嵌入式通信系统软件研究

王文明

摘 要：随着工业化的深入，中国的制造业水平正与日俱增，而嵌入式通信系统正成为工业设计中的不可或缺部分。软件的设计是嵌入式通信系统的点睛之笔，在嵌入式通信系统中起到至关重要的作用。本文由介绍嵌入式通信系统的总体结构入手，分析在嵌入式通信系统上应用嵌入式LIUNX操作系统进行软件平台研发。通过对ADSL标准进行比较、分析，在此系统基础上优化设计嵌入式LIUNX操作系统的嵌入式通信系统ADSL收发器与嵌入式通信系统微处理器的软件接口，并编写针对性软件对其功能进行了有效性测试。

关键词：嵌入式系统软件；LIUNX操作系统；ADSL；ATM

一、嵌入式通信系统软件概述

1.嵌入式通信系统软件设计

以MPC850SAR为核心，嵌入式通信系统有多种通信接口可供选择，如USB、Etliernet、ATMUTOIPA、RS232、RS485、ISDN等待。在此硬件系统基础上，如何选择适合的嵌入式操作系统进行开发工作成为首要问题。本文选择基于MPC850SAR作为处理器的嵌入式通信系统案例，其在PowerPC内核的版本之上以RISC体系结构为基础，加入通用64位嵌入式通信控制器，集成微处理器、外设接口，构成专用通信芯片，提高了性价比，改善了网络协议处理能力。提供多个串行通道，通过编程实现通信协议的支持。

2、嵌入式通信系统软件LIUNX操作系统

嵌入式LIUNX系统系由精简后的标准LIUNX系统得到的，其与标准LIUNX系统一脉相承，具备LUNIX的绝大多数优点，任务调度高效，网络功能支持强健、安全等等。通过在LIUNX系统的内核中加载调度器，提高LIUNX系统的实效性。LIUNX系统本身源代码公开，作为其最大的优点，LIUNX系统是免费的，不像其他操作系统那样需要支付高额的许可费用，能大幅度地减小成本；另一方而，LIUNX系统有许多开发人员支持，大量且不断增加的开发工作对嵌入式通信系统研发者来说至关重要。嵌入式LIUNX系统的操作系统是专门为64位嵌入式通信系统设计、开发的。其基于GNU体系构架，用LIUNX系统为内核，构建可定制的嵌入式操作系统结构。

3.嵌入式通信系统软件开发环境

嵌入式通信系统开发环境是运行在开发主机上的，故开发主机可以由工作站、PC机等担任，其操作系统多为LIUNX系统、Widnows系统等工具丰富、界面友好的操作系统。目标机作为待开发的嵌入式硬件系统，主机和其之间通过串行口、以太网、仿真器等通信手段进行联系。开发工作皆在主机开发环境下进行编码、链接、编译、调试、下载等。生成的代码通过串行口、以太网等通信手段下载至目标机，在目标机上执行应用程序。嵌入式通信系统用户使用基于主机的开发环境所提供的嵌入式通信系统调试工具，调试、运行在目标机安装的应用程序。嵌入式通信系统的开发环境要能够开发出处理器的全部功能，还应具有用户友好的界面。

二、LIUNX操作系统下ADSL软件接口设计

1.嵌入式通信系统软件ADSL原理

ADSL高速数据传输系统基于局端设备和用户端设备共同组成。局端设备是DSL多路复用器，可以将多路用户的数据复用，再接入到各种骨干网络；用户端设备即ADSLMODEM，为用户提供网络接口，实现用户端ADSL数据的接收和发送，使用户由高速数据通道接入宽带网络。嵌入式通信系统中的ADSLMODEM基于嵌入式通信系统与ADSL收发器构成。嵌入式通信系统负责为ADSLMODEM用户提供以太网接口；ATMUTOIPA的作用是为广域网提供接口和SDRAM、FLASH存储器件。

