嵌入式通信协议(嵌入式通信协议有哪几种类型)

首先介绍嵌入式Internet技术的发展和广阔的应用前景以及嵌入式Internet技术的基本概念和原理，然后重点阐述了嵌入式系统接入Internet的几种方式，包括各种接入方式的工作原理，对TCP／IP的处理方法及所需的其他协议、软硬件等，并对它们各自的优缺点进行了比较，指出了新的发展方向。关键词：嵌入式系统；嵌入式Internet；TCP／IP协议0　引　言嵌入式Internet技术是一种将嵌入式设备接入Internet的技术，利用该技术可将Internet从PC机延伸到8位、16位、32位单片机，并实现基于Inter－net的远程数据采集、远程控制、自动报警、上传／下载数据文件、自动发送E－mail等功能，大大扩展In－ternet的应用范围。嵌入式Internet技术的出现时间并不很长，但是发展速度却非常之快，新思想不断涌现，新概念连续推出，新技术层出不穷，新产品不断产生，从底层硬件技术所提供的解决方案到顶层软件所开拓的想像空间，都在不断地推陈出新。随着PC机时代的到来，21世纪将是嵌入式Internet的时代。美国贝尔实验室总裁Arun Netravali的一批科学家对此做出了预测：嵌入式Internet“将会产生比PC机时代多成百上千倍的瘦服务器和超级嵌入式瘦服务器。这些瘦服务器将与我们所能想到的各种物理信息、生物信息相联接，通过Internet网自动地、实时地、方便地、简单地提供给需要这些信息的对象”更多内容可以在闯客技术论坛查看。网络专家预测，将来在Internet上传输的信息中，将有70％的信息来自小型嵌入式系统［2］。嵌入式Internet将有很好的发展前景和广阔的市场，未来的Internet技术将是嵌入式Internet占主导地位，因此嵌入式系统与Internet的接入方式已成为人们研究的热点。1　嵌入式Internet的基础嵌入式Internet是嵌入式系统与Internet的结合。嵌入式系统中包含嵌入式处理机、嵌入式操作系统和应用电路部分，与Internet的接入则必须有对应的接入协议，如通用的TCP／IP协议。因此，实现嵌入式Internet的基础是嵌入式处理机、嵌入式操作系统和接入Internet的通信协议。（1）嵌入式处理机单片机就是典型的嵌入式处理机，如常见的In－tel的8051系列、Atmel的AVR、MicroChip的PIC、Motorola的Dragonball、Cygnal的C8051F等，以及一些高端的单片机如ARM、SH3、MIPS等，嵌入式处理机的种类有几百种。处理机是嵌入式系统的核心，其性能直接影响整个系统的性能高低，影响接入Internet的方式和成本。（2）嵌入式操作系统嵌入式系统要完成复杂的功能，已经不可能像普通单片机一样，直接从底层开始编写所有程序，必须采用底层的操作系统，在此基础上来完成复杂的应用软件设计。但由于嵌入式系统自身资源的限制，嵌入式操作不可能像PC机的操作系统一样庞大，Windows98／2000有几百兆字节，而嵌入操作系统一般只有100－200半字节。同时嵌入操作系统还必须是实时多任务操作系统，而Windows98／2000不是实时操作系统。另一方面，嵌入式处理机的种类繁多，嵌入操作系统还必须支持多种不同处理器体系结构的众多处理机。目前国际上嵌入式系统的主流是实时多任务操作系统（RTOS：Real－Time Operating System）。RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台，是一段嵌入在目标代码中的软件，用户的其它应用程序都建立在RTOS之上。不但如此，RTOS还是一个标准的内核，将CPU时间、中断、I／O、定时器等资源都包装起来，留给用户一个标准的API，并根据各个任务的优先级，合理地在不同任务之间分配CPU时开发基础。这样一来，基于RTOS上的C语言程序具有极大的可移植性。同时，在RTOS基础上可以编写出各种硬件驱动程序、专家库函数、行业库函数、产品库函数和通用性的应用程序一起，可以作为产品销售，促进行业内的知识产权交流。虽然商品化的嵌入式操作系统在20世纪70年代后期才出现，但到20世纪末，成熟的商品化操作系统已经十分丰富了，如Palm OS，VxWorks，pSOS，Nuclear，VelOSity，QNX，VRTX，WindowsCE（现改名为Windows Powered）以及目前炒得很热的嵌入式Linux等。（3）接入Internet的通信协议嵌入式系统接入Internet同PC机接入Internet一样，必须通过相应的通信协议。目前的Internet采用TCP／IP协议，因此嵌入式系统接入Internet最终必须通过TCP／IP接入，嵌入式系统对信息进行TCP／IP协议处理，使其变成可以在Internet上传输的IP数据包。若采用网关方式，在网关前端可以采用适合嵌入处理机和起控制作用的新协议，通过网关转换后变成标准IP包接入Internet。