stm嵌入式開發(fā)教程_無線通信在嵌入式系統(tǒng)中的應用

小嵌

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微計算機信息 　　摘 要：本文介紹了無線數(shù)傳模塊在嵌入式系統(tǒng)中的應用，嵌入式處理器與無線模塊的硬件接口設計，無線模塊的驅(qū)動程序的編寫，預約式點對多點無線通信的傳輸協(xié)議的制定以及實現(xiàn)。為無線通信在嵌入式系統(tǒng)中的應用提供了有效的方案。
　　關鍵詞：無線通信；嵌入式系統(tǒng)；協(xié)議1 引言
在傳統(tǒng)的遠程監(jiān)測系統(tǒng)中大多采用pc機作為上位機，通過rs485串行通信作為傳輸手段，因此系統(tǒng)有諸如工作不夠穩(wěn)定、連線繁多、擴展性差等缺點。
　　本項目當中采用32位嵌入式芯片組成的系統(tǒng)作為上位機，其體積小、功耗小而且工作穩(wěn)定；上位機與下位機之間的傳輸采用無線傳輸方式，且上位機對下位機可配置，從而使得系統(tǒng)具有很強的擴展性。這套系統(tǒng)具有更優(yōu)的性能，可以作為現(xiàn)有系統(tǒng)的升級產(chǎn)品。2 硬件結(jié)構
　　上位機嵌入式系統(tǒng)采用在工控領域有傳統(tǒng)優(yōu)勢的摩托羅拉芯片（coldfire5249）為核心，配備4mbyte閃存和16mbyte內(nèi)存的系統(tǒng)，此系統(tǒng)外擴有網(wǎng)絡接口可通過局域網(wǎng)為客戶機提供數(shù)據(jù)服務。通過無線模塊與下位機進行數(shù)據(jù)交換，獲取遠程數(shù)據(jù)，下達客戶機對遠程對象的控制命令。　 下位機采用基于8051的單片機系統(tǒng)，他的主要功能是采集現(xiàn)場的數(shù)據(jù)以備上位機查詢，執(zhí)行上位機轉(zhuǎn)發(fā)來的用戶指令。其中溫度傳感器采用ds18b20。
　　無線通信模塊采用ptr2000，ptr2000是收發(fā)一體的工作在國際通用數(shù)傳頻段433mhz的無線通信模塊。他最高傳輸速率可以達到20kbit/s，功耗低，待機狀態(tài)下僅為8ua，可以直接與cpu的串口連接使用。ptr2000的引腳定義如表1。　　ptr2000的硬件連接非常簡單，由3個通用i/o口分別控制txe，pwr，cs。di， do與cpu的串口連接。txe為1時，為發(fā)送狀態(tài)，txe為0時，為接收狀態(tài)。狀態(tài)轉(zhuǎn)換需要5毫秒。pwr為0時，為節(jié)電待機狀態(tài)，此時模塊無法進行接收或者發(fā)送。3 線通信協(xié)議及其軟件結(jié)構
3.1 通信協(xié)議研究
　　在本系統(tǒng)中，網(wǎng)關（嵌入式系統(tǒng)）與下位機（單片機系統(tǒng)）之間采用無線通信方式。無線通信由于其無需布線、便于安裝、檢修升級容易、管理簡單、靈活性強等諸多優(yōu)點已經(jīng)得到廣泛應用，但是無線傳輸在傳輸過程中難以避免的會產(chǎn)生誤碼，而且產(chǎn)生誤碼的幾率要遠遠大于有線網(wǎng)絡，并且誤碼的產(chǎn)生與多方面的因素有關，因此有很大的不確定性。所以我們必須采用一種差錯控制機制，但是我們不需要也很難實現(xiàn)太過于復雜的方法，我們可以采用停止等待協(xié)議來實現(xiàn)差錯控制。此外，我們必須采用校驗機制以確定何時需要重傳，crc校驗碼的檢錯能力很強,它除了能檢查出離散錯外,還能檢查出突發(fā)錯�？紤]到硬件和傳輸?shù)拈_銷問題，使用crc16校驗碼。
本系統(tǒng)當中我們所采用的無線數(shù)傳模塊是ptr2000，ptr2000靈敏性很高，因此在無載波的情況下在接收端會產(chǎn)生隨機的數(shù)據(jù)，在通信協(xié)議中必須在有效數(shù)據(jù)前加上兩個或多個固定的前導字符作為同步信號，使得接收端能夠辨別出有效數(shù)據(jù)的開始。

　　本系統(tǒng)中所采用的是一點對多點的無線通信模式，因此必須選擇一種多址方式來實現(xiàn)點對多點通信，常用多址方式有時分多址（tdma）、頻分多址（fdma）、碼分多址（cdma）等,其中fdma為每一路通信提供一個不同的頻段，易于實現(xiàn)，但是需要比較大的頻段資源，而且抗干擾能力差。cdma是采用不同的編碼來區(qū)分不同的信道，抗干擾能力強，但是傳輸開銷非常大，而且實現(xiàn)也比較復雜。tdma在同一時間內(nèi)只有一個信道可以通信，抗干擾能力較強，傳輸開銷較小，而且實現(xiàn)比較容易，雖然實時性較差，但是由于溫度的物理特性，此系統(tǒng)的實時性要求不高，所以可以采用時分多址（tdma）來實現(xiàn)。
3.2 通信協(xié)議制定　　其中前導字符可采用0xaa、0xaa、0xff、0x00共4字節(jié)，其中前兩個字節(jié)為同步信號，后兩個字節(jié)為幀開始標志，接收端只要能夠接收到0xaa、0xaa、0xff、0x00就可以認為新的一幀開始了；幀類型（4位）分為數(shù)據(jù)幀、有序數(shù)據(jù)幀、控制命令幀、確認幀等多種幀類型；幀編號（4位）為可選項與幀類型相關，只有幀類型是有序數(shù)據(jù)幀時才有效；地址（1字節(jié)）標明數(shù)據(jù)幀的目的地址；有效數(shù)據(jù)長度不定；校驗為2字節(jié)crc16校驗碼；結(jié)束標志為0x00。
　　由于linux串行通信中有許多ascii碼是作為控制字符來使用，因此，對以上幀當中除了前導字符和結(jié)束標志外的數(shù)據(jù)進行base64編碼。

3.3 通信協(xié)議的實現(xiàn)
嵌入式系統(tǒng)端軟件結(jié)構
　　首先，在嵌入式操作系統(tǒng)中，由于通常只能在內(nèi)核態(tài)才能對硬件進行訪問，所以軟件必須通過驅(qū)動程序來操作硬件，在這里ptr2000可以看作一個串口設備來使用，但是，ptr2000是一個半雙工的通信模塊，發(fā)送接收狀態(tài)由txe來控制，因此，要對默認的串口驅(qū)動程序進行一些修改，在串口驅(qū)動程序中的write函數(shù)完成發(fā)送功能，我們需要在其中加入一個通用對i