基于WinCE系统的环境参数-论文.doc

基于WinCE系统的环境参数采集仪设计摘要：环境监测技术是环境学科的重要组成部分，在保护生态环境、农林业信息采集、野外作业等方面都有重要意义。从目前环境参数采集方式来看，大都还存在工作量大、数据上传不及时等问题，因此不能实现对资源实时、高效地监控。所以本文设计了一种基于ARM微处理器S3C2440和WinCE操作系统的环境参数采集仪。该环境参数采集仪具有良好的人机对话，同时集成GPS和GPRS无线数据传输功能，从而摆脱了时空的约束，实现了对资源精准、实时、高效的监控。实验证明，该环境参数采集仪具有操作简便、采集速度快、采集量大、实时性好等优点。关键字： WinCE；S3C2440；移植；驱动A Design of Environmental parameters acquisition instrument Based on WinCE Abstract: Environmental monitoring technology is an important part of environmental studies, playing an important part in the protection of ecological environment, agriculture and forestry information collection, field work and other aspects of significance.From the current way in acquisition mode of environmental parameters, these phenomena, that is, heavy workload, time issues such as the resource can not be achieved in real-time and efficient monitoring steal exist.So this paper mainly designs an environmental parameters acquisition instrument based on ARM Microprocessor S3C2440 and WinCE operating system.The environmental parameters acquisition instrument has a good human-computer dialogue, and integrated GPS and GPRS wireless data transmission function so as to get rid of the time and space constraints and realize the precise and real-time, high efficient resource monitor. Experiments show that the environmental parameters acquisition instrument has the advantage of simple operation, fast collection, large collection and gong real-time .Key Words: WinCE；S3C2440；transplant；driver目 录1 引言11.1 历史背景及意义11.2 国内外研究现状及发展趋势11.2.1 研究现状11.2.2 发展趋势22 环境参数采集仪的基本功能和工作原理32.1 功能概述32.2 工作原理33 环境参数采集仪的硬件结构设计53.1 硬件总体结构53.2 CPU 及其辅助电路的设计53.2.1 CPU的选择53.2.2 S3C2440嵌入式处理器介绍63.2.3 CPU辅助电路设计73.3 系统存储模块的设计103.3.1 Flash模块设计113.3.2 SDRAM模块设计123.3.3 SD卡部分设计133.4 人机接口设计143.5 USB 接口的设计153.6 JTAG接口的设计163.7 GPS模块接口的设计163.8 GPRS模块接口的设计173.9 数据采集模块接口的设计183.10 电源模块的设计183.10.1 充电电路183.10.2 5V主电源194 WINCE操作系统的移植204.1 系统移植过程204.1.1 Bootloader 的开发204.1.2 BSP包的定制224.2 