由于嵌入式系统自身资源的限制，处理能力不如台式机强，以及从PC机上来的TCP／IP的复杂性，使得处理通信协议成为嵌入式系统接入Internet的关键，也是嵌入式系统接入Internet的难点之一。因此下面着重分析当前的几种接入方式以及对协议的不同处理方法。2　嵌入Internet的几种接入方式2．1　处理机加TCP／IP协议方式采用处理机加TCP／IP协议方式，MCU处理机像PC机一样直接处理TCP／IP协议，一般需要高档的处理机，如32位的ARM，SH3，MIPS等MCU和一些单周期指令速度较高的8位MCU，如AVR、SX等，其结构见图1。对TCP/IP协议的具体处理又有2种方法。一种方法是采用实时操作系统RTOS，用软件方式直接处理TCP／IP协议。实时操作系统的功能越来越强大，许多都具有对图像界面和TCP／IP的支持能力。采用这种方式最灵活，能按用户需求实现很多复杂的功能，当然灵活的同时带来的是开发复杂度的增加，对开发人员的要求高，对操作系统和TCP／IP协议都要有一定的熟悉程度，因此开发周期也较长，高档MCU和RTOS的价格也很高。另一种是采用固化了TCP／IP协议的硬件芯片，如Seiko Instruments公司的S7600A等，它支持HTTP、SMTP、POP3、MIME等多种协议，通过外部硬件电路处理TCP／IP协议。也可用UBICOM公司（原Scenix公司）的SX单片机加虚拟外设的方式。SX单片机采用CPU并行流水线和单时钟周期指令，其极限运行速度系数等于1，达到最大值，支持的晶振最大到100 MHz，因此执行速度可达100MIPS。SX单片机的最大特点是支持虚拟外设，将许多功能模块（如DTMF接收与发送、TCP／IP协议等）设计成软件功能模块，需要使用某功能时直接调用相应模块，其效果等同于安装对应硬件外设电路，但虚拟外设方式更灵活更方便，且硬件电路简单。该方式与前一种相比更方便，开发难度有所降低，但还是需要熟悉TCP／IP协议和相关接口。这两种方式类似于在MCU上实现PC机加网卡的功能，MCU直接处理TCP／IP协议，复杂度较高，且每个MCU也需要一个IP地址，而IP地址需要付费使用。它需要高档的MCU处理机和较高的开发成本，因此一般只会在一些高档产品（如汽车）中使用。它有一个好处是不需要PC机做网关。2．2　Webit方式Webit是沈阳东大新业信息技术股份有限公司研制开发的嵌入式系统接入Internet的一个实用产品，它将MCU和以太网控制器集成到一块小板卡上，将它装入到嵌入系统中就可以完成嵌入系统与Internet网的联接。Webit有自己的IP地址，与前面提到的第一种方式相似，但它有更高的集成度，将协议处理部分独立出来，开发人员省去了网络部分的设计，可将主要精力放在应用系统本身。Webit总体上是一个基于AVR单片机的系统，在单片机内有用来存储系统服务程序的8千字节的FLASH空间、512字节的RAM空间以及用来存放系统参数（IP地址、MAC地址、串口波特率等）的EEPROM。在单片机的外围，有用来存放Web页面的EEPROM。系统中包含一个10 M以太网控制器，用来提供网络的联接。系统提供的应用系统接口为TTL电平的UART口及14位I／O口，通过它与应用系统相连，其应用方式见图2。Webit方式实际上与第一种方式类似，只是将协议处理部分分离出来由Webit单独完成，开发人员可以不必考虑网络协议和相关接口，但也需要独立的IP地址。该方式也不需要网关，无需PC机，软、硬件结构可以独立设计，其开发成本相对较低。2．3　采用专用嵌入式网络协议利用emWare公司开发的嵌入式微Internet网络技术（EMIT：Embedded Micro InternetworkingTechnology）。EMIT由emNet和emGateway两部分组成，emNet协议运行在MCU内部，是为嵌入式系统和其他网络（如RS485、IR、RF和电力线等）进行联接的网络协议。同时，emNet使得集成emMicro的嵌入式系统能够和嵌入式微控制器网关emGate－way进行有效的通信。嵌入式微控制器网关（即em－Gateway）运行在计算机、TV机顶盒或专用的家用电器服务器中，它是设备网络和Internet之间联接的桥梁。应用系统运行MCU内的emNet，通过em－Gateway与Internet联接，见图3。具体来讲，EMIT采用桌面计算机或高性能嵌入式处理器作为网关emGateway，支持TCP／IP协议并运行Internet服务程序，形成一个用户可通过网络浏览器进行远程访问的服务器，emGateway通过RS232、RS485、CAN、红外、射频等总线将多个嵌入式设备联系起来，每个嵌入式设备的应用程序中包含一个独立的通信任务，称为emMicro，监测嵌入式设备中预先定义的各个变量，并将结果反馈到emGateway中；同时emMicro还可以解释emGate－way的命令，修改设备中的变量，或进行某种控制。这种方式要求设计工程师必须熟悉emNet协议和相关的接口，并且软硬件设计的工作量仍然较大。