【正文】 S3C2410X 看門狗電路示意圖 如圖 所示。在一個完整的嵌入式系統(tǒng)或單片機最小系統(tǒng)中通常都有看門狗定時器，且一般集成在處理器芯片中，在 S3C2410X 中就有一個 16 位的看門狗定時器，它有兩個功能 :一是作為常規(guī)定時器使用，并且可以產生中斷 。輸入時鐘為 MCLK(該時鐘頻率等于系統(tǒng)的主頻 )，它經過兩級分頻，最后將分頻后的時鐘作為該定時器的輸入時鐘，當計數(shù)器期滿后可以產生中斷或者復位信號。利用該協(xié)議可實現(xiàn)對具有 JTAG 接口的芯片硬件電路進行邊界掃描和故障檢測，并且通過 JTAG 接口與 ARM 內核通訊時無需占用片上 資源。 JTAG 接口比較簡單，將相應引腳引出即可。在設計中已經選擇了目標系統(tǒng)的硬件開發(fā)平臺，接著主要是設計 GPRS 系統(tǒng)的軟件組成部分。鍵盤操作是用戶的 I/O 接口，用戶的所有指令都需要通過鍵盤來實現(xiàn)。鍵盤模塊程序流程圖如圖 所示。調試運行正確后，下載到 S3C2410X 微處理器上，從而實現(xiàn)鍵盤對該系統(tǒng)的智能化控制。在實時操作系統(tǒng)下通過多任務調度，即可實現(xiàn) RS232 數(shù)據(jù)和中心站的相互通信。如果收到配置命 :令，則進入配置狀態(tài) 。接著通過串口向 GPRS 無線模塊發(fā)送相應的燈指令， GPRS 終端開始進行撥號和 PPP 協(xié)商過程。 本設計的 GPRS 無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)的幾個主要設計目標 : （ 1）、透明數(shù)據(jù)傳輸 :為用戶終端和用戶服務器之間提供透明的數(shù)據(jù)傳輸是 GPRS 無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)的最基本功能。 （ 3）、短消息數(shù)據(jù)備用通道 :如果因某種原因，用戶終端不能連接服務器，那么 GPRS 無線數(shù)據(jù)終端需要短消息數(shù)據(jù)備用通道，接收外 界的參數(shù)配置和 GPRS 無線數(shù)據(jù)終端的重啟，如改變 GPRS無線數(shù)據(jù)終端連接服務器的域名、端口，使 GPRS 無線數(shù)據(jù)終端連接到另外一臺服務器等各種設置功能。 （ 4）、支持 RS232 接口 :用戶終端與 GPRS 無線數(shù)據(jù)終端的數(shù)據(jù)通道是 RS232 接口。 （ 6）、自動復 位功能，如果出現(xiàn)故障會自動使 GPRS 通信模塊復位重新登陸到網絡。它為基于 ARM 核的嵌入式應用提供了一套完備的開發(fā)方案。 本次設計采用 ADT IDE 開發(fā)工具 ADT IDE 的模擬仿真 (1)、工程文件的建立 (i) 建立工程 安裝完 ADT IDE 并重新 啟動計算機后，就可以開始創(chuàng)建工程。在該頁中的 Target devices 框內選則目標連接設備 ARM9Simple，因為該目標平臺使用的 CPU 是 S3C2410X，它使用 ARM 內核， 我們這里使用簡易仿真器調試， 所以此處選擇 ARM9Simple。在 Project name 文本框輸入工程的名稱 gprs,在 Location 列表框中修改該工 程的保存路徑 F:\ARM\gprs,最后在 Project type 下拉列表陜西理工學院畢業(yè)設計 第 13 頁 共 43 頁 框中選擇 EXEC，表示該工程要生成一個可執(zhí)行代碼。 圖 ADT IDE 創(chuàng)建工程的對話框 (iii) 建立一個新的代碼文件，輸入試驗代碼并存盤 在 ADT IDE 開發(fā)界面中，打開 ADT IDE 創(chuàng)建文件對話框圖，選擇 File 菜單的 New 選項，并選擇 File 頁， ADT IDE 創(chuàng)建文件對話框如圖 。如果創(chuàng)建前三種類型的文件，則 IDE 會在輸入的文件名 Filename后分別添加后綴“ .C”、“ .S”和“ .h” ,可在創(chuàng)建文件時加入到工程中。 圖 ADT IDE 創(chuàng)建文件對話框 圖 ADT IDE 為用戶提供高效明晰的圖形化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(tǒng)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。 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。在 Debugger device 下拉列表中選擇調試設備。 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。 None 選項表示連接目標板厚系統(tǒng)無任何行為。 圖 ADT IDE 工程設置 Debug 頁對話框 （ iii） Compile 頁設置 編譯器的參數(shù)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。