WinCE系统的编译与烧写244.2.1 编译内核244.2.2 烧写nboot244.2.3 烧写boot Logo264.2.4 烧写内核265 WINCE驱动程序设计275.1 WinCE 驱动程序开发简介275.2 WinCE 流式接口驱动开发275.3 WinCE 中断驱动程序设计295.3.1 WinCE中断体系结构295.3.2 中断处理原理315.3.3 DHT11传感器的IST实现336 WINCE应用软件设计356.1 应用程序开发流程356.2 采集仪软件设计356.2.1 概况356.2.2 采集仪软件画面356.2.3 功能模块介绍376.2.4 软件流程图377 系统性能测试397.1 环境测试结果397.2 SD卡数据保存功能测试397.3 GPRS数据上传功能测试398 总结与展望418.1 总结418.2 展望41参考文献42致谢43 1 引言1.1 历史背景及意义随着社会的进步和生产研究的需要，快速、准确获得环境参数对农林业信息采集、野外作业、户外活动和生态环境的研究来说非常重要。定时对农林业信息进行采集分析，能够极大促进农林业的发展；提前对野外环境进行监测，能够保障野外作业的安全进行；事先对户外环境参数进行采集，能够帮助人们对户外活动的适宜性进行判断，保证活动的安全。传统的环境参数采集就是将温湿度测量仪器之类的采集仪放在百叶箱中进行测量，采集人员必须每隔一段时间去观察一次，然后用笔记录下当前的温度、湿度等参数。这样的采集效率不高，实时性差，而且采集仪器一直暴露在外容易损坏。随着社会的进步，科技水平的不断提高，人类对环境的研究越来越深入，野外作业和户外活动也越来越频繁，这样的采集方式已经远远跟不上时代的步伐。于是，环境参数采集仪也必须正在朝着更加智能化的方向发展，只有这样才能满足当前科研和野外作业等方面的要求。所以，研制一种高效，实时性好的环境参数采集仪非常重要。它将为人类研究环境带来前所未有的便捷，也将为人类野外作业和户外活动提供更加可靠的保障。1.2 国内外研究现状及发展趋势1.2.1 研究现状环境参数采集仪是用来采集环境中的各类参数（例如温度、湿度、二氧化碳浓度等）的一种仪器仪仪表。从它的发展来看，大致可以分为如下四个阶段。第一个阶段是像水银温度计这样的非电类的环境参数采集仪。这样的环境参数采集仪缺点是显而易见的。第一，采集速度慢，精度较低，不能感应细微的变化；第二，使用不方便，需要人为读数；第三，不能保存数据，如果采集数据量很大，需要发费很大人力；第四，具有一定危险性，如水银温度计打碎后，会造成水银中毒。随着电子技术的发展，模拟和数字技术被广泛应用。于是产生了基于模拟和数字技术的环境参数采集仪。这类环境参数采集仪相比于第一代已经改善了许多，比如精度上提高了很多，也没有危险性。但是它和传统的环境参数采集仪一样，只能显示当前的温度，而不能自动记录，还是需要人为进行记录。这对于大数据量的采集还是很繁琐的。随着单片机的诞生和广泛应用，使各类仪器仪表更加智能化。当然环境参数采集仪也不例外。所以，第三阶段就是基于单片机的环境参数采集仪。有了单片机的加入使环境参数采集仪有了数据保存功能，省去了人工记录的繁琐工作。有了单片机的核心控制我们还可以加入一些辅助功能，比如在环境参数采集仪中加入GPRS，实现无线数据传输；加入GPS，实现定位功能等。但是，仅仅采用单片机去实现这么多的操作显然是十分困难，执行速度会比较慢。而且，现在采集的数据量非常大，单片机存储容量有限，也必将满足不了现代数据采集的要求。由于上述三个阶段的环境参数采集仪存在很多缺点，已经不能满足当前环境参数采集的需求。于是，当今社会出现了基于嵌入式操作系统的环境参数采集仪，具有如下特点：1）有了操作系统的加入，实现了同一时间内运行多个任务，使环境参数采集速度明显加快，并且每采集完一个参数就能马上通过GPRS远距离传输到控制中心，实时性明显提高；2）加入了触摸屏的设计，使操作更加方便；3）有了彩色液晶的显示界面，使采集到的数据更加一目了然。4）可扩展存储空间，使数据存储量明显加大，例如，将采集到的数据存放到SD卡上，可以很方便将数据导入计算机进行分析。目前，在国内外生产环境参数采集仪的公司还是很多的，如武汉新绿原科技发展有限公司生产的LVTESTO 610型温湿度仪，它只能显示当前的温湿度，而没有数据保存和无线数据传输功能，这运用于当前的温湿度采集工作上是很不方便的；再如德国德图公司生产的testo454多功能环境检测仪，虽然它具有很大的存储空间，但是也不具有无线数据传输功能，而且显示界面还是传统的段式led显示屏，操作还是通过普通的按键，因此，从目前繁重的采集工作上来说，使用起来还不不够便捷的。