应用系统的MCU处理emNet协议要占用一定的系统资源，对MCU的要求也较高，同时需要微机做网关。优点是网关中的一个IP地址可以联接多个嵌入式应用系统。2．4　使用专用芯片WebchipWebchip是武汉力源公司于2000年4月开发出使嵌入式电子设备和家用电器与网络方便联接的实用解决方案。Webchip是独立于各种微控制器的专用网络接口芯片，它通过标准的输入、输出口与各种MCU相连。MCU通过Webchip与网关联接即可接收并执行经由Internet远程传来的命令或将数据交给Webchip发送出去。MCU应用系统通过Webchip网络芯片与Gateway联接，再进入Internet网，如图4所示。Webchip内部固化了MCUNet协议，它与em－Gateway和OSGi协议兼容，是MCU电子设备与计算机平台上的Gateway建立联系的一种软件协议，可以处理MCU与Gateway之间的通信。MCUNet协议结构简单，但功能很强。Webchip作用就是解释通信协议，控制数据传输，使MCU应用系统不用去管理协议的具体内容，只需要解释和执行Webchip送来的命令（Webchip与MCU之间共有17条命令）。Webchip将来自MCU的数据编译成符合协议规定的格式，然后传给Gateway，而由Gateway下传的命令和数据由Webchip负责解释，然后通过命令方式送给MCU。图4中的网关服务器用于协议的解释、转换、执行等，通常由一台普通PC机来实现。Webchip的简要工作过程是：Webchip通过SPI三线串行接口与MCU应用系统联接。它与MCU应用系统交换信息是由17条简单的指令进行控制。Webchip的另一端以RS－232、RS－485或Modem等接口电路与基于PC机平台的网关接口。Webchip在MCU应用系统接入Internet的过程中实际上是起了底层协议的编译、解释和转换作用，将MCU应用系统与网关再与Internet联接起来。这是由于PC机网关能提供HTTP服务，又可与网络浏览器接口。这种方案相对更简单，对MCU要求较低，无论是运行速度、硬件配置和存储器容量等方面均无特殊要求；软件设计也只需在原应用系统的基础上增加一小段接口程序，其它无需作大的改动。对设计工程师，不需要熟悉复杂的网络协议和相关接口，完全不必考虑任何网络协议，只需要解释并执行We－bchip传送过来的指令和数据就可以实现与Internet网络联接。其开发周期更短，也较灵活。同采用专用嵌入式网络协议方案一样，需要微机做网关，网关中的一个IP地址可以联接多个嵌入式应用系统。目前还买不到PS2000的芯片，只是最近在力源网站上有了PS2000的详细芯片资料。其开发套件也较便宜，包含带有通信接口的PSM2000模块板和PSE2000 EVKIT演示套件等。3　结束语随着芯片技术的发展，嵌入Internet还会有更多更新的接入方式出现。针对目前的情况，最主要的问题是需要解决成本问题，以上几种接入方式虽然有成本较低的方案，但与众多嵌入系统中便宜的MCU系统相比，其接入成本在整个系统中还是占有相当大的比重。只有接入成本进一步降低才能使嵌入式Internet真正进入寻常百姓家庭，真正在嵌入系统和智能家庭的大市场中发挥重要作用，因此还需要进一步开发单芯片的最低成本的解决方案，以适应市场的需要。

目前来说嵌入式软件方向很有前景，最常见的是嵌入式Linux方向。 下面的信息希望对你有所帮助。嵌入式软件方面最重要的课程包括：(1) 嵌入式微处理器结构与应用：这是一门嵌入式硬件基础课程，我们说过，嵌入式是软硬件结合的技术，搞嵌入式软件的人应对ARM处理器工作原理和接口技术有充分了解，包括ARM的汇编指令系统。若不了解处理器原理，怎么能控制硬件工作，怎么能写出节省内存又运行高速的最优代码(嵌入式软件设计特别讲究时空效率)，怎么能写出驱动程序(驱动程序都是与硬件打交道的)？很多公司招聘嵌入式软件人员时都要求熟悉ARM处理器，将来若同学到公司中从事嵌入式软件开发，公司都会给你一本该设备的硬件规格说明书 (xxx Specification)，你必须能看懂其中的内存分布和端口使用等最基本的说明(就像x86汇编一样)，否则怎么设计软件。有些同学觉得嵌入式处理器课程较枯燥，这主要是硬件课程都较抽象的原因。还有同学对ARM汇编不感兴趣，以为嵌入式开发用C语言就足够了。其实不应仅是将汇编语言当成一个程序设计语言，学汇编主要是为了掌握处理器工作原理的。一个不熟悉汇编语言的人，怎么能在该处理器写出最优的C语言代码。在嵌入式开发的一些关键部分，有时还必须写汇编，如Bootloader等(可能还包括BSP)。特别是在对速度有极高要求的场合(如DSP处理器的高速图像采集和图像解压缩)，目前还会用到汇编写程序的，尽管用到的机会相对C要小得多。当你在一个嵌入式公司工作时，在查看描述原理的手册时，可能很多都是用汇编描述的，这是因为很多硬件设计人员只会写或者喜欢用汇编描述，此时你就必须看懂汇编程序，否则软硬件人员可能就无法交流。