嵌入式微处理器第五章

从1G到3G
随着对通信业务种类和数量需求的剧增 业务类型主要限于语音和低速数据的第二代移动通信系统 已不能满足需要 大容量、高速率、全方位的第三代移动通信系统（3G） 应运而生 1G 网络(NMT, C-Nets, AMPS, TACS)是最早的模拟蜂窝 系统 2G 网络(GSM, cdmaOne, DAMPS)是最早的数字蜂窝系 统 3G 网络 (UMTS FDD and TDD, cdma2000 1x EVDO, cdma2000 3x, TD-SCDMA, Arib WCDMA, EDGE, IMT2000 DECT)是目前已投入商用的带宽最高的无线通讯网 络系统 4G 目前基本上还只是个概念性的名词
嵌入式TCP/IP协议栈应用前提 协议栈应用前提 嵌入式
连接在互联网上的电子装置不一定比单独使 用的电子装置具有更高的智能功能，但连通 意味着提高智能化管理水平 TCP/IP是一项应用广泛的标准，利用它可以 接通并控制电子装置，通过绝大多数传输媒 体几乎可以和运行在所有操作系统上的软件 进行通信 通过TCP/IP与基础设施连接十分简单
网络通讯
TCP/IP协议简介 协议简介
TCP/IP协议是一套把因特网上的各种系统互 连起来的协议组，保证因特网上数据的准确 快速传输 参考开放系统互连(OSI)模型，TCP/IP通常采 (OSI) TCP/IP 用一种简化的四层模型 ：
应用层 传输层 网络层 链路层
ＴＣＰ协议的实现
ＴＣＰ协议是面向连接的、端对端的可靠通 信协议。 它采用了许多机制来保证可靠传输，应用于 嵌入式系统显得过于复杂 ＴＣＰ协议数据传输可分为三个阶段：建立 连接、传输数据和断开连接。 它的实现过程可以用状态机来描述。
GRPS
GRPS是General Packet Radio Service GPRS是一项高速数据处理的科技，即以分组的 “形式”把数据传送到用户手上 GPRS拥有171.2kbps的访问速度 GPRS是基于包转发机制的 GPRS是根据数据流量收费的 GPRS完全支持了移动Internet的功能 GPRS的缺点是：一个蜂窝小区内用于容量有限， 并且实际数据传输速度远低于理论值
构件跨平台实现
DIC 构件库 CTE DDC
构件系统
网络协议构件化拆分
对于传统的按层次划分的网络协议，我们必 须先进行模块化，然后才能构件化，组装成 协议构件 协议模块化的目的在于控制协议的粒度 构件的粒度越小，协议划分得越细，协议构 件越多；构件粒度越大，协议划分得越粗， 协议构件就越少 按层次构件化、按功能构件化、按使用对象 构件化
协议构件的组装
构件A1 协议1 构件A2 构件A3
构件B1
构件B2 协议2(v1)
构件b1
构件b2 协议2(v2)
按层次构件化
按功能构件化
按使用对象构件化
无线局域网
无线局域网可以有两种组织方式：
一种是以一个基站（base station）为中心，所 有的移动设备都连接到这个基站上去，因此基站 也称为接入点（access point）； 另一种是没有基站，移动设备之间相互连接组成 局域网
无线局域网的标准
无线局域网的标准802.11由IEEE制定 第一个高速无限局域网是802.11a。1999年，IEEE 802.11a标准制定 完成，该标准规定无线局域网工作频段在5.15～5.825GHz，数据传 输速率达到54Mbps/72Mbps(Turbo)， 传输距离控制在10～100米 999年9月IEEE 802.11b被正式批准该标准规定无线局域网工作频段 在2.4～2.4835GHz，数据传输速率达到11Mbps。 2003年6月，IEEE推出最新版本IEEE 802.11g认证标准该标准提出拥 有IEEE 802.11a的传输速率，安全性较IEEE 802.11b好 IEEE 802.11e标准对无线局域网MAC层协议提出改进，以支持多媒 体传输，以支持所有无线局域网无线广播接口的服务质量保证QoS机 制。 IEEE 802.11f，定义访问节点之间的通信，支持IEEE 802.11的 接入点互操作协议（IAPP）。 IEEE 802.11h用于802.11a的频谱管 理技术。 IEEE 802.11i标准是结合IEEE 802.1x中的用户端口身份验证和设备 验证，对无线局域网 MAC层进行修改与整合，定义了严格的加密格 式和鉴权机制，以改善无线局域网的安全性。 个人无线局域网（wireless personal area networks）标准802.15， 这就是蓝牙的技术标准