所以，从目前已有的产品来看，研制一种高效，实时性好，操作简便的环境参数采集仪是十分必要的。1.2.2 发展趋势从现在环境研究的需求上和仪器仪表更加智能化的角度上看，基于嵌入式操作系统的环境参数采集仪将是未来发展的方向。基于WinCE操作系统的环境参数采集仪将会更加普遍，将会是环境参数采集仪的发展方向。这就完全得益于WinCE操作系统的优越性能。WinCE有许多自己独有的特点：（1）精简的模块化操作系统；（2）多硬件平台支持；（3）支持有线和无线的网络连接；（4）稳健的实时性支持；（5）丰富的多媒体和多语言支持；（6）强大的开发工具1。WinCE操作系统的图形界面相当出色，它与Windows95的界面非常相似，对于使用者来说非常熟悉。WinCE操作系统的移植也非常方便的。尤其是应用程序的开发，与PC机的编程非常相似。从目前存在的问题和今后发展的前景来看，环境参数采集仪的研制将在以下几个方面进一步发展:1.显示单元的更新。目前的采集仪表绝大部分采用的是传统的LED，而液晶显示器件LCD的优异特性和逐步降低的价格使它在采集领域的应用越来越普遍。它有很多独特的优点:平板型结构，被动显示，显示信息量大，长寿命，无污染等。目前，应用于嵌入式系统的LCD一般都是TFTLCD，彩色大屏幕将使显示信息更加一目了然。2. 体积小型化。早期环境参数采集仪的体积比较大，大多是台式的而且还需要220V交流电源供电，这对于野外移动信息的采集是很不方便的。目前代表环境参数采集仪发展方向的嵌入式环境参数采集仪大都已经是便携式的。 3.功能多样化。除了环境参数采集的基本功能外，可以增加GPS定位，GPRS无线传输等功能。2 环境参数采集仪的基本功能和工作原理2.1 功能概述本文设计环境参数采集仪与传统的环境参数采集仪相比，增加了GPS定位功能和GPRS无线传输功能，其具体功能如下图2-1所示：环境参数采集仪温湿度数据采集功能GPS定位功能GPRS无线传输功能LCD液晶显示功能数据保存功能数据查询功能图2-1 基本功能2.2 工作原理假如下图2-2是某一采集区域的平面图，图中的A、B、C、D、E、F六个点是要采集数据的六个点。假设采集人员是从A点开始采集的，按照ABCDEF的顺序依次进行。采集人员只需带着手持式的环境参数采集仪来到A点，然后打开环境参数采集仪对A点进行数据采集，此时环境参数采集仪上会显示A点的温湿度、GPS定位坐标、当前时间等信息（显示界面如图2-3所示）。如果显示数据稳定，GPS定位成功，采集人员可以点击保存按钮将采集到的数据保存到SD卡中或者将数据上传到监控中心。其余5个点，也可以按照A点的采集步骤进行采集。 监控中心CBAFDE采集仪图2-2 采集区域平面图图2-3 显示界面3 环境参数采集仪的硬件结构设计3.1 硬件总体结构进行嵌入式硬件平台的开发首先要确定本系统应该具有的硬件模块。对于嵌入式系统主板硬件模块的选择主要是根据产品所要实现的功能决定的。从系统功能角度分析，本设计开发的环境参数采集仪主板的硬件应该主要包括以下几个部分：1. CPU及其辅助电路。本设计采用的CPU是三星公司提供的基于ARM920T技术的S3C2440。2. 存储系统。存储系统负责程序存储并提供程序运行空间和临时数据的存储。3. 人机接口模块。包括LCD液晶接口以及触摸屏接口的设计。该模块可以提供系统信息的输入输出，是人机交互的通道。4. 串行通信接口。本系统设计了通用串行总线口USB，方便与其他设备的连接。5. 系统调试接口。主要是设计用于系统开发和调试用的JTAG接口。6. GPS模块。7. GPRS模块。8. 温湿度传感器模块。9. 电源模块。一般说来各个模块的核心器件都有自己的标准工作电压，而这些电压却不尽相同，所以要针对各种电压设计相应的电压转换电路。由于该采集仪是便携式的，所以其工作环境中的电压必然是电池提供，所以这个模块中还将涉及到电池接口以及电池充电电路的设计。整个系统的硬件平台组成如图3-1所示。人机接口GPS&GPRS存储系统S3C2440CPU电源JTAG传感器模块串行通信接口图3-1 系统的硬件平台组成3.2 CPU 及其辅助电路的设计3.2.1 CPU的选择考虑到手持设备对功耗和运行速率、体积和系统成本都需要很高的要求，本设计采用三星公司生产的S3C2440微处理器芯片。除了考虑性能上的原因之外，还有一个原因是微软的开发工具Platform Builder中已经包含对其支持的BSP包，这将给我们的开发带来很大的便利。