很多嵌入式职位招聘时都要求熟悉汇编。(2) 嵌入式操作系统类课程除了WinCE的实时性稍差外，大多数嵌入式操作系统的实时性都很强，所以也可称为实时操作系统Real TimeOperating System。从事嵌入式的人至少须掌握一个嵌入式操作系统(当然掌握两个更好)，这在嵌入式的所有技术中是最为关键的了。目前最重要的RTOS主要包括：第一类、传统的经典RTOS：最主要的便是Vxworks操作系统，以及其Tornado开发平台。Vxworks因出现稍早，实时性很强(据说可在1ms内响应外部事件请求)，并且内核可极微(据说最小可8K)，可靠性较高等，所以在北美，Vxworks占据了嵌入式系统的多半疆山。特别是在通信设备等实时性要求较高的系统中，几乎非Vxworks莫属。Vxworks的很多概念和技术都和Linux很类似，主要是C语言开发。像Bell- alcatel、Lucent、华为等通信企业在开发产品时，Vxworks用得很多。但Vxworks因价格很高，所以一些小公司或小产品中往往用不起。目前很多公司都在往嵌入式Linux转(听说华为目前正在这样转)。但无论如何，Vxworks在一段长时间内仍是不可动摇的。与Vxworks类似的稍有名的实时操作系统还有pSOS、QNX、Nucleus等RTOS。第二类、嵌入式Linux操作系统：Linux的前途除作为服务器操作系统外，最成功的便是在嵌入式领域的应用，原因当然是免费、开源、支持软件多、呼拥者众，这样嵌入式产品成本会低。Linux本身不是一个为嵌入式设计的操作系统，不是微内核的，并且实时性不强。目前应用在嵌入式领域的Linux系统主要有两类：一类是专为嵌入式设计的已被裁减过的Linux系统，最常用的是uClinux(不带MMU功能)，目前占较大应用份额，可在ARM7上跑；另一类是跑在 ARM 9上的，一般是将Linux 2.4.18内核移植在其上，可使用更多的Linux功能(当然uClinux更可跑在ARM 9上)。很多人预测，嵌入式Linux预计将占嵌入式操作系统的50%以上份额，非常重要。缺点是熟悉Linux的人太少，开发难度稍大。另外，目前我们能发现很多教材和很多大学都以ucOS/II为教学用实时操作系统，这主要是由于ucOS/II较简单，且开源，非常适合入门者学习实时操作系统原理，但由于ucOS/II功能有限，实用用得较少。况且熟悉了Linux开发，不仅在嵌入式领域有用，对开发Linux应用软件，对加深操作系统的认识也有帮助，可谓一举多得。据我所知，目前Intel、Philip都在大搞ARM+LINUX的嵌入式开发，Fujitum则是在自己的处理器上大搞Linux 开发。目前在嵌入式Linux领域，以下几个方面的人特别难找，一是能将Linux移植到某个新型号的开发版上；二是能写Linux驱动程序的人； 三是熟悉Linux 内核裁减和优化的人。不过LINUX有一个硬伤，就是没有WINDOWS那样的友好方便美观的交互界面，不然微软帝国早就守不住了。第三类、 Windows CE嵌入式操作系统：Microsoft也看准了嵌入式的巨大市场，MS永远是最厉害的，WinCE出来只有几年时间，但目前已占据了很大市场份额，特别是在PDA、手机、显示仪表等界面要求较高或者要求快速开发的场合，WinCE目前已很流行(据说有一家卖工控机的公司板子卖得太好，以至来不及为客户裁减WinCE)。WinCE目前主要为4.2版(.NET)，开发平台主要为WinCE Platform Builder，有时也用EVC环境开发一些较上层的应用，由于WinCE开发都是大家熟悉的VC++环境，所以我院学过Windows程序设计课程的同学都不会有多大难度，这也是WinCE容易被人们接受的原因，开发环境方便快速，微软的强大技术支持，WinCE开发难度远低于嵌入式Linux。对于急于完成，不想拿嵌入式Linux冒险的开发场合，WinCE是最合适了(找嵌入式Linux的人可没那么好找的)，毕竟公司不能像学生学习那样试试看，保证开发成功更重要。根据不同的侧重点 ，WinCE还有两个特殊版本，一个是MS PocketPC操作系统专用于PDA上(掌上电脑)，另一个是MS SmartPhone操作系统用于智能手机上(带PDA功能的手机)，两者也都属于WinCE平台。在PDA和手机市场上，除WinCE外，著名的PDA 嵌入式操作系统还有Palm OS(因出现很早，很有名)、Symbian等，但在WinCE的强劲冲击下，Palm和Symbian来日还能有多长？同学学过VC++后再学 WinCE，非常方便自然，通过学习WinCE同样也可了解嵌入式软件的一般开发过程，对Linux有惧怕心理的同学也很合适。很显然，嵌入式Linux 永远不可能替代WinCE，而且将来谁占份额大还很难讲，毕竟很多人更愿意接受MS的平台，就像各国政府都在大力推LINUX已好长时间，但你能看到几个在PC机上真正使用LINUX的用户？