嵌入式TCP/IP协议栈 协议栈适用的范围 嵌入式 协议栈
在商业系统，利用它来进行远程监视服务很 有意思 嵌入式TCP/IP的最大优越性也许在于它可以 使得嵌入式电子装置支持嵌入式的万维网服 务器 嵌入式TCP/IP的主要用途是进行远程监测 万维网服务器还可以对一个电子装置进行远 程配置
存在的局限
协议运行，提供网络服务
NSPCF特征 特征
NSPCF具有传统CBSD具有的一切特征，包括封 装性、复用性、扩展性，同时提供一组扩展特性， 诸如系统安全、动态加载、跨平台、分布式、开 放性 NSPCF NSPCF框架继承于CBSD，基本执行模块是与对 CBSD 象等价的构件 NSPCF的复用模型是要建立一种基于代码和二进 制级的复用模型 在NPCF框架中，有三种类型的成员public、 private、protected 通过设计一个安全进程SP（security process）对 系统安全性进行管理 跨平台性
CDMA
CDMA全称码分多址接入技术（Code Division Multiple Access） 建立在正交编码、相关接收的理论基础上 运用扩频通信技术解决无线通信的选址问题的多址 接入方式 在CDMA技术中，先用一个扩频码（spreading code）对数据进行调制，然后传输 CDMA还有一个非常显著的优点是它能充分利用多 路衰减现象
NSPCF网络子协议构件框架组成 网络子协议构件框架组成
传统网络协议和服务设计模式（面对过程） 越来越不能满足网络增长和发展的需求 NSPCF主要由四个部分组成：协议构件、构 件库、协议构件操作系统、构件开发平台
NSPCF模型 模型
需求分析 程序员 协议模块化 构件开发平台 协议构件 构件操作系统 构件库
GSM
GSM：“全球移动通信系统”（Global System for Mobile communications） 蜂窝概念 GSM使用时分多址方法 GSM移动台分为两部分
一部分包含无线接口特有的软件和硬件 另一部分是用户数据——用户识别卡（SIM）
GSM支持这么多数据业务，但是它基本上还 是为了话音业务和低速数据业务设计的
3G的数据业务范围
移动音频业务 通过互联网协议传送声音 静态图像 移动图像 虚拟本地环境 电子代理 未来的移动手持设备将不仅是现在的移动电话一样 以通话作为主要功能，而将是一种移动通讯设备跟 移动计算设备的结合，也就是智能手机（Intelligent Cell Phone）
构件化协议框架概述
TCP/IP协议是发展至今最成功的通信协议 路由器则是Internet的基石 目前的路由器大部分都支持多个协议，即多协议路 由器 目前的通讯设备逐步向着多CPU发展 协议构件化框架NSPCF（Networks Sub-Protocol Component Frame），应用构件技术将通讯协议划 分为子构件，完成高性能路由器上的高效通讯 构件技术把单个的应用程序分割成多个独立的构件， 某一块构件可独立的被新的构件更新、替换
首先嵌入式栈是建在专用的软插座API之上的 提供可靠传输，占用了大量的资源 体积太大，许多场合不适用
实施的方法
采用软件的方式 硬件方法
采用iReady的芯片或芯核，虽然使用的是4位微 处理器也能够和互联网实现直接连接
DSP方法
也可以选用DSP为基础的TCP／IP协议栈
采用方法选择