2.嵌入式通信系统软件收发器模块

首先对嵌入式通信系统信息进行必要的判断，然后将TSM状态机初始化，最后设置参数。对于CO端，进入参数设置阶段，信道速率设置时，需要调用设置速率的函数。其作用是判断系统当前信道速率参数，与ADSL相关标准的契合程度，再根据参数中的速率设置方法，设置速率。若系统最初选用的参数不足以实现速率的需要，函数就会自动反馈速率设置不成功的消息。与此相应的参数设置子模块亦反馈这样的消息。

3.嵌入式通信系统软件处理器模块

嵌入式通信系统的收发器软件模块的中心任务是完成命令。控制ADSL收发器的任务调度，是嵌入式通信系统的处理器模块的中心任务，即将嵌入式通信系统的收发器软件各子模块合理地组合到一起，共同完成ADSL收发器的工作。嵌入式通信系统的处理器模块能够实现从DILE模式转换到SHOWITME模式，建立ADSL数据传输信道，进而实现各种状态之间的转换。所有状态转换都通过嵌入式通信系统发布相应的任务，再由TSM状态机完成相应的任务来实现。

4.嵌入式通信系统软件通信链路测试

设计好ADSL软件接口后，需要对ADSL收发器、点到点的ADSL通信链路等项目进行测试。这些测试主要包括ADSL收发器与微处理器硬件接口、ADSL收发器硬件测试、ADSL底层驱动与软件接口代码测试，其对于掌握嵌入式通信系统的ADSL功能实现情况至关重要。测试利用监控界面WHIP来实现，提供与其芯片组配套的监控界面WHIP，其运行于PC机上。利用该界面监测ADSL信道、ADSL芯片组的状态，在PC机上实时显示。为ADSL驱动、软件接口的开发、ADSL通信链路测试提供有价值的参考。

三、ATM数据传输软件设计

1.嵌入式通信系统软件ATM协议原理

ATM系基于寬带电路，可以同时传输数据信号、声音信号、视频信号的技术。ATM带宽可达上百MbsP，其继承了电路、报文交换的优点。ATM具有速率灵活、内含服务质量控制、拓扑结构灵活等突出特点。固定长度的信元作为ATM传输的基本单位，其信元共53字节，其中包括5字节头部、48字节有效载荷。ATM只是数据链路层、物理层的作用，若要在实际的系统中起作用，要结合相应的高层协议。本文研究的重点是实现基于嵌入式通信系统的数据传输接口的软件，故对于高层协议接口未作重点论述。

2.ATM数据传输测试软件设计实现

基于MPC85OSAR实现和对ATM数据传输机理的深入分析，实现UTOIPA模式下MPC850SAR传输ATM数据的测试软件。其设计目的是为了测试以MPC850SAR为核心的嵌入式通信系统，在极端的、高负载、高负荷、短时间内，是否能够正确地接收和发送信元。测试整体上采用环路测试法，通过信道发送若干ATMAALS帧，再经过环路接收。比较接收到的数据与发送的数据，若不一致，则在开发系统上的指示灯会闪烁；若传输的数据一致，则指示灯会保持常亮。若工作在串行模式中，则通过有效的嵌入式通信系统配置，将环路置于MPC85oSAR的内部；若工作在UTOPIA模式中，则通过ADSL收发器，在外部形成环路。

参考文献

[1] 王学龙，嵌入式LIUNX系统设一计与应用，清华大学出版社，2011年.

[2] 卢锡城，ATM网络原理与应用，电子工业出版社，2009年.

[3] 张翔，ADSL接入技术协议研究，国防科技大学硕士学位论文，2009年.

[4] 孔祥营，柏桂枝，嵌入式实11寸操作系统VxWorks及其研发环境，中国电力出版社，2012年.

[5] 姚飞，熊辉，习勇，魏急波，基于MPC850的ADSL MoDEM实现，微处理机，2012年.