嵌入式系統(tǒng)智能手機(PDA)設計方案

7．音頻輸出和麥克風電路

下圖為音頻電路部分原理圖：

下圖為麥克風電路部分原理圖：

8．無線收發(fā)模塊

本系統(tǒng)采用WAVECOM公司的專用無線收發(fā)模塊。它是雙頻GSM模塊（EGSM900/1800MHz），其設計及開發(fā)符合ETSI GSM Phase 2+標準。具有話音、GSM電路數(shù)據(jù)/傳真、GPRS分組數(shù)據(jù)、短消息等功能。該模塊支持AT指令集，通過RS232與MX1通信。

五、智能手機(PDA)系統(tǒng)的軟件設計

系統(tǒng)分析和軟件設計是智能手機系統(tǒng)實現(xiàn)的難點之一，設計的優(yōu)劣關系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、擴展性等。因為要兼顧到GSM語音控制與其它智能手機應用之間的互相切換及關聯(lián)關系，智能手機軟件系統(tǒng)的設計就變得相對復雜。系統(tǒng)設計將軟件分為三層結構，如圖2所示。最下面一層為操作系統(tǒng)層，主要實現(xiàn)對Linux操作系統(tǒng)的移植，其中包括Bootloader引導程序、LCD等設備的驅(qū)動程序。中間層為服務程序?qū)?，該層主要包括GUI服務器以及GSM/GPRS控制服務器。智能手機系統(tǒng)設計的關鍵在于各項功能應用的實現(xiàn)。對智能手機軟件進行分層設計，有利于各個功能有機地協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)，同時也便于軟件的開發(fā)與調(diào)試。

1．嵌入式Linux操作系統(tǒng)

Linux最初是由Linux Torvalds編寫及發(fā)布的源代碼公開、可免費使用的操作系統(tǒng)。后來，又通過Internet上成百上千的程序員的加入，使Linux成為一個幾乎支持所有主流32位CPU的操作系統(tǒng)。其特點主要有：內(nèi)核高效穩(wěn)定、公開源代碼、可移植性、可裁減、支持多任務等。

本設計中采用的Linux內(nèi)核是ARM-Linux基礎上，編寫符合硬件設計的引導程序及電源管理控制程序；并針對本系統(tǒng)的硬件設計，編寫了LCD、觸摸屏等硬件設計驅(qū)動程序。

智能手機基于Linux操作系統(tǒng)工作時，首先初始化CPU；然后加載各個設備驅(qū)動程序，初始化存儲器及外圍設備；最后啟動各服務程序，進入待機狀態(tài)。

2．服務程序的設計

智能手機系統(tǒng)中的服務程序主要有GUI Server和GSM/GPRS Server，它們是上層應用賴以實現(xiàn)的基礎。

GUI Server

為使系統(tǒng)能夠很好地支持瀏覽器及MMS等界面復雜的應用，具有良好的可擴展性，本系統(tǒng)中的GUI Server設計采用了客戶機/服務器模式，并以動態(tài)鏈接庫的形式對圖形設備接口進行封裝，具體如圖3所示。

服務進程與應用進程之間采用Linux提供的消息隊列進行通信。服務進程保存系統(tǒng)GUI環(huán)境的描述信息，為應用進程提供注冊及一些計算任務，如計算當前剪切域內(nèi)容等。此外，還負責顯示桌面。應用程序的啟動后，首先與服務進程建立連接并進行交互，將自身的一些描述信息發(fā)送到服務進程。

服務進程和應用進程通過調(diào)用動態(tài)庫實現(xiàn)基本窗口顯示功能。其中窗口樹與剪切域都定義在動態(tài)庫中，對于服務進程或應用程序而言，它們是透明的，不需要進行管理。因服務進程與客戶進程分別運行在不同的進程空間中，所以雖然在動態(tài)庫中定義了相同的數(shù)據(jù)，但它們之間不會產(chǎn)生任何沖突。

設計對動態(tài)庫中封裝的函數(shù)進行了分層。其中直接針對Framebuffer進行輸出的函數(shù)位于系統(tǒng)最低層，其上是設備上下文。因每次對一個窗口輸出的時都要首先建立設計上下文，所以設備上下文總可以引用窗體結構，自然也可以引用到窗口剪切域，在剪切域范圍內(nèi)才可以進行輸出。