根据所设计的电子装置的实际情况来决定 使用硬件功能如何？ 打算如何来实现和互联网的连接？ 需要发送和接收那些种类的信息？ 将软件或硬件芯片整合到所设计的电子装置 中去，有没有困难？ 增加一个协议栈，是否需要对所设计的电子 装置进行重大更改等等
CDMA与FDMA、TDMA比较
CDMA与GSM/GPቤተ መጻሕፍቲ ባይዱS比较
GSM/GPRS系统有一个缺点，就是移动台在跨越两个蜂窝 小区的时候，要先跟原来所在的小区的基站断开连接，然后 跟后来所在的小区的基站进行连接，这个称为先断后连的转 台（handover），又称为硬转台（hard handover）。这种 情况下，正在进行的通话就要被断开了。 而这种情况在CDMA技术中就不存在了，因为所有的基站都 使用相同的频道，所以完全可以在断开之前先跟下一个基站 连接好，这称为先连后断的转台，又称为（soft handover）。 CDMA的信号功率远小于GSM等系统的功率，所以其辐射也 很小，这对人体健康可能有一定好处
无线通讯介绍 无线通讯
现在无线电技术已经非常成熟，已经在各种 场合得到非常广泛的应用，而嵌入式系统中 无线通讯更是随处可见。 首先我们将概要介绍无线传输。所有的无线 通讯都是基于无限传输的。 然后是无线局域网（Wireless Local Area Networks）和移动通讯。 因为移动手持设备市场前景广阔，我们将重 点介绍移动通讯的现状及发展趋势。
TCP连接建立
建立连接有两种方法，即主动打开和被动打 开 服务器端是一种被动打开，它一直在侦听连 接请求 而客户端是一种主动打开，它发送连接请求 以建立连接。
TCP连接断开
断开连接有两种方式：一是主动断开连接；另一是 被动断开连接 被动断开连接的处理较为简单，但标准ＴＣＰ协议 的主动断开连接的状态机部分过于复杂。 经过实验发现，在需要主动断开连接的时候，发送 一个Ｆｉｎ数据报；接收到对Ｆｉｎ数据报的确认 后，再发送一个Ｒｅｓｅｔ数据报，即可顺利完成 一次主动断开连接。 标准的ＴＣＰ协议使用慢启动的滑动窗口机制
ＩＰ协议
ＩＰ协议是ＴＣＰ／ＩＰ的基础 为不同网络的主机之间发送数据报的操作序 列提供无连接服务 通过在数据报前添加ＩＰ协议头，使每个数 据报具有寻址能力。 嵌入式系统只把ＩＰ作为传输工具，进行简 化以完成主要的操作
其它协议
ＡＲＰ协议为３２位ＩＰ地址到对应的４８位以太 网地址之间提供动态映射。 嵌入式系统中仅响应ＡＲＰ请求，发送ＡＲＰ回答 包。 请求者广播出包含ＡＲＰ请求的以太帧、目的以太 网地址为全１的广播地址。本机收到后，由目的Ｉ Ｐ地址发现自己是目的主机，发送一个ＡＲＰ回答。 ＩＣＭＰ通过ＩＰ协议传输其报文。ＩＰ协议是无 连接的，它无法将报文和错误信息传到最初的主机， ＩＣＭＰ将状态信息和错误信息发送到发报文的主 机。
无线移动通讯概述
无线通讯分为两类，一类是无线局域网，另一类是无线移动 通讯 无线设备可以是单向的，也可以是双向的。单向通信包括只 接收信号的BP机。 双向通信系统包括分组无线电网络和蜂窝系统
分组无线电通信（Packet－Radio Communication）。分组无线电通 信将一次传输分解成许多小的包含源地址和目的地址，以及错误检 测信息的数字分组。这些分组被上联到一个卫星，然后再进行广播。 接收设备只接收编址到它的数字分组。由于这种传输是双向的，因 而要使用查错和纠错技术。 蜂窝数字分组通信（Cellular Digital Packet Communication）。蜂 窝通信是一种提供用户和他们的家庭、办公室或网络之间进行双向 通信的移动计算设备这些设备具有电子函件处理能力，并且可以传 输文件和其它信息
无线传输
无线传输的媒介是电磁波，所有的信号都以 电磁波的方式被发送和接收 用来进行无线传输的电磁波波谱一般从无线 电波(radio)开始到可见光部分 (radio) 无线电波因为频率不是很高，较容易产生， 可以远距离传输，并能够较容易地穿透和绕 过障碍物线电波的传播是如水波似的扩散型 的 无线电波的特性跟它的频率有关