对嵌入式系统及ARM与GPRS相关技术的分析
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇对嵌入式系统及ARM与GPRS相关技术的分析范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
【摘要】嵌入式系统无所不在，它几乎包括了我们周围的所有电器设备：掌上PDA、移动计算设备、电视机宋体计算机芯片是为台式或便携式电脑而设计的，这也意味着每年有10～30亿CPU是为嵌入式系统设计制造的。越来越多的设备需要复杂的嵌入式操作系统，因此为了适应嵌入式设备的复杂性和多样性，缩短其开发周期，嵌入式系统应运而生。
中国有世界上最大的家用电子产品消费市场，彩电、VCD、游戏机、学习机的拥有数量都居世界第一。随着消费结构的改变，人们对家电的灵活性和可控性提出了更高的要求：这些只能通过家电的数字化和网络化来实现;随着电话通信费用和通信类电子产品的价格进一步下调，PDA结合数字手机将成为今后个人数据通信和事务处理的最佳选择;同时，对于现代化的医疗、测控仪器和机电产品也需要有专用的嵌入式系统软件的支持。这些需求都极大地刺激了国内嵌入式系统的发展和产业化过程。
一、嵌入式系统研究的目的与意义
从美国的GPS全球卫星定位系统开始，这项以位置信息为聚焦点的技术逐渐进入了人们的视野，并受到了极大的重视，发展速度迅猛。定位技术不仅对国家安全、军事发展有着战略性的意义，而且通过与现有的商业应用服务相结合，为广大民众提供了一种基于位置信息的新型现代服务模式，带来了新鲜的用户体验，并逐步渗透到人们日常生活的方方面面，正在成为生活中不可缺少的一种服务。
近十年来互联网的飞跃式发展，在引领了第三次信息产业革命的同时，也带来了其中诸多问题和隐患，其中的信息安全和网络安全问题就是一个明显例子。尤其是伴随着移动宽带接入技术的普及和发展，无线宽带网络安全隐患更是让政府相关监管部门和企业感到忧心忡忡。在这样的背景下，考虑无线宽带网络的自身特点和安全防护需求，定位技术与网络安全技术相结合所产生的基于位置信息的安全防护技术应运而生，而且必将有着广阔的发展空间和应用前景。
嵌入式GPS地图定位导航系统是综合运用GPS定位技术、GIS地理信息技术和嵌入式系统等多种高新技术的应用系统，能够为用户提供随时随地的定位、导航和授时服务。
近几年涌现出大量的GPS定位导航设备以及解决方案，被广泛地应用到城市智能交通管理、现代物流调运、车辆监控等领域，极大地改善了人类的生产和生活，推动了信息化社会的发展。但目前嵌入式GPS定位导航系统从系统平台、开发环境到地图数据、应用软件等几乎都处在一个商业化的封闭的环境下，造成了开发成本昂贵，安全性低，扩展性差，数据更新和交换困难，缺乏软件自等问题。
因此本文通过研究嵌入式GPS地图定位导航系统的相关理论、方法和技术，提出一套结构完整的基于ARM/linux的嵌入式GPS地图定位导航系统的设计方案及其实现。对设计和开发基于开放系统平台和数据标准的，安全、稳定、低成本的嵌入式GPS地图定位导航。
二、ARM与GPRS相关技术介绍
（一）嵌入式系统概述与ARM微处理器
1.嵌入式系统的定义
根据IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers）的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置”，这主要是从应用上加以定义的。目前国内普遍认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础，软、硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。
2.嵌入式系统分类
由于嵌入式系统本身是一个外延极广的名词，凡是与产品结合在一起的具有嵌入式特点的控制系统都可以叫嵌入式系统，很难给它一个明确的定义。因此，目前通常把嵌入式系统概念的重点放在操作系统上，指能够运行操作系统的软硬件综合体。根据不同的分类标准嵌入式系统有不同的分类方法。依据系统是否必须作为独立单元工作或必须具有网络功能，是否必须执行实时操作的标准，可以将嵌入式系统大致分为如下类型。
（1）单机嵌入式系统
单机嵌入式系统以单机方式工作，获取输入并产生输出。输入可以是来自传感器的电信号，或者是来自人的命令，比如按下按钮。输出可以是驱动另一个系统的电信号，或者是为用户显示信息的LCD（Liquid Crystal Display）显示。在制造厂和汽车厂里很多用于过程控制的嵌入式系统可以被划入此类。在过程控制系统中，输入来自传感器，传感器将温度等物理信号转换为电信号，电信号成为能够控制阀门等设备的输出。在一些单机系统中，执行某项特定任务的响应时间不是至关重要的。
