摘 要：對當(dāng)前無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和嵌入式計算機領(lǐng)域的先進技術(shù)進行了分析,，主要介紹了第四代移動通信后備技術(shù)（4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" title="4G-Ready">4G-Ready" 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Ready）,、無線相容性認(rèn)證（Wi-Fi,，Wireless-Fidely）、藍牙（Bluetooth）及全球定位系統(tǒng)（GPS,，Global Positioning System）等無線通信技術(shù)和基于（ARM,，Advanced RISC Machines）內(nèi)核的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)，對構(gòu)建Wi-Fi 無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)平臺和嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境分別進行原理介紹和應(yīng)用分析,，在此基礎(chǔ)上從硬件集成和軟件開發(fā)2 個方面介紹了無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計,。最后，根據(jù)基于4G-Ready 與Wi-Fi 的嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢和特點,，分析了無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的廣闊發(fā)展前景,。

　　0 引言

　　4G-Ready 作為未來4G 移動通信關(guān)鍵預(yù)備技術(shù)的一個領(lǐng)域，在構(gòu)建無線通信網(wǎng)絡(luò)和無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中具有重要應(yīng)用前景,。其中,，將4G-Ready 與Wi-Fi 技術(shù)、Blutooth 藍牙技術(shù),、GPS 全球定位系統(tǒng)以及基于ARM 核的嵌入式技術(shù)進行集成,，以Linux-C、Java 編程語言開發(fā)應(yīng)用軟件系統(tǒng),，能夠構(gòu)成一個具有多種功能,、技術(shù)性能優(yōu)越和先進實用的嵌入式Wi-Fi 無線通信網(wǎng)絡(luò)終端系統(tǒng)，以滿足構(gòu)建城市智能交通管理,、市政環(huán)境保護監(jiān)控和風(fēng)景區(qū)信息管理等領(lǐng)域的無線數(shù)據(jù)通信應(yīng)用需求,。

　　1 主要技術(shù)分析

　　下面對基于4G-Ready 與Wi-Fi 架構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用的主要技術(shù)予以分析。

　　1.1 無線通信技術(shù)

　　1.1.1 4G-Ready 簡介

　　4G-Ready 是針對目前正在發(fā)展中的4G 通信技術(shù)的描述,，目前國際上認(rèn)為4G 提供的數(shù)據(jù)傳輸速率一般為10~20Mb/s,，最大數(shù)據(jù)傳輸速率超過100 Mbit/s,，每個4G 信道會占有100 MHz 的頻譜，具有寬網(wǎng)絡(luò)頻譜性能,。

　　4G 應(yīng)具有多樣化通信功能,，包括訪問Internet、語音與數(shù)據(jù)通信,、流媒體傳輸、集成不同模式的無線通信網(wǎng)絡(luò),、蜂窩信號,、廣播電視到衛(wèi)星通信，實現(xiàn)移動用戶可以在多種標(biāo)準(zhǔn)間的自由漫游服務(wù)等,。

　　1.1.2 Wi-Fi 技術(shù)與聯(lián)網(wǎng)

　　Wi-Fi 的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是美國電氣和電子工程師協(xié)會（ IEEE,， Institute of Electrical and ElectronicsEngineers）發(fā)布的IEEE 802.11，包括IEEE 802.11a,、IEEE 802.11b 和IEEE 802.11g,，其中常用的是IEEE 802.11g.

　　Wi-Fi 是一種短程無線傳輸技術(shù)，能夠在數(shù)百米范圍內(nèi)支持互聯(lián)網(wǎng)無線接入方式,。

　　1.1.3 藍牙技術(shù)簡介

　　藍牙（Bluetooth）是一種短距離無線通信技術(shù),，工作頻段為2.4 GHz，屬于工業(yè),、科學(xué)和醫(yī)學(xué)頻段（ ISM ,，Industrial Scientific Medical），其數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mb/s,，采用時分雙工傳輸方案,，使用IEEE802.15 協(xié)議。本文所述的嵌入式系統(tǒng)配置了Bluetooth 2.0 藍牙接口,，采集實時圖形,、圖像和位置信息。