該頁中的命令行參數(shù)用于匯編器，用戶的所有 設置顯示在 Assemble options 的編輯框中。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。本次設計沒有匯編代碼，所以無需修改默認的配置。該頁中的命令參數(shù)用于 GNU 鏈接器，用戶的所有設置顯示在 Link options 編輯框中。 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。 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。調試器連接成功后自動進入調試狀態(tài)。 （ 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(tǒng)存儲器中。 （ 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(xiàn)。 修改無誤后將程序通過燒錄器燒錄在 ARM92410開發(fā)板上。所以通 訊協(xié)議的實現(xiàn)也是系統(tǒng)軟件實現(xiàn)的主要任務。在該部分的設計中，需要利用 TCP/IP 協(xié)議來完成 GPRS 業(yè)務數(shù)據(jù)的裝幀和拆幀，但由于資源有限，需對 TCP/IP 協(xié)議進行合理地簡化，采用分層的結構實現(xiàn)。 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(tǒng) ADT 1000 的開發(fā)環(huán)境，使編程方式實現(xiàn)了軟件功能。DTU 發(fā)送數(shù)據(jù)時，按應用層 (用戶數(shù)據(jù) )一傳輸層 (UDP)一網絡層 (IP)一數(shù)據(jù)鏈路層 (PPP)~物理層 (串口 )順序進行數(shù)據(jù)封裝 。上層函數(shù)的實現(xiàn)需要應用到底層函數(shù)，而底層函數(shù)的任務是為上層函數(shù)提供服務，最終完成應用層任務 — 傳輸數(shù)據(jù)。傳輸層為主機上的應用程序提供端到端的通信，采用 UDP 協(xié)議 。數(shù)據(jù)鏈路層采用 EP over PPP實現(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)議實現(xiàn) 。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 指令設置后，就可以進行 AT 撥號指令進行撥號連接。 驅動程序層是數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的接口，用于將協(xié)議棧產生的數(shù)據(jù)發(fā)送給 TC35i，或接收 TC3 5i 傳遞的數(shù)據(jù)。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)議進行通訊。 PPP 協(xié)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(shù)據(jù)。 PPP 協(xié)議的數(shù)據(jù)幀結構如表 所示。 表 PPP 協(xié)議的數(shù)據(jù)幀結構 標志 地址 控制 協(xié)議 0021 IP數(shù)據(jù)報 CRC 標志 7E 本系統(tǒng)利用 PPP 協(xié)議封裝正數(shù)據(jù)報。利用 GPRS 業(yè)務進行通訊前，設備首先必須與 GPRS 網絡進行協(xié)商以建立 PPP 鏈路，即協(xié)商點到點的各種鏈路參數(shù)配置。第二階段為認證階段，使用口令驗證協(xié)議挑戰(zhàn)握手認證協(xié)議第三階段為網絡協(xié)商階段，使用了 IP 控制協(xié)議，用于設置網絡協(xié)議環(huán)境，并分配 IP 地址。一旦協(xié)商完成， PPP 鏈路已經創(chuàng)建 IPl 地址已經分配，就可以按照協(xié)商的標準進行 IP 報文的傳輸了。 PPPRxTaks 任務接收到 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)幀內容， 如果為正數(shù)據(jù) 報，則調用護處理函數(shù) PIRx。 PPPTX 函數(shù)用于把從網絡層接收到的護數(shù)據(jù)報封裝成PPP 數(shù)據(jù)幀，再調用函數(shù)通過 TC35i 發(fā)送。 PPPTxO 本函數(shù)用于將 IP 數(shù)據(jù)報封裝成 PPP 數(shù)據(jù)幀并調用函數(shù)發(fā)送。 PAPHandler ()函數(shù)用于進行用戶認證。（ 3） 、 網絡層 IP 協(xié)議作為網絡層協(xié)議，主要是將數(shù)據(jù)流切割成適當?shù)陌笮?