圖形設備接口建立在設備上下文之上，主要包括點、線、面、文本等。如上文所述，輸出之前，首先建立設備上下文，即其輸出的目標是設備上下文，而不是窗口。

圖形設備接口的上層是應用開發(fā)接口即API層，桌面進程與客戶進程都通過調(diào)用API函數(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)功能。

另外，系統(tǒng)建立了輸入的抽象層，屏蔽了不同輸入設備。

GSM/GPRS Server多工通信服務器軟件

GSM/GPRS Server多工通信服務器軟件是電話、短信及數(shù)據(jù)業(yè)務的守護進程，負責響應應用程序轉(zhuǎn)發(fā)的用戶操作事件及從串口的獲得的無線通信模塊事件，是整個智能手機系統(tǒng)的核心。在這部分的工作中要實現(xiàn)多鏈路的數(shù)據(jù)通信、事件優(yōu)先級判別，并在執(zhí)行數(shù)據(jù)通信時，保證電話、短信的接入。具體程序設備結構如圖所示。

3．機系統(tǒng)中的應用程序設計

有了中間層的服務程序，上層應用程序可以根據(jù)GUI Server及GSM/GPRS Server提供的接口進行移植和開發(fā)。本設計中實現(xiàn)了電話控制程序、短信收發(fā)的管理及數(shù)據(jù)精力的應用等。下面以電話控制程序為例，介紹智能手機應用程序的設計與實現(xiàn)。

本人將電話控制程序設計分為三個運行態(tài)：PowerOn State(上電態(tài))、Idle State(空閑態(tài))、Execution State(執(zhí)行態(tài))。圖5表示了三個狀態(tài)之間的關系和進入各個狀態(tài)的條件。

電話控制程序在智能手機系統(tǒng)上電復位、GSM/GPRS Server啟動后，進入Power-on State(上電態(tài))。在上電態(tài)，程序首先進行初始化工作，與GSM/GPRS Server通信，獲得系統(tǒng)狀態(tài)。初始化后，即進入Idle State(空閑態(tài))。在空閑態(tài)，程序循環(huán)等待GSM/GPRS Server的呼入事件及來自鍵盤的呼出事件；當這些事件發(fā)生時，程序進入Execution State(執(zhí)行態(tài))。在執(zhí)行態(tài)，用戶進行語音通信，通話結束后，程序又回到空閑態(tài)。

本系統(tǒng)設計成功地應用于實際工程項目中，其可行性和實用性已在實際應用環(huán)境中得到檢驗。下一步，可將系統(tǒng)的CPU主頻進一步提高，無線通信模塊也可換成符合3G標準的。這樣，就可以在本系統(tǒng)設計的基礎上，實現(xiàn)更為廣泛的手持設備應用。

六、總結

采用ARM技術知識產(chǎn)權（IP）核的微處理器，已遍及工業(yè)控制、消費類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場。作為一種16/32位的高性能、低成本、低功耗的嵌入式RISC微處理器，ARM微處理器目前已經(jīng)成為世界上應用最為廣泛的嵌入式微處理器。通過這次嵌入式系統(tǒng)智能手機(PDA)設計方案，使我們具備一定微機原理基礎的學生掌握開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的多方面知識，從而初步具備設計開發(fā)基于ARM處理器系統(tǒng)的能力。在這里是衷心感謝我們的黃建華老師在課堂上給我們帶來如此生動的教學，在他的幫助下讓我認識到嵌入式系統(tǒng)這學科的重要性，讓我感受到在開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的過程中體會到不少樂趣。但是在短短的10周的內(nèi)學習嵌入式系統(tǒng)這門課是遠遠不夠的,嵌入式系統(tǒng)的理論和技術正在日新月異地發(fā)展,這更加要我們在以后的學習和工作中不斷去探索不斷去完善,另外由于水平有限再加上時間倉促,文中難免有不妥或錯誤之處。希望老師能多多包涵。我相信只有負出了努力，沒有收不到的果實。我希望學習嵌入式系統(tǒng)這門學科也一樣！愿與努力在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)前沿的學者一起共勉.