3.2.2 S3C2440嵌入式处理器介绍三星公司推出的16/32位RISC微处理器S3C2440A, 为手持设备和一般类型应用提供了低价格、低功耗、高性能小型微控制器的解决方案。为了降低整体系统成本，S3C2440A 提供了一些丰富的内部设备。S3C2440A 采用了ARM920T 的内核，0.13um 的CMOS 标准宏单元和存储器单元。其低功耗，简单，优雅，且全静态设计特别适合于低成本和功率敏感型的应用。它采用了新的总线架构Advanced Micro controller Bus Architecture (AMBA).三星S3C2440A的杰出的特点是其核心处理器（CPU）。ARM920T实现了MMU,AMBA BUS和Harvard高速缓冲体系结构。这一结构具有独立的16KB指令Cache 和16KB数据Cache。每个都是由具有8字长的行组成。通过提供一套完整的通用系统外设，S3C2440A减小整体系统成本和无需配置而外的组件。综合对芯片的功能描述，介绍S3C2440A集成的以下片上功能： 1.2 V内核供电，1.8V/2.5V/3.3V存储器供电，3.3V外部I/O供电具备16KB的I-Cache和16KB DCache/MMU微处理器 外部存储器控制器（SDRAM控制和片选逻辑） LCD控制器（高达4K色STN和256K彩色TFT提供1通道LCD专用DMA 4通道DMA控制器并有外部请求引脚 3通道的UART（IrDA1.0，64字节的Tx FIFO和64字节RX FIFO） 2通道SPI 1通道IIC总线接口（多主机支持） 1通道IIS音频编解码器接口 AC97编解码器接口 兼容SD主机接口协议1.0版和MMC卡协议版本2.11兼容版 2通道USB主控制器/ 1路USB设备控制器（1.1版） 4通道PWM定时器和1通道内部定时器/看门狗定时器 8通道10位ADC和触摸屏接口 具有日历功能的RTC 摄像头接口（最大4096 4096像素的投入支持；2048 2048像素的投入，支持缩放） 130个通用I/O端口/ 24通道外部中断源 具有普通，慢速，空闲和掉电模式 具有PLL片上时钟发生器S3C2440将系统的存储空间分为8组，每组的大小是128MB，总共1GB。Bank0到Bank5的地址是固定的，适用于ROM或SRAM。Bank6和Bank7用于ROM、SRAM或DRAM。所有内存块的访问周期都可编程。S3C2440采用八个通用片选信号来选择这些组。S3C2440支持NAND Flash，具有容量大，比NOR Flash 价格低的特点。系统采用NAND Flash、NOR Flash和SDRAM 相结合，可以获得非常高的性价比和灵活性。S3C2440具有三种启动方式，可以通过OM1:0管脚进行选择。 OM1:0=00时，处理器从NAND Flash启动。 OM1:0=01时，处理器从16位宽的ROM启动。 OM1:0=11时，处理器从32位宽的ROM启动。3.2.3 CPU辅助电路设计本部分重点介绍S3C2440所需的时钟的产生以及电源的管理，并且介绍了这两部分电路的设计原理。1.S3C2440时钟电路的产生S3C2440的时钟控制逻辑可以产生系统需要的三种时钟信号：FCLK,HCLK和PCLK。其中FCLK为CPU提供时钟信号；HCLK为片内AHB总线设备提供时钟信号，主要有存储器控制器、中断控制器、LCD以及USB控制器等；PCLK为APB总线设备提供时钟信号，如WDT、IIS、PWM定时器和UART等。S3C2440内部包含有两个PLL，一个为产生FCLK 、HCLK 、PCLK 服务，一个专为USB模块服务。时钟控制逻辑能够采用减速的时钟信号而不使用PLL，并且可以通过软件编程使得时钟可以连接到每个外围模块或者断开，这样可以减少系统功耗2。图3-2 S3C2440的内部时钟结构如图3-2所示为S3C2440的内部时钟体系结构。从图中可以看出，主时钟源可以来自外部晶振输入（XTIpll）或者外部时钟（EXTCLK），主时钟源的选择可以通过设置相应的管脚来实现。在图中我们还可以看出时钟产生器包括一个连接到外部晶振的振荡器和两个用来给S3C2440提供高频时钟信号的PLL：MPLL和UPLL。MPLL电路的作用是使输出信号与给定的输入参考信号在相位和频率上达到同步。USB主接口和USB从接口都需要48MHZ的时钟，在S3C2440内部UPLL专门为USB提供48MHZ的时钟。如前所述，可以设置相应的管脚来选择系统的主时钟源，这个管脚便是S3C2440的外部管脚OM3:2。表3-1指出了OM3:2管脚状态和主时钟之间的对应关系。表3-1 主时钟源的选择本系统的设计采用了主时钟由晶振经过PLL电路进行时钟倍频后来提供的方案，而不是外部时钟。