，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 提供最好的傳輸服務，但它不能保證正數(shù)據(jù)報能成功到達目的地，是不可靠的連 接。通常，可以將 ICMP 報文分成查詢報文和差錯報文兩種類型。因為本設計所實現(xiàn)的 GPRS系統(tǒng)為數(shù)據(jù)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(xié)議的實現(xiàn)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(tǒng)資源的占用。 表 IP 數(shù)據(jù)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(shù)） 16 位標識 3 位標志 13 位片偏移 8 位生存時間 （ TTL） 8 位協(xié)議 16 位首部檢驗和 32 位源 IP 地址 32 位源 IP 地址 選項 數(shù)據(jù) 在網絡層 ,主要實現(xiàn)了 IP、 ICMP 協(xié)議。 IPTX 函數(shù)用于接收 ICMP 數(shù)據(jù)報或 UDP 數(shù)據(jù)報，封裝成 IP 數(shù)據(jù)報傳遞給鏈路層。 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(xié)議 :TCP(傳輸控制協(xié)議 )和 UDP(用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議 )。 采用了 TCP 作為傳輸層協(xié)議，是為了彌補 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。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對方，首部只有 8 個字節(jié)，實現(xiàn)較容易。與 TCP 協(xié)議相比， UDP 能夠減少數(shù)據(jù)流量，這在 GPRS 業(yè)務中即意味著運營費用的節(jié)省。 UDP 數(shù)據(jù)報的格式如表 所示。接收數(shù)據(jù)時，網絡層通過調用函數(shù) UDPTX 來處理接收到的 UDP 數(shù)據(jù)報，提取用戶數(shù)據(jù)后將其發(fā)送給應用層。本設計將配置參數(shù)保存在 Flash 中，在系統(tǒng)上電時從 Flash中讀取。 GPRS 模塊的初始化 在系統(tǒng)啟動之后必須先進行一些初始化工作。 gprs_init()； 通過調用如下函數(shù)實現(xiàn) GPRS 的模塊復位： gprs_pwr_on_off(GPRS_PWR_ON)； 撥號模塊 撥號接入是由 Dialup Task 任務實現(xiàn)的。在完成參數(shù)配置并保存后，將系統(tǒng)復位按照新配置運行。 PPP 鏈路的協(xié)商建立過程是通過 AT 指令發(fā)起的。完成協(xié)商后即在設備和 GPRS 網絡之間創(chuàng)建了 PPP 鏈路，設備以 GPRS方式接入 Inter。在實際使用時，用如下的 AT 命令實現(xiàn) :AT 十CGDCONT=1，“ IP”，“ CMNET”，該命令表示數(shù)據(jù)包使用的 IP 協(xié)議，網關設置為中國移動通訊網 CMNET。 ③ 撥號 同使用電話線上網需要撥中國電信的專用號碼一樣，使用 GPRS 上網需要撥中國移動的專用接入碼，號碼是 *99***1。 ④ LCP 配置 在用戶撥號后，作為應答， SIP 服務器向客戶機發(fā)送 LCP 配置包，客戶機必須根據(jù) PPP 協(xié)議的要求以及系統(tǒng)的需求進行應答，在雙方都認可 LCP 配置后， LCP 配置完成。在 GPRS 中，客戶機應主動向 SIP 服務器發(fā)送 PAP 請求包，在客戶機收到 ISP 發(fā)送的過來的 PAP 確認包后， PAP 認證通過。 經 過上面的過程， GPRS 終端獲得了 IP 地址。GPRS 終端在撥號后，主動將含有 GPRS 終端正地址信息的數(shù)據(jù)包發(fā)送給系統(tǒng)管理終端，在地址包交換成功后，將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)進行封裝，就可以進行 GPRS 數(shù)據(jù)通訊了。接收數(shù)據(jù)時，GPRS 終端從無線界面上接收到數(shù)據(jù)幀，經協(xié)議處理模塊拆封后，提取用戶數(shù)據(jù)發(fā)送給 RSZ232 接口。 短消息通訊模塊 GPRS 系統(tǒng)在軟件設計上根據(jù)傳輸模式分為短信模式和 GPRS 模式兩種數(shù)據(jù)傳輸方式，通信以陜西理工學院畢業(yè)設計 第 22 頁 共 43 頁 GPRS 模式為主，短信為輔。短消息模塊實現(xiàn)了通過短消息收發(fā)數(shù)據(jù)的功能，收發(fā)功能分別由 SMSRx Task 和 SMSTx Task 任務實現(xiàn)。 在線檢測模塊