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基于8051嵌入式系统的GPRS终端实现

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:介绍了基于GPRS网的数据传输、嵌入式实时操作系统u/OS-II以及小型TCP/IP协议栈uIP;深入论述了基于8051嵌入式系统的GPRS终端的实现。提供了一种罗为简单、廉价和实用的GPRS终端的实现方案,说明了在8051中如何进行uC/OS-II和uIP的移植。

    关键词:GPRS终端 嵌入式系统 实时操作系统 TCP/IP

随着数据无线传输需求的骤增和中画移动GPRS业务全面投入运营,无线数据通信的应用越来越广泛。GPRS网不但具有覆盖范围广、数据传输速度快、通信质量高、永远在线和按流量计费等优点,且其本身就是一个分组型数据网,支持TCP/IP协议,无需经过PSTN等网络的转接,可直接与Internet网互通。因此GPRS业务在无线上网、环境监测、交通监控、移动办公等行业中具有无可比拟的性价比优势。

为了满足GPRS终端的低成本、小型化和移动灵活等要求,现在广泛采用单片机对GPRS终端进行控制,并且引入嵌入式系统实现TCP/IP协议栈。目前主要的困难在于:运行TCP/IP协议对计算机存储器、运算速度等要求较高,会占用大量的系统资源;而嵌入式系统大多采用8位单片机,硬件资源非常有限,支持TCP/IP协议非常困难。本文采用了在嵌入式实时操作系统uC/OS-II中移植一种小型TCP/IP协议栈uIP的方法,使基于8051嵌入式系统的GPRS终端能够在网络中进行数据传输;同时改善了系统的性能,提高了系统的可靠性,增强了系统的可扩展性和产品开发的可延续性。

图1

1 基于GPRS网的数据传输

GPRS是在GSM的基础上引入了分组控制单元(PCU)、服务支持节点(SGSN)和网关支持节点(GGSN)等新部件而构成的无线数据传输系统,其用户能够在端到端分组方式下发送和接收数据。基于GPRS网的数据传输系统如图1所示。具体的数据传输流程为:

·GPRS终端通过接口从客户系统中取出用户数据;

·处理后以GPRS分组数据的形式发送到GSM基站(BSS);

·分组数据经SGSN封装后,发送到GPRS IP骨干网;

·若分组数据是发送到另一GPRS终端,则先发送到目的SGSN,再经BSS发送到CPBS终端;若分组数据是发送到外部网络(如Internet),则将分组数据包经GGSN进行协议转换后,发送到外部网络。

2 嵌入式实时操作系统uC/OS-II

uC/OS-II是由Jean J.Labrosse先生编写的、现在流行的一种免费公开源代码的实时操作系统。它可广泛应用于从8位到64位单片机的各种不同类型、不同规模的嵌入式系统。带有详细注解的uC/OS-II源代码只有200页左右;其中95%左右是用C语言编写的,与MCU类型相关的代码用8088汇编写成,不超过200行。uC/OS-II不仅具有结构小巧、可固化、可裁剪、多任务和可剥夺型的实时内核等特点;而且其实时性、稳定性裙可靠性也得到了广泛认可。uC/OS-II的最小内核可编译至2KB,一般情况占用内存在10KB数量级,适用基于8051的嵌入式系统的需要。在系统中嵌入uC/OS-II可以把整个程序分成许多任务,每个任务相对独立,然后在每个任务中设置超时函数,时间用完后,必须交出MCU的使用权。即使一个任务发生问题,也不会影响其他任务的运行。在单片机系统中嵌入uC/OS-II提高了系统的可靠性,并使调试程序变得简单,同时也增强了系统的可扩展性和产品开发的可延续性。

不过uC/OS-II仅仅是一个实时操作系统内核,与商业实时操作系统软件包比较,它缺少Utilities部分,如文件系统、远程函数调用库、通信软件库。通信软件包括:TCP/IP软件库、蓝牙通信软件库、IrDA红外通信软件库等。这一类软件的解决有两种途径:一个是购买第三方软件;另一个是自己编写。如果只是用单片机实现TCP/IP协议中的某些功能,可以选用免费公开源代码的小型TCP/IP协议栈,把它移植到uC/OS-II。 目前uC/OS-II的最新版本为V2.70,但现在广泛学习和应用的是V2.52。
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3 小型TCP/IP协议栈uIP

uIP是由瑞士计算机科学院的Adam Dunkels等开发的一种免费公开源代码的小型TCP/IP协议栈,它专门为8位和16位MCU编写。uIP完全是用C语言编写,它在保证一个完整的TCP/IP栈的前提下,只保留了

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