基于嵌入式系統(tǒng)的手機編程開發(fā)平臺

引 言
    隨著移動通信技術(shù)的飛速發(fā)展，手機已經(jīng)從單一的電話通信設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒕W(wǎng)絡(luò)終端，因此，近年來手機編程已經(jīng)成為一項重要的技術(shù)。手機是一個高新技術(shù)的集合體，包含了移動終端、嵌入式系統(tǒng)、數(shù)字信號處理以及通信協(xié)議設(shè)置等多項技術(shù)。手機編程開發(fā)平臺是集合了通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)、電子技術(shù)、軟件工程、操作系統(tǒng)等理論的軟硬件的教學與研究開發(fā)平臺。在這個開發(fā)平臺上開發(fā)相應(yīng)的程序，可以掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的流程與方法；可以根據(jù)使用者的需求，設(shè)計并實現(xiàn)手機的基本功能和擴展功能。

1 手機編程開發(fā)平臺總體結(jié)構(gòu)
    作為專業(yè)技術(shù)課程，手機編程技術(shù)的教學內(nèi)容包括系統(tǒng)設(shè)置、操作系統(tǒng)使用以及應(yīng)用軟件開發(fā)，因此，手機編程平臺必須支持各項教學內(nèi)容。另外，作為教學儀器，不僅需要滿足全部工程編程測試等技術(shù)環(huán)節(jié)的學習要求，同時，還必須具有系統(tǒng)靈活、調(diào)試方便等特點。因此，手機編程開發(fā)平臺硬件的設(shè)計應(yīng)滿足以下要求：支持移動公網(wǎng)通信功能，支持嵌入式設(shè)計基本功能，支持擴展操作功能，支持結(jié)構(gòu)調(diào)整，支持數(shù)字測試。
    根據(jù)上述要求，把手機編程系統(tǒng)設(shè)計劃分為硬件平臺和軟件平臺：硬件平臺采用了功能模塊化設(shè)計思想，有利于系統(tǒng)硬件的擴充與更改?；谀K化的設(shè)計中，把手機的硬件部分劃分為通信單元模塊、嵌入式系統(tǒng)模塊、音頻輸入／輸出模塊和電源模塊。各模塊在結(jié)構(gòu)與功能上完全獨立，且采用統(tǒng)一的接口規(guī)范，使各模塊能簡單方便地連接到一起，構(gòu)成完整的手機編程硬件平臺。
    考慮到降低開發(fā)成本以及移植與編程難度等因素，軟件開發(fā)平臺用嵌入式Linux操作系統(tǒng)作為開發(fā)平臺，包括Bootloader的設(shè)計、Linux操作系統(tǒng)移植、相關(guān)的驅(qū)動程序編寫、GUI移植等。
    軟件和硬件平臺相結(jié)合，形成了硬件開放、源碼公開、滿足手機編程開發(fā)需要的系統(tǒng)。這個系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)、GSM／CDMA、操作系統(tǒng)、GUI等技術(shù)的綜合技術(shù)體，構(gòu)建了一個完整的、開放的手機編程平臺。

2 手機編程開發(fā)平臺硬件結(jié)構(gòu)
    手機編程平臺系統(tǒng)中，需要處理的數(shù)據(jù)有兩大類：通信數(shù)據(jù)以及應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)。這里采用了雙處理器的解決方案，如圖1所示。

    ①公網(wǎng)通信模塊。利用一個微處理器(專用單片機)系統(tǒng)構(gòu)成通信電路模塊，專門處理與GSM／CDMA通信相關(guān)的任務(wù)。
    ②應(yīng)用程序處理模塊。利用嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成本地任務(wù)處理模塊，用來運行操作系統(tǒng)及其他應(yīng)用程序。
2．1 公網(wǎng)通信模塊
    公網(wǎng)通信模塊如圖2所示，采用市場上可購買到的手機模塊實現(xiàn)。以GSM公網(wǎng)通信模塊為例，手機模塊中包括天線、內(nèi)部Flash、SDRAM、GSM基帶處理器、電源等。GSM基帶處理器是手機模塊的核心部件，其作用相當于一個協(xié)議處理器，用來處理外部系統(tǒng)通過串口發(fā)送過來的AT指令。天線部分用來實現(xiàn)射頻信號發(fā)射一接收、調(diào)制一解調(diào)，以及射頻信號與基帶處理器之間的信號轉(zhuǎn)換。匹配電源為處理器及射頻部分提供所需的電源。

