的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如表 所示。串口中斷接收程序首先以包起始和結(jié)束符來判斷是否有完整的 PPP 包，并對 PPP 包的內(nèi)容進(jìn)行校驗(yàn)，以確定數(shù)據(jù)包的完整性和正確性。 表 PPP 協(xié)議的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu) 標(biāo)志 地址 控制 協(xié)議 0021 IP數(shù)據(jù)報(bào) CRC 標(biāo)志 7E 本系統(tǒng)利用 PPP 協(xié)議封裝正數(shù)據(jù)報(bào)。 PPP 協(xié)議的封裝需要注意字符轉(zhuǎn)義問題。利用 GPRS 業(yè)務(wù)進(jìn)行通訊前，設(shè)備首先必須與 GPRS 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行協(xié)商以建立 PPP 鏈路，即協(xié)商點(diǎn)到點(diǎn)的各種鏈路參數(shù)配置。 一個(gè)典型的鏈路創(chuàng)建過程分成三個(gè)階段 :第一階段為鏈路創(chuàng)建階段，使 用了鏈路控制協(xié)議LCP(Link Control Protocol ) ，用于建立、構(gòu)造、測試鏈路連接 。第二階段為認(rèn)證階段，使用口令驗(yàn)證協(xié)議挑戰(zhàn)握手認(rèn)證協(xié)議第三階段為網(wǎng)絡(luò)協(xié)商階段，使用了 IP 控制協(xié)議，用于設(shè)置網(wǎng)絡(luò)協(xié)議環(huán)境，并分配 IP 地址。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁 共 43 頁 協(xié)商機(jī)制用有限狀態(tài)機(jī)模型來實(shí)現(xiàn)。一旦協(xié)商完成， PPP 鏈路已經(jīng)創(chuàng)建 IPl 地址已經(jīng)分配，就可以按照協(xié)商的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行 IP 報(bào)文的傳輸了。 該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分利用函數(shù)來實(shí)現(xiàn) PPP 鏈路建立過程中的三階段。 PPPRxTaks 任務(wù)接收到 PPP 數(shù)據(jù)幀后，首先根據(jù)協(xié)議字段值來判斷數(shù)據(jù)幀內(nèi)容， 如果為正數(shù)據(jù) 報(bào)，則調(diào)用護(hù)處理函數(shù) PIRx。如果 PPP 數(shù)據(jù)幀封裝的是 PPP 協(xié)商協(xié)議，則調(diào)用相應(yīng)的 LCPHandler、PAPHandler 和護(hù) CPHandler 函數(shù)進(jìn)行處理。 PPPTX 函數(shù)用于把從網(wǎng)絡(luò)層接收到的護(hù)數(shù)據(jù)報(bào)封裝成PPP 數(shù)據(jù)幀，再調(diào)用函數(shù)通過 TC35i 發(fā)送。 其次， PPPRxTask 任務(wù)用于處理接收到的 PPP 數(shù)據(jù)幀，根據(jù) PPP 數(shù)據(jù)幀協(xié)議域字段值選擇不同的協(xié)議處理。 PPPTxO 本函數(shù)用于將 IP 數(shù)據(jù)報(bào)封裝成 PPP 數(shù)據(jù)幀并調(diào)用函數(shù)發(fā)送。 LCPHandler ()函數(shù)通過與 GPRS 網(wǎng)絡(luò)協(xié)商鏈路選項(xiàng)來創(chuàng)建 鏈路。 PAPHandler ()函數(shù)用于進(jìn)行用戶認(rèn)證。 IPHandler()函數(shù)用于配置 IP 網(wǎng)絡(luò)，并獲得動態(tài) IP 地址。（ 3） 、 網(wǎng)絡(luò)層 IP 協(xié)議作為網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，主要是將數(shù)據(jù)流切割成適當(dāng)?shù)陌笮。缓髮⑦@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(xié)議位于 PPP 協(xié)議之上，是目前運(yùn)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，是 TCP/IP 協(xié)議族中最為核心的協(xié)議，包括 IP 協(xié)議、 CIMP 協(xié)議等，所有上層協(xié)議包括 TCP、 UDP等數(shù)據(jù)都以 IP 數(shù)據(jù)報(bào)傳輸。 IP 提供最好的傳輸服務(wù)，但它不能保證正數(shù)據(jù)報(bào)能成功到達(dá)目的地，是不可靠的連 接。 