据我观察，目前在嵌入式平台上，LINUX是叫得最响，但还是WinCE实际用得更多。嵌入式LINUX可能更多地是一些有长远产品计划的公司，为降低成本而进行长远考虑。WinCE和多媒体(如MPEG技术)是微软亚洲工程院目前做得较多的项目领域之一，现在社会很需要精通WinCE的人。现在有WINCE的智能手机，金山词霸、WORD、EXCEL、REGEDIT等居然都有 smartphone版的，PC上的MP3、DOC等居然在download时都可被自动转换成smartphone格式，很爽的。完全可用 Windows CE自己开发一些需要的程序download到自己的手机上。现在市面销售PDA智能手机火爆，MS总是财源滚滚。总结关于嵌入式操作系统类课程，若你觉得自己功底较深且能钻研下去，则可去学嵌入式Linux；若你觉得自己VC++功底较好且想短平快地学嵌入式开发，自学WINCE是非常好的选择。(3) 嵌入式开发的相关领域搞嵌入式若能熟悉嵌入式应用的一些主要领域，这样的人更受企业欢迎。主要的相关领域包括：A、数字图像压缩技术：这是嵌入式最重要最热门的应用领域之一，主要是应掌握MPEG编解码算法和技术，如DVD、MP3、PDA、高精电视、机顶盒等都涉及MPEG高速解码问题。B、通信协议及编程技术：这包括传统的TCP/IP协议和热门的无线通信协议。首先，大多数嵌入式设备都要连入局域网或Internet，所以首先应掌握 TCP/IP协议及其编程，这是需首要掌握的基本技术；其次，无线通信是目前的大趋势，所以掌握无线通信协议及编程也是是很重要的。无线通信协议包括无线局域网通信协议802.11系列，Bluetooth，以及移动通信(如GPRS、GSM、CDMA等)。C、网络与信息安全技术：如加密技术、数字证书CA以及各种网络安全设备，包括硬件防火墙、入侵检测IDS、还有防毒墙、IPS等，中国在这方面还是没有自己优势的，我们陈院长好象正在往这方面发展。D、 DSP技术：DSP是Digital Signal Process数字信号处理的意思，DSP处理器通过硬件实现数字信号处理算法，如高速数据采集、压缩、解压缩、通信等。数字信号处理是电子、通信等硬件专业的课程，对于搞软件的人若能了解一下最好。目前DSP人才较缺。如果有信号与系统、数字信号处理等课程基础，对于学习MPEG编解码原理会有很大帮助。(4)嵌入式开发的相关硬件基础对于软件工程专业的学生，从事嵌入式软件开发，像数字电路、计算机组成原理、嵌入式微处理器结构等硬件课程是较重要的。另外，汇编语言、C/C++ 数据结构算法、特别是操作系统等软件基础课也是十分重要的。我们的主要目地是能看懂硬件工作原理，但重点应是在嵌入式软件，特别操作系统级软件，那将是我们的优势。我们的研究生里有些是学电子、通信类专业过来的，有较好的模拟电路和单片机基础，学嵌入式非常合适。嵌入式本身就是从单片机发展过来的，只是单片机不带OS，而现在很多嵌入式应用越来越复杂，以至不得不引入嵌入式操作系统。另外，为追求更高速的信号处理速度，现在在一些速度要求较高场合，有不少公司是将一些DSP算法，如MPEG压缩解压缩算法等用硬件来实现，这就涉及到HDL数字电路设计技术及其 FPGA/IP核实现技术，这方面的人目前市场上也很缺。关于嵌入式领域内的相关专业问题，建议LZ还可以到华清远见的网站上了解一下，也可以具体电话咨询一下华清远见的专业老师，另外，各大书店及图书馆也有华清远见出版的畅销嵌入式专业图书，了解一下相信对你有帮助
电子嵌入式方向

：XMODEM协议的控制字符 上表中各个缩写也是标准ASCII码的一个字符，在XMODEM协议中需要使用这些字符来表达协议的状态。而其基本含义如表中所述。2.2 数据帧格式与文件分解XMODEM协议每次传送的数据帧长度为132字节，其中文件数据占128字节，其他4个字节分别为开始标志，块序号，块序号的补码和校验字节。其中开始标志，块序号，块序号的补码位于数据块开始，校验字节位于数据块结尾，如：偏移 字节数 名称 描述 说明名称 数值(HEX)0 1 SOH 01 起始字节标志1 1 Seq 1~FFh 块序号2 1 cmpl FFH-seq 块序号的补码3 128 data? 文件内容数据131 1 csum ? 垂直累加和校验 1：XMODEM协议允许使用2种校验码。2：校验码只从128字节的数据进行计算后得出，头部3个字节不参加校验和运算。2 CRC ? 16位循环冗余校验图表 3：XMODEM协议的数据帧格式如果文件长度不是128字节的整数倍，最后一个数据块的有效内容必然小于帧长，剩下部分需要用其他数据来填充，XMODEM建议使用“CTRL-Z”(=26（01aH）)，这种情况下，接收方如何区别该帧中属于文件的内容和填充的内容呢？如果传送的文件是只包含字母、数字和可显示符号的文本文件（例如C程序源代码文件），那么根据内容本身接收方是可以区分的（“26”不是字母或者数字的ASCII码），如果传送的是任意数值的二进制文件（如程序目标码），则接收方是无法区分文件内容和填充内容。