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2．2 應(yīng)用程序處理模塊
    應(yīng)用程序處理模塊用來實現(xiàn)手機控制和操作的全部功能。本應(yīng)用處理器模塊以S3C2410構(gòu)成的ARM9嵌入式微處理器系統(tǒng)為核心。應(yīng)用程序處理模塊包括嵌入式微處理器單元、音頻輸入輸出電路單元和電源單元，如圖3所示。

    圖3中，嵌入式微處理器系統(tǒng)模塊具有如下技術(shù)特點：CPU為Samsung S3C2410X，200 MHz主頻；2 MBNOR Flash，64 MB NAND Flash；64 MB SDRAM，由2片K4S561632組成，工作在32位模式下；3．5 in的TFT顯示屏，320×240像素；USB1．1標準Client接口，10M以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口，20針JTAG調(diào)試接口。
2．3 手機開發(fā)硬件系統(tǒng)
    在手機編程開發(fā)系統(tǒng)中，硬件系統(tǒng)平臺與PC機相連接，把PC機作為程序開發(fā)平臺，手機硬件系統(tǒng)平臺作為嵌入式目標系統(tǒng)。作為開發(fā)系統(tǒng)，手機開發(fā)硬件平臺的安裝比較簡單，如圖4所示。將JTAG電纜插入嵌入式系統(tǒng)單元的JTAG接口，另一端連接PC機并口，就完成了手機編程系統(tǒng)的硬件平臺連接。根據(jù)開發(fā)的需要，可用串口線連接PC機串口與手機編程系統(tǒng)的硬件平臺串口。所開發(fā)的手機應(yīng)用程序可以在手機硬件平臺系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)上獨立運行，同時程序處理模塊還可以通過網(wǎng)絡(luò)接口直接用于網(wǎng)絡(luò)通信。

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3 手機編程實驗臺軟件平臺的構(gòu)建
    手機編程實驗臺軟件平臺包括Bootloader、嵌入式 Linuxkernel、GUI QT和用戶驅(qū)動程序4個部分，Bootloader如圖5所示。代碼(即啟動代碼)是處理器復(fù)位后進入操作系統(tǒng)之前執(zhí)行的一段代碼，主要是為運行操作系統(tǒng)提供基本的運行環(huán)境，如初始化CPU和堆棧、初始化存儲器系統(tǒng)等。

    軟件平臺的邏輯操作如圖6所示。

4 手機編程開發(fā)平臺應(yīng)用程序設(shè)計
    作為基本技術(shù)學習的內(nèi)容，該基本的手機編程應(yīng)用程序主要是基于ARM的應(yīng)用處理模塊與GSM模塊，來實現(xiàn)相互通信的無線數(shù)據(jù)傳輸，包括應(yīng)用AT指令集的 GSM模塊數(shù)據(jù)讀寫子程序、鍵盤控制處理子程序、LCD顯示子程序等。此外，還提供了一個手機撥號及收發(fā)短信的程序。
    (1)主程序流程主程序的流程如圖7所示。首先對輸入?yún)?shù)進行檢查，完成對手機通信模塊的串口波特率的設(shè)置，同時對串口通信其他的一些屬性進行設(shè)置，從而保證手機通信模塊與GSM模塊的正確通信。初始化結(jié)束后，就可以建立鍵盤控制與讀GSM模塊子函數(shù)，此過程需要嵌入式Linux操作系統(tǒng)庫函數(shù)的支持。最后，主函數(shù)處于等待外部中斷請求的狀態(tài)中。外部中斷請求分別來自鍵盤輸入和外部呼叫。

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    (2)鍵盤控制流程
    鍵盤控制流程如圖8所示。鍵盤操作是用戶與無線通信系統(tǒng)的交互接口，用戶首先對系統(tǒng)所提供的各種服務(wù)菜單進行選擇，然后系統(tǒng)根據(jù)用戶的選擇對GSM模塊進行設(shè)置。之后進行鍵盤的初始化，顯示系統(tǒng)向用戶提供的各種服務(wù)菜單，并等待用戶選擇。最后對用戶的選擇進行判斷，并跳入相應(yīng)的服務(wù)程序中。

結(jié) 語
    手機編程技術(shù)是通信工程專業(yè)應(yīng)當學習的一項重要工程技術(shù)。本手機編程實驗平臺就是為了滿足手機編程技術(shù)的學習而設(shè)計的。構(gòu)建了基于嵌入式系統(tǒng)的手機編程硬件平臺和軟件平臺，不僅可以提供完整的編程系統(tǒng)，還提供了重要的手機程序驗證系統(tǒng)，對手機編程的教學和手機功能應(yīng)用的擴展開發(fā)具有很高的實用價值。