所以OM3和OM2引脚都要接成低电平。应该注意要在X2的两端加上两个大小为15pF的旁路电容，用于去除来自振荡的高次谐波。其电路如图3-3所示。图3-3 外部晶振电路由于S3C2440片上还集成了具有日历功能的实时时钟RTC，所以还应该为其提供单独的时钟信号。在本设计中我们采用了振荡频率为32.768KHz的晶体X1。把它的输出振荡信号连接到S3C2440相应的XTOrtc和XTIrtc。应该注意要在X1的两端加上两个大小为22pF的旁路电容，用于去除来自振荡的高次谐波。其电路如图3-4所示。图3-4 时钟晶振电路2.S3C2440电源由于S3C2440采用独立的电源供给方式，所以要为各部分设计其所要求的工作电压。由于本系统中大部分的部件工作电压以及系统的逻辑高电平为3.3V，所以需要3.3V电压发生电路，这里选择LM1117-33线性稳压器。除了3.3V电压，还需要1.2V电压，因为处理器内核需要1.2V供电。这里我们采用MAX8860EUA18电源芯片产生一个1.25V电压来给内核供电。由于SET引脚的电压是1.25V，所以输出电压Vout=Vset（1+R33/R32）=1.25*(1+10/100000)=1.25V。这两部分电路如图3-5所示。图3-5 S3C2440电源3.3 系统存储模块的设计系统的运行必须有程序的运行空间和数据的存储空间，否则即使后续软件开发的再完善，也没有它运行的地方。存储系统是整个主板的重要组成部分，它的性能直接影响着整个系统的运行性能和成本，因此采用合适的存储器进行设计不仅能减少系统成本更能提高系统的整体性能。Flash 有NOR Flash 和 NAND Flash 两种，考虑到大容量的NOR Flash 成本较高，而且S3C2440 又支持从 NAND Flash 启动，这里选择了 NAND Flash 作为存储空间。但是鉴于NOR Flash的优点，我们在主板上也设计了一个 NOR Flash，作为开发时用。为了更大限度的发挥系统CPU的性能，提高系统的运行速度，就要为系统的程序运行和数据存储提供一个临时场所，这样就要采用RAM，考虑到SDRAM较SRAM便宜，所以采用SDRAM。为了扩展系统的存储能力和方便应用程序的更新，我们还在主板上设计了一个SD卡的接口2。3.3.1 Flash模块设计 1. NAND Flash 模块设计对于NAND Flash 模块的设计我们采用了三星公司的K9F2G08。它以典型的528字节页为单位的写入时间仅为200us，擦除128KB块的时间只需1.5ms。其地址引脚可以复用为数据I/O引脚和控制命令输入引脚。对于程序和数据要求存储在同一芯片中的应用，K9F2G08是一个很好的选择。K9F2G08原理图，如图3-6所示。图3-6 NAND Flash K9F2G082.NOR Flash 模块设计对于NOR Flash的设计，我们采用的是美国SST公司推出的大小为2M*16位的SST39VF3201。SST39VF3201是一款具有2.7V-3.6V的宽电压输入范围的低功耗Flash。SST39VF3201原理图如图3-7所示。图3-7 NOR Flash SST39VF32013.3.2 SDRAM模块设计SDRAM与Flash存储器相比不具有掉电保存数据的特性，但由于它速度快，而且可读写的属性，SDRAM在系统中主要作为程序运行的场所和临时数据存储空间。系统上电后WinCE 就是在SDRAM中运行的，它是整个主板的重要组成部分7。本系统采用两片HY57V561620来构造64M的SDRAM空间。HY57V561620是由现代公司推出的32M的SDRAM，它的所有数据输入输出均与时钟的上升沿同步。由于S3C2440内部有SDRAM控制器，这大大简化了我们对SDRAM模块的设计。S3C2440与HY57V561620的连接方式如图3-8所示。图3-8 SDRAM HY57V5616203.3.3 SD卡部分设计S3C2440集成了SD卡控制寄存器，这大大方便了我们对SD卡接口部分的设计SD卡基于9针接口，它通过SD总线与处理器进行通信。为了给数据传输提供足够大的电流，这里加了10K的上拉电阻。S3C2440与SD卡的连接方式如图3-9所示。还需要注意的是SD在数据传输时速度非常快，所以我们在PCB布线时需要将数据线等长，以防止读写时发生错误。图3-9 SD卡3.4 人机接口设计一个友好的人机接口是一个系统所必须的，它提供了系统信息的输入与输出，是人机交互的通道，由于是手持式系统，所以，这里采用LCD液晶和触摸屏。