重要提示：XMODEM协议不能保证接收方接收的文件长度和发送方完全一致，接收方所接收的文件数据长度总是128字节的整数倍，比发送文件的实际长度要大1到127字节。多出的内容位于文件结尾处。XMODEM协议的这种缺点对于用于嵌入式系统的程序代码下装没有实际影响，处理器不会将填充内容当作代码执行，只要程序存储器的容量足够，能存储接收的所有数据就可以了。如果将XMODEM协议用于数据库下装，应当考虑多余内容的影响，一般标准数据库文件中均有表示数据库尺寸、字段数、记录数等数据库结构参数，所以也不会把填充内容当作数据库的记录本身。同样，对于汉字库这种数据库，使用XMODEM协议来下载也不会产生问题。2.3 校验算法校验码是对发送数据进行某种计算得到的编码，为了防止数据在发送途中某些位发生错误，各种数据通信协议规定发送方除了发送应用数据外，还要发送校验码，而数据接收方则根据同样算法从收到的应用数据中计算出校验码，并和发送方发送的校验码比较，如相等，才认为收到了正确的数据。在XMODEM协议中，可使用垂直累加和或者CRC校验，使用CRC校验的通信软件可以自动从CRC校验自动切换到累加和校验模式。在本应用中，我们使用垂直累加和校验。累加和校验码是将所有发送数据的和按字节累加，保留其最低字节作为校验码，例如，发送的3个字节数据分别为255（FFh）,5(05h),6(06h), 则：1 1 1 11 1 1 1 FFH0 0 0 00 1 0 1 05H0 0 0 00 1 1 006H10 0 0 01 0 1 0 －> 0000 1010将高位丢弃后，得到累加和校验码为0Ah（10）。在上例中，如果原来数据在途中发生了变化，如FFH变为FEH,06H变为07H, 05H未变，则接收方所计算的校验码为：接收发送1 1 1 11 1 1 0 FEH<- FFH0 0 0 00 1 0 1 05H< - 05H0 0 0 00 1 1 107H<- 06H10 0 0 01 0 1 0 －> 0000 1010校验码也为0AH。可见，在数据中有2位改变时，接收方所计算的校验码仍然与发送方一致，这种校验方式不能检测偶数位的误码。XMODEM协议的校验码只对数据帧中的128字节数据进行计算后得出，头部3个字节不参加校验和运算。2.4 XMODEM协议的启动XMODEM协议开始是文件接收方发出“NAK”字节，文件发送方在收到该信号后发送数据帧，双方开始正常通信过程。而文件发送方进入XMODEN协议后，等待对方发送”NAK”,如果等待时间超过60秒，则退出本次通信。接收方发出“NAK”后，如果10秒后对方还没有发送第一个数据帧，则重复发送“NAK”，这种重复次数最多允许10次，仍然没有收到第一个数据块，则退出本次通信。（A）：发送方软件延迟100秒以上工作导致不能启动协议（B）：接收方软件延迟60秒发送”NAK”信号导致不能启动协议图表 4XMODEM协议不能启动的2种情况在嵌入式系统通过PC机来下载软件的应用中，嵌入式系统软件是文件接收方，PC机超级终端软件是文件发送方。按照协议规定，嵌入式系统的通信软件进入XMODEM协议状态后，PC机软件必须在100秒内进入协议状态（即执行超级终端的XMODEM文件传输功能），反之，后者先进入协议状态，前者必须在60秒内进入协议状态，显然，通过人工来操作，这种时间差有些紧张。解决办法只有加长嵌入式系统加载软件的启动等待时间，这种修改不会引起协议理解的歧义。重要提示：为了发送和接收方能够更容易启动XMODEM协议，在设计中，将延长嵌入式系统下载软件的启动延时时间，在以下的代码中，将这种延时时间改为600秒（10分钟）。或者将等待时间设置为无限长，一致发出”NAK”信号，直到PC机上的超级终端软件运行为止。2.5 XMODEM的正常传输过程中给出了一次正常的XMODEM通信中收发双方的通信过程。图 5：没有差错的文件传输过程文件接收方每收到一个数据帧后，如没有校验差错、序号差错等情况，均发送一个“ACK”字符作为应答，发送方在收到应答后才开始发送下一个字符，如此反复，直到文件内容传送完毕，发送方传送“EOT”字符表示传送完成，发送方收到后再次以“ACK”回应，至此，整个文件传输过程就结束了。2.6 XMODEM协议的中止在通信进行过程中，双方中的任意一方如果希望中止本次通信，可以发送“CAN”字符给对方，现在很多XMODEM协议软件要求发送2个”CAN”字符来实现，协议软件的主动中止通信一般是人为发起的，例如按下超级终端软件的“取消”按钮。或者通过拔码开关来控制嵌入式系统的下载软件退出通信。2.7 XMODEM协议的异常处理在通信过程中，总是要出现各种异常情况，比如通信线路的突然中断，一方机器停电而导致软件中止执行等；通信软件必须能够检测这些错误，并作出合理的处理。在前面的协议启动一节中已经涉及到了错误检测的问题，XMODEM对错误的规定很详细，共计有8种情况，协议文本没有说明是如何引起的，中给出了可能原因，在嵌入式系统中，考虑到下载软件一般均有人操作的，也可不考虑错误处理，这样实现实现代码会减小。