　　1.1.4 GPS 無線定位技術(shù)

　　GPS 由空間部分,、地面控制系統(tǒng)和用戶設(shè)備構(gòu)成,，其中空間部分由均勻分布在地球上空的24 顆衛(wèi)星組成。地面控制系統(tǒng)由監(jiān)測站,、主控制站和地面天線組成,。用戶設(shè)備一般指GPS 信號接收機。這里設(shè)計與分析的嵌入式系統(tǒng)采用分離結(jié)構(gòu)GPS 接收機,。

　　1.2 嵌入式（Embedded Technology）技術(shù)

　　嵌入式系統(tǒng)由32 位字長的微處理器,、ROM 存儲器、RAM存儲器和信息I/O 接口等模塊和部件組成,，嵌入式Linux 操作系統(tǒng)存放在ROM 中,。

　　1.2.1 ARM 技術(shù)

　　ARM 核嵌入式微處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心,，由英國ARM 公司設(shè)計（IP，Intellectual Property core）內(nèi)核,，由各半導(dǎo)體公司設(shè)計為芯片產(chǎn)品,，再由OEM 廠商形成嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品。在當(dāng)前項目中采用的EP9302 系統(tǒng)是一個以ARM9內(nèi)核處理器為核心技術(shù)的嵌入式系統(tǒng),。

　　1.2.2 嵌入式Linux 操作系統(tǒng)

　　Linux 是一個自由免費,、開放源代碼的操作系統(tǒng)軟件，其軟件功能齊全,，具有完備的網(wǎng)絡(luò)功能,，繼承了UNIX 的多用戶、多任務(wù),、支持多線程和多CPU 的技術(shù),。

　　當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)中使用的版本是嵌入式Linux 2.6.21，支持內(nèi)核態(tài)搶占式調(diào)度,，調(diào)度周期為1 ms.

　　2 構(gòu)建技術(shù)開發(fā)平臺

　　圖1 所示為基于局域網(wǎng)的嵌入式Linux 開發(fā)平臺示意,。

　　圖1 基于局域網(wǎng)的嵌入式Linux 開發(fā)平臺

　　圖1 中的Linux 服務(wù)器作為嵌入式Linux 內(nèi)核編譯和應(yīng)用程序編譯的公共平臺，工作站（PC,，Personal Computer）為局域網(wǎng)內(nèi)一臺或多臺終端計算機,，實現(xiàn)在Windows 和Linux 之間的文件傳輸。

　　嵌入式目標(biāo)系統(tǒng)通過串行接口與工作站連接,，應(yīng)用Windows 提供的“超級終端”功能,；也可以通過以太網(wǎng)RJ45接口連接到局域網(wǎng)中，實現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)的FTP/NFS 服務(wù)器連接,。

　　3 系統(tǒng)集成與軟件編制

　　3.1 系統(tǒng)目標(biāo)

　　系統(tǒng)目標(biāo)是在4G-Ready 的框架上,，構(gòu)建一個高速Wi-Fi無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，采集目標(biāo)對象的GPS 衛(wèi)星定位信息和現(xiàn)場視頻圖像信息,，由所開發(fā)的《Wi-Fi 無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)》予以分析和處理,。

　　3.2 系統(tǒng)構(gòu)成

　　系統(tǒng)設(shè)計包括搭建Wi-Fi 無線通信網(wǎng)絡(luò)平臺、多層架構(gòu)軟件和嵌入式Linux-C 程序運行平臺,。

　　項目的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D2 所示,，Wi-Fi 為采用CSMA/CA的訪問機制的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；AP 為無線LAN 接入端點設(shè)備,；Bridge是工作在數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)橋,，功能是連接2 個局域網(wǎng)（LAN）。

　　Switch 為網(wǎng)絡(luò)交換機,，功能是構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)平臺的網(wǎng)絡(luò)交換,。

　　圖2 項目系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽?/p>

　　項目系統(tǒng)包括ARM9 內(nèi)核的嵌入式系統(tǒng)模板、GPS 衛(wèi)星定位信息接收設(shè)備和Bluetooth 適配器，完成GPS 與ARM 嵌入式系統(tǒng)的無線通信工作,；IP Camera 為IP 地址接入型微型數(shù)碼攝像機,。