ICMP 協(xié)議用于傳遞差錯報(bào)文和其他需要注意的信息，是封裝在正協(xié)議中傳輸。通常，可以將 ICMP 報(bào)文分成查詢報(bào)文和差錯報(bào)文兩種類型。借助于 ICMP 協(xié)議，我們可以判斷 Inter網(wǎng)絡(luò)上某一個(gè)主機(jī)是否可以訪問，這也是 ICMP 協(xié)議使用最多的方面。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的 GPRS系統(tǒng)為數(shù)據(jù)終端設(shè)備，無需路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，且每次通訊量較短，因此本設(shè)計(jì)對協(xié)議的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了簡化，去除了 IP 報(bào)的路由和分片重組功能，減少了程序?qū)ο到y(tǒng)資源的占用。 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的格式如表 所示。 表 IP 數(shù)據(jù)報(bào)格式 4 位版本 4 位首部長度 8 位 服務(wù)類型（ TOS） 16 位總長度 （字節(jié)數(shù)） 16 位標(biāo)識 3 位標(biāo)志 13 位片偏移 8 位生存時(shí)間 （ TTL） 8 位協(xié)議 16 位首部檢驗(yàn)和 32 位源 IP 地址 32 位源 IP 地址 選項(xiàng) 數(shù)據(jù) 在網(wǎng)絡(luò)層 ,主要實(shí)現(xiàn)了 IP、 ICMP 協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)層創(chuàng)建了兩個(gè)函數(shù) :IPRX 函數(shù)用于接收鏈路層傳遞的IP 數(shù)據(jù)報(bào)，根據(jù)少數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議字段值來決定該數(shù)據(jù)報(bào)是傳遞給 CIMP 處理模塊還是 UDP 處理模塊。 IPTX 函數(shù)用于接收 ICMP 數(shù)據(jù)報(bào)或 UDP 數(shù)據(jù)報(bào)，封裝成 IP 數(shù)據(jù)報(bào)傳遞給鏈路層。 （ 4） 、 傳輸層 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁 共 43 頁 IP 協(xié)議沒有提供 一個(gè)機(jī)制去檢測數(shù)據(jù)報(bào)是否成功到達(dá)目的地，也不關(guān)心數(shù)據(jù)報(bào)是否丟失、重復(fù)或者損壞，它依靠傳輸層的協(xié)議來保證一個(gè)可靠的傳輸。 傳輸層主要為兩臺主機(jī)上的應(yīng)用程序提供端到端的通信，有兩個(gè)不同的傳輸協(xié)議 :TCP(傳輸控制協(xié)議 )和 UDP(用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 )。 TCP 提供了一種可靠的連接，這意味著它可以發(fā)現(xiàn)并恢復(fù)錯誤， TCP 還提供了一種流控機(jī)制，可以防止高速設(shè)備以過快的速度向慢速設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。 采用了 TCP 作為傳輸層協(xié)議，是為了彌補(bǔ) IP 連接不可靠的不足，為上層數(shù)據(jù)傳輸提供面向連接的、可靠的服務(wù)。 當(dāng)然，所有這些功能都是以系統(tǒng) 的延時(shí)、帶寬和吞吐量為代價(jià)的。而 UDP 是一種不可靠的、無連接的傳輸層協(xié)議，不可靠意味著不能保證數(shù)據(jù)一定能夠無錯的到達(dá)對方，首部只有 8 個(gè)字節(jié)，實(shí)現(xiàn)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(xié)議相比， UDP 能夠減少數(shù)據(jù)流量，這在 GPRS 業(yè)務(wù)中即意味著運(yùn)營費(fèi)用的節(jié)省。因此，本系統(tǒng)的協(xié)議棧中傳輸層采用了 UDP協(xié)議，為了保證 UDP 傳輸?shù)恼_，采用偽首部校驗(yàn)和計(jì)算方法計(jì)算 UDP 的校驗(yàn)和。 UDP 數(shù)據(jù)報(bào)的格式如表 所示。 表 UDP 數(shù)據(jù)報(bào)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(yàn)和 數(shù)據(jù)（如果有） UDP 協(xié)議的實(shí)現(xiàn)建立在砰層協(xié)議之上，用于在應(yīng)用層和