在本文中，考虑到协议的完整性，考虑了各种错误的处理。2.8 CRC校验与累加和校验方式的切换XMODEM协议要求支持CRC校验的通信软件也能支持累加和校验，这样就可以和那些只支持累加和校验的软件进行通信，如果文件接收方只支持累加和，而发送方可支持CRC，接收方发送启动信号为“NAK”，发送方收到后自动按累加和方式发送数据帧；如果相反，接收方支持CRC，而发送方支持累加和，接收方首先发出字母“C”来作为启动信号，这时接收方应不理睬此信号，发送方在3秒后继续发送信号“C”，共三次未收到应答后，改为发送“NAK”信号，表示使用累加和方式进行通信了。如果通信双方均采用CRC校验，上述通信握手信号“NAK”用字母“C来代替，其他过程同上。因为PC机超级终端软件支持CRC模式，嵌入式系统作为文件接收方，只要发送“NAK”信号就能使对方自动按照校验和方式通信了。3 协议分层与层间接口3.1 协议分层我们将协议代码分成3层：物理层，链路层和协议应用层。物理层用于控制UART器件，链路层处理XMODEM协议，应用层负责将收到的单个128字节数据块组合成一个完成的数据块，并写入程序存储器缓冲区。这种分层，在程序移植时只要修改和硬件相关的物理层、应用层代码，无需修改实现XMODEM协议的链路层代码。层与层之间通过消息来通信，XMODEM协议没有规定分层结构和层间消息格式，这里将链路层与应用层之间、链路层和物理层之间的消息格式统一规定如下：typedef struct {int len; /*消息内容长度，即Message中的内容字节数 */char mType;/*层间消息类型, */char Message[MAX_ MESSAGE_LEN];/*消息内容,由发送进程填写*/} MessageOfLayer;考虑到XMODEM数据帧为132字节，定义常量“MAX_MESSAGE_LEN”为132字节，按OSI标准，层间消息原语有数据请求、数据指示、响应、证实4种类型。给出了A方发送数据，B方接收数据时的层间消息类型图 6: 单向数据传送的层间消息顺序：①②③④消息1，2是承载实际数据的数据帧，消息3，4是传送过程中的应答帧，表明数据已经正确传送，必须说明的是，在发送数据的证实消息3不是从对方发出的，物理层在发送出数据后，立即向上一层发出证实消息。在实际应用中，处理正常的数据传送所需要的消息外，也需要定义一些控制管理消息，下面具体说明层间消息类型和作用。3.2 链路层和物理层间的接口n 数据请求：该消息用于向物理层发送XMODEM帧数据，包括132字节的文件数据帧和NAK,ACK，CAN单字节信号帧等，下载软件只是接收文件，不需要发送132字节的文件数据帧。n 数据证实：物理层收到链路层的数据请求帧后，送到UART的缓冲器中，等发送缓冲器为空后，表明该字节数据发送完成，向链路层发送证实消息，链路层接收到此消息后，就可以发送下一个字节，实际上物理层传送是一个无连接，证实消息不是由接收方产生的，不能表明对方已经正确接收到数据，而只表明已经发出数据。物理层协议一般也不提供有应答的传输机制。n 数据指示：物理层在接收缓冲器满后，将数据发送给链路层。除了以上3个消息外，物理层和应用层之间还有以下2个消息：n 启动电路：由链路层向物理层发出，物理层在收到该协议后将串口进行初始化。n 电路出错：由物理层向链路层发出，用于报告物理层在数据传送过程中的错误。“数据响应”消息在本应用中不使用。3.3 链路层和应用层间的接口链路层和应用层之间的数据传输消息有二个：n 数据块指示：由链路层收到一个XMODEM协议帧（128字节）后向应用层发出，应用层收到数据帧后写入flash memory（PC版本写入文件）。n 数据块块响应：应用层收到XMODEM数据帧后，并写入flash memory（PC版本写入文件）后向链路层发出的响应信号。链路层收到响应后，向文件发送方发出“ACK”信号。其他管理控制消息定义了3个：n 协议启动：应用层通知链路层启动XMODEM协议。n 通信结束：链路层在收到对方的EOT信号后向应用层发出，应用层收到此消息后，可以转入应用程序入口，从而执行应用程序。n 通信中止：链路层因为各种情况无法继续进行XMODEM传输时向应用层传送该消息，应用层收到此消息后，丢弃已经收到的数据，发出通信错误指示。4 分层协议实现4.1 协议的OS平台为了实现分层协议，使用中的非抢先式操作系统作为软件平台，各层分别作为一个进程。4.2 应用层软件实现嵌入式系统下载软件只接收代码文件，对于协议中作为文件发送方的处理代码可不编写，应用层的任务是接收链路层的数据包，根据收到数据包的先后次序写入程序存储器，在PC机上模拟实现时，我们将数据存放在一个缓冲区内，完成后写入文件中，使用windiff软件和发送文件进行比较，以判断代码的是否正确。应用层的进程初始化代码的作用是：n 擦除程序存储器所使用的FLASH MEMORY(在本例中按29F010来编写代码)。n 启动一个10秒定时器，10秒后通知链路层启动XMODEM协议。 n