　　　3.3 系統(tǒng)硬件組成

　　3.3.1 EP9302 嵌入式系統(tǒng)技術(shù)性能和配置

　　EP9302 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3 所示，項目使用的EP9302嵌入式模板上配置有200 MHz 的ARM920T 處理器,，配置的I/O 接口包括10/100 Mb/s 以太網(wǎng)控制器,、2 路UART/2 路USB2.0 /紅外接口、5 通道ADC 接口,、串行外圍接口（SPI）,、2 通道串行音頻接口（I2S）和AC‘97 接口等。

　　圖3 EP9302 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　3.3.2 Bluetooth適配器技術(shù)性能與配置

　　項目采用LM048 藍牙RS-232 串口適配器進行無線通信系統(tǒng)連接,。LM048 主要技術(shù)性能是：使用頻率為2.4~2.4835GHz,，波特率設(shè)置支持8~230.4 Kb/s，以點-點方式通信,，使用TxD， RxD,， GND,， CTS， 和RTS 信號連接,。

　　3.3.3 AP 和Bridge 技術(shù)性能與配置

　　項目采用BUFFALO AirStation WLA-G54C無線AP+中繼橋接器,，這是建立無線通信網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)備，具有安全性機制,，支持Wi-Fi Protected Access（WPA）,、AES、802.1×和WEP.AirStation 54 Mb/s 支持無線分布系統(tǒng)（WDS）或者點對點,、一點對多點的通信方式,。另外，該產(chǎn)品還支持外置的2.4 GHz 天線,，可以擴展傳輸范圍,。

　　3.3.4 IP cameral 技術(shù)性能與配置

　　IP 網(wǎng)絡(luò)攝像機是一種多媒體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用設(shè)備，使用Web頁面配置和管理圖像,，在10 M 或100 M 網(wǎng)絡(luò)上以30 幀/秒的速度傳輸圖片,，并以 MPEG-4/MJPEG 格式生成高質(zhì)量的圖像。

　　3.4 系統(tǒng)應(yīng)用軟件設(shè)計

　　3.4.1 RS-232 異步串行通信接口程序設(shè)計

　　串口操作的程序流程包括設(shè)置串口編程相關(guān)頭文件,、打開串口,、設(shè)置串口、設(shè)置波特率和設(shè)置校驗位等模塊編制工作,。串口應(yīng)用編程包括系統(tǒng)初始化,、配置系統(tǒng)時鐘和總線時鐘，通過函數(shù)ChangMPIIValue 配置系統(tǒng)主時鐘、函數(shù)ChangClockDivider 配置總線時鐘,，函數(shù)ChangMPIIValue 實現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送和接收,。

　　3.4.2 嵌入式系統(tǒng)和PC 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口程序設(shè)計

　　網(wǎng)絡(luò)編程包括ARM EP9302 嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口程序設(shè)計和PC 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口程序設(shè)計。

　?、貯RM EP9302 嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口程序設(shè)計：網(wǎng)絡(luò)接口應(yīng)用編程包括嵌入式系統(tǒng)初始化,、預(yù)定義程序參數(shù)、聲明與打開Socket,、監(jiān)聽異地結(jié)點IP 地址信息,、套接Socket、發(fā)送數(shù)據(jù)包和關(guān)閉Socket 等,。

　?、赑C 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口程序設(shè)計：系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理服務(wù)器選用PC 計算機，安裝Windows/XP 操作系統(tǒng),，系統(tǒng)開發(fā)需要在這個平臺上應(yīng)用Socket 接口技術(shù),，采用Java 語言完成網(wǎng)絡(luò)編程。圖4 是PC 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口程序,。

　　圖4 PC 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口程序

 　　3.4.3 JSP 應(yīng)用程序設(shè)計

　　在JSP 動態(tài)頁面程序中,，匯聚HTML 程序、Java 代碼,、JavaScript 腳本語言等Web 軟件編程技術(shù),。JSP 應(yīng)用程序在Web 環(huán)境運行，項目所建的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)平臺支持了項目JSP 應(yīng)用程序的運行,。

　　4 結(jié)語

　　基于4G-Ready 與Wi-Fi 技術(shù)設(shè)計的嵌入式數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)采用了高速的無線通信和網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)［8］,、B/S 架構(gòu)和嵌入式計算機技術(shù)，具有數(shù)據(jù)及視頻信息采集與傳輸功能和較高的可靠性和擴展性,。