（2）实时嵌入式系统
有些嵌入式系统被要求在指定的时间内完成特定的任务。这样的系统被称为实时嵌入式系统。例如，例如当潮湿度超过特定阈值的时候，必须30毫秒内打开阀门的系统。如果该任务未能30毫秒内完成则可能产生严重的后果。这种必须严格符合实时约束条件的系统被称作“硬实时嵌入式系统”。还有很多系统有实时要求，但是对实时的要求不强，例如语音通信系统，语音包的延迟只会造成短暂的静默，不会有什么严重的后果，类似的这种系统被成为“软实时嵌入式系统”。
（3）网络设备
有些嵌入式系统与一个网络相连接，该网络通常是基于TCP/IP（Transfer Controln Protocol/Internet Protocol）协议族的，比如Internet或者一个公司的企业内部互联网。这些系统能够监控某些参数（比如温度和压力）并将数据通过网络传送到中央系统实现在线监控。一个典型的例子就是对制造工厂的设备进行监控的系统。该系统通过TCP/IP 网络将数据传送到中央管理系统，中央管理系统可以时运行Web浏览器的PC机。这些系统又被称为“Internet 信息设备”。
（4）移动设备
随着能够支持极高速率的无线网络的出现，移动设备除语音服务外还能支持高速数据服务。这些设备需要运行功能强大的移动操作系统别从网站下载信息。现场人员可以使用像手提电脑和掌上电脑这样的设备完成数据采集，所输入的数据保留在本地存储器中，随后上传到公司的数据库中。这些设备都要求有功能强大的处理器和操作系统以及比较低的功耗。
（二）GPRS网络结构与规程简介
GPRS（General Packet Radio Service，通用分组无线业务）是在现有GSM系统上发展起来的一种新的承载业务，允许用户在端到端分组传输模式下发送和接收数据而不需要利用电路交换的模式，比较适合与突发的、频繁的、数据量小的数据传输。作为承载网络，GPRS系统本身采用IP网络结构，并对用户分配独立地址（如IP），并将用户作为独立的数据用户，从而实现了从网络到移动用户的端到端的数据应用。GPRS是在GSM系统基础上引入新的部件而构成的无线数据传输系统。它的基本功能是在移动终端和Internet网络的路由器之间传输分组数据并完成通信。
图2.1 GPRS网络单元
图2.2 GPRS传输面协议层
1.GPRS网络结构
GPRS网络结构基于GSM系统实现，话音部分人采用原先的基本处理单元，而对于数据本分则新增了一些数据处理单元和接口。GPRS系统中新增的数据单元包括一下几个部分（参见图2.1）。
（1）PCU（Packet Control Unit）：分组处理单元，它是BSC（Base Station Controller，基站控制器）的一部分，可以独立设置或者与BSC合并设置，它与BSC之间的接口不开放。
（2）SGSN（Service GPRS Support Node）：GPRS服务支持节点。功能和作用与MSC（Mobile Switching Center，移动交换中心）具有相同点，进行分组移动用户的状态管理，计费管理等并负责到HLR（Home Location Register，小区位置存储器）的用户数据信息的传送。
（3）GGSN（Gateway GPRS Support Node）：GPRS网管支持节点。负责和外部数据网络的接口，进行数据包的转发，具有路由器的部分功能。
2.GPRS协议栈
GPRS协议规程体现了无线和网络相结合的特征。其中既包含类似局域网技术中的逻辑链路控制LLC子层和媒体接入控制MAC子层，又包含RLC和BSSGP等新引入的特定规程。由GPRS系统的端到端之间的应用协议结构可知，GPRS网络是存在于应用层之下的承载网络，它用以承载IP或X.25等数据业务，由于GPRS本身采用IP数据网络结构，所以基于GPRS网络的IP应用规程结构可理解为两层IP结构，即应用级的IP协议以及采用IP协议的GPRS本身。GPRS传输面协议层如图2.2所示。
3.GPRS数据包编解码技术简单说明
本系统 GPRS模块数据收发方式有两种，一种基于GPRS网络以分组交换的方式进行数据传输，其链路协议采用PPP（Point to Point Protocol，点到点）协议，数据包的编解码针对PPP数据帧;一种基于GSM网络的SMS（Short Message Service，短消息服务业务）以短消息的方式进行数据传输，数据包的编解码针对串口发送和接收到的SMS数据包。