本系统的液晶屏采用奇凌公司的带四线电阻式触摸屏的3.5寸TFT液晶模块LQ035HC111，屏幕大小为320*240。其原理图如图3-10所示。S3C2440内部集成了LCD控制器和触摸屏控制器，这大大方便了我们的设计。S3C2440集成的LCD控制器主要作用是将内存显示缓存区的图像信息传送到外部LCD驱动器中，它支持单色、4级、16级灰度黑白STN LCD屏和256色、4096色彩色STN LCD屏，同时也支持每像素2位、4位、8位的调色TFT彩色LCD，并且也支持每像素16位、24位的真彩显示。同样要注意的是在PCB布线时，也需要将数据线等长，以避免液晶显示时会模糊。图3-10 LCDS3C2440接4线电阻式触摸屏的电路原理如图3-11所示。整个触摸屏由横向电阻线和纵向电阻线组成。由处理器的TSXM、TSYM、TSXP、TSYP四个控制信号控制。S3C2440有8个模拟输入通道。其中通道6、7作为触摸屏接口的X坐标输入，通道4、5作为触摸屏接口的Y坐标输入。在接入S3C2440触摸屏接口前，它们通过一个阻容式低通滤波器滤除坐标信号噪声。在采样过程中，软件只用给特殊寄存器置位，S3C2440的触摸屏控制器就会自动控制触摸屏接口打开或关闭，按顺序完成X坐标点采集和Y坐标采集。图3-11 触摸屏3.5 USB 接口的设计USB是一种常用串行传输的PC接口，拥有4个引脚，分别为电源、地、数据正信号和数据负信号，其中USB2.0协议标准的速度可以达到480Mbps，USB接口的输出电压和电流分别为+5V和500mA ，实际误差最大不超过+/-0.2V 即4.8-5.2V，USB的这些特点使得其可以非常方便的满足各种工业和民用需要。考虑到本系统的使用情况，我们在主板上设计一个USB接口。S3C2440集成了一个USB Device控制器和两个USB HOST 通信端口，这使得设计USB接口变得更加容易。USB接口电路如图3-12所示。该电路中PRT5V0UX2的主要起静电保护的作用。图3-12 USB接口电路3.6 JTAG接口的设计JTAG(Joint Test Action Group;联合测试行动小组)是一种国际标准测试协议（IEEE 1149.1兼容），主要用于芯片内部测试。现在多数的高级器件都支持JTAG协议，如DSP、FPGA器件等。标准的JTAG接口是4线：TMS、TCK、TDI、TDO，分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。 JTAG控制逻辑简单方便，易于实现，几乎所有复杂的IC芯片都具有JTAG控制接口。S3C2440内部就集成了JTAG控制接口。JTAG接口电路如图3-13所示。10K上拉电阻是为了提供给测试器件提供足够的电流。图3-13 JTAG接口电路3.7 GPS模块接口的设计GPS模块主要是用来接收定位信号，以供后续软件开发使用。本系统选择了Fastrax UP500 GPS信号接收模块，它具有以下特点： 14个独立并行通道 L1全波长载波相位跟踪 独有的多路径消除技术 1Hz刷新频率 输出信号遵行流行的NMEA0183格式 工作温度： -30+80 存储温度：-40+80 水平精度（CEP）：1.8m 冷启动时间：33s typ 温启动时间：33s typ 热启动时间：1s typUP500提供了一个串行输出通道，只要把这个通道的数据收发信号线RXD1、TXD1连接到S3C2440内置的UART通道的所对应的信号线上，再在接口模块上添加好3.3V的电源线和地线，GPS模块接口就设计完成了。GPS模块电路如图3-14所示。图3-14 GPS模块电路3.8 GPRS模块接口的设计目前，中国移动推出的GPRS业务已经可以覆盖全国的大部分范围而且采用按流量计费的方式，所以结合本系统的无线数据交换需求以及野外作业环境，这里选择了利用GPRS和终端服务器进行数据交换。要实现GPRS通信在硬件上就要求有GPRS通信模块。GPRS通信模块的品牌很多，本设计从通讯稳定性和带有TCP/IP协议栈这样的原则来选择，确定采用华为公司生产的EM310模块。该模块支持端对端、端对用户的通信方式，支持SMS、GPRS等数据传输和语音呼叫。模块提供了非常完整的使用接口包括串行数据通信接口、SIM卡接口，内嵌TCP/IP协议栈。EM310和S3C2440之间通信也是十分方便的，只需要将EM310的串口和S3C2440的UART连接就可以了。SIM卡插槽是一个标准的具有8针的卡座。除了电源和地以外，把卡座上的SIM-DATA、SIM-RST、SIM-CLK、SIM-VCC、SIM-GND连接到EM310上所对应的信号引脚上就可完成SIM卡插槽的设计。具体电路如图3-15所示。图3-15 GPRS模块电路3.9 数据采集模块接口的设计由于该系统是手持式的，因此对数据采集模块的要求是体积小、功耗低、响应速度快针对这些要求，这里选择DHT11数字温湿度传感器。它是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。由于该传感器采用的是单线制串行接口，所以它与S3C2440的连接十分方便的，只需将DHT11的数据线与S3C2440的普通IO口相连接，再连接好电源就可以了。具体电路如图3-16所示。图3-16 数据采集模块接口电路3.10 电源模块的设计电源系统的是否稳定对于整个嵌入式系统有至关重要的影响。本系统中除了3.3V和1.2V电压外还需要5V、3.8V（GPRS使用）、30V（LCD背光使用）等。由于本系统是手持式的，需要锂电池供电，因此还需要充电电路。电池采用的是8.4V的锂电池。这里重点介绍充电电路和5V转换电路。3.10.1 充电电路电源模块设计中首先采用LTC4002-8.4 芯片由外部独立的开关稳压电源从市电产生的12V电压对电池充电。LTC4002-8.4是由LINEAR 公司推出的专用锂电池充电芯片。在LTC4002-8.4上有专门的电池状态检测信号线，将其连接到S3C2440引脚，这给后续在软件中实现的电源管理提供了硬件基础。其电路如图3-17所示。图3-17 LTC4002-8.4 充电电路3.10.2 5V主电源8.4V电压由电池输出后就要转换为系统中其他模块需要的电压。首先是要将8.4V转换为5V，由于后续电压转换大都是用5V作为输入的，所以对该芯片的效率和能提供的电流都有很高的要求。这里采用TI公司生产的TPS54331开关电源芯片，它能提供3A的电流，而且效率非常高。5V输出电压可以由下式得到，VCC5V=0.8*1+（R87+R74/R95=0.8*(1+10.470/2)=4.998V。其电路如图3-18所示。图3-18 TPS54331 电源电路4 WinCE操作系统的移植当系统的硬件平台搭建完成后，接下来的问题就是如何将操作系统和应用软件在其上运行起来。这一过程主要分为两步，首先是利用Platform Builder将WinCE操作系统移植到硬件平台上，然后就是在此系统平台上进行应用程序的开发。4.1 系统移植过程WinCE的移植过程，主要是针对不同的CPU，不同的目标板，开发BSP的过程。开发BSP的基本步骤如图4-1所示。大致而言，开发BSP可分为7个步骤，当然有些步骤是必需的，而有些是可选的。整个过程结束后，最终的目标是在某个目标板上可完整运行WinCE操作系统1。发布BSP硬件开发与测试克隆参考BSP开发Bootloader开发OAL添加驱动程序电源管理图4-1 开发BSP步骤这里结合本系统详细讲解一下，BootLoader的开发和BSP包的定制。4.1.1 Bootloader 的开发BootLoader就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境3。我们首先找到bootloader的文件夹（就是nboot这个文件夹，E:WINCE500PLATFORMnboot），打开之后我们先找到244x_init.s,因为bootloader的执行是从这个函数开始的。在文件中，程序执行到blMain这一句时，程序就跳转到Main（）函数中去执行。接下来我们就来看看Main（）函数中执行了些什么操作。当然，首先我们要先找到这个Main（）函数，它位于NBOOT.C这个文件中。NBOOT.C。这段代码实现了一系列的初始化，都是为加载操作系统做准备的。1修改Port_Init()，该函数可以在244x_lib.c中找到。rGPACON = 0x7fffff;rGPDCON = 0xaaaaaaaa; rGPDUP = 0xffff; / The pull up function is disabled GPD15:0rGPECON = 0xaaaaaaaa; rGPEUP = 0xffff; / The pull up function is disabled GPE15:0rGPFUP = 0xff; / The pull up function is disabled GPF7:0rGPGCON = 0xff95fdba;rGPGCON &=(0x19);rGPGCON |=(0x18);rGPGDAT &= (14);rGPGUP = 0xffef;