嵌入式操作系统内核都包含设备管理、任务调度、进程管理、存储管理、处理器管理等功能。嵌入式操作系统用于嵌入式系统的操作系统。嵌入式操作系统是一种用途广泛的系统软件，通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等。嵌入式操作系统负责嵌入式系统的全部软、硬件资源的分配、任务调度，控制、协调并发活动。它必须体现其所在系统的特征，能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。扩展资料：嵌入式计算机的真正发展是在微处理器问世之后。1971年11月，Intel公司成功地把算术运算器和控制器电路集成在一起，推出了第一款微处理器Intel 4004，其后各厂家陆续推出了许多8位、16位的微处理器，包括Intel 8080/8085、8086等。以这些微处理器作为核心所构成的系统，广泛地应用于仪器仪表、医疗设备、机器人、家用电器等领域。微处理器的广泛应用形成了一个广阔的嵌入式应用市场，计算机厂家开始大量地以插件方式向用户提供OEM产品；再由用户根据自己的需要选择一套适合的CPU板、存储器板以及各式I/O插件板，从而构成专用的嵌入式计算机系统，并将其嵌入到自己的系统设备中。
设备管理 任务调度进程管理存储管理 处理器管理等
最基本的是任务调度管理功能。

采用Sitronix公司的ST2204电路板为硬件平台，处理芯片内核为65C02。ST2204电路板使用了集成的8位处理器，寻址能力达到了44M字节，并提供了低电压检测功能。由于2204集成了上述这些功能，非常适合省电、支持长电池寿命的手持移动设备嵌入式设计实现方案。在固件设计、软件设计方面采用了汇编语言。65C02上的汇编采用存储器映象方式，并广泛使用了零页寻址，因此使用起来十分方便、高效。整个设计实现可分为硬件设计和软件设计两部分。硬件设计包括电路设计和固件程序（Firmware）的编写；软件设计包括CRC数据编码校验、数据收发及主站（Primary）、辅站（Slave）状态要流程实现等。在硬件设计方面根据对设备的需求和硬件板芯片性能，可以设计出相应的电路在仿真板上进行实验。固件程序和编写可采用分块的方法，例如初始化（Initilize）模块、中断处理（Interrupt）模块、时钟（Timer）事件处理模块等。初始化模块可根据硬件板的指南说明（Specification）提供的各个寄存器值设备初始化参数；中断处理模块可按照中断向量表提供的入口地址编写，其基本要求短小精悍，运行的时钟周期与微处理器频率和设备需求的波特率紧密相关。时钟事情处理可根据硬件板提供的基本时钟设备不同的时钟精度，以满足不同的需求。在红外传输实际设计中定时器主要用于三个方向：第一是sniff探查过程中主站发广播帧后辅站超时未响应的处理；第二是超时重发控制；最后一个是数据传输过程中轮转时间片的控制。其中第三个方面要求的精度比较高，红外协议制定的标准是在25ms～85ms之间。因此有必要把超时处理放在中断处理。在程序编写时使用信号量和程序计数器进行时间控制。其基本思路得设备一个程序计数器进行累加计时，当各自事情时间到达时分别设置三个信号量来标志事件处理，当事件处理完毕后重置各自信号量，转入重新计时。在软件设计方面，要对发送的数据进行帧包装（FrameWrapper），添加CRC16校验，用汇编实现CRC算法比C稍微复杂些。一个主要的技巧是将要进行校验的数据地址和CRC数据表的索引地址置入一个零页的内存地址中，采用通用寄存器对其进行间接寻址。这样就实现了C语言中的指针效果，可以比较方便地查询CRC表。在数据收发应用中，分为主站（Primarystation）和辅站（slavestation）两种角度。主站角度负责发起，建立连接，进行时间片轮转调度等。辅站主要负责应答，响应命令。在一定条件下主站辅站角度可以互换，主辅站均可收发数据。收发数据的中断函数最重要也是底层的核心所在。在接收方首先公进行硬件初始化，设置UART接收初始化状态并进行中断允许标志设置（具体设置可以参考所选择的电路板说明）等。当红外数据到达后即会触发一个UART中断，系统处理完当前事件后便会根据中断向量表提供的入口地址调用接收中断处理接收数据。在接收过程中，UART会搜索匹配开始位和结束标志。接收完毕后，返回系统调用程序。在实际应用中，当接收完数据后，即可安装收帧控制域判断帧类型，并结合接收站所处的相应状态机进行流程处理。下面是红外接收数据的中断程序源码：/********************************************UARTReceiverInterruptServiceRoutine********************************************/ISR_URX:phaphx；压栈，保存通用寄存器值cld；清空十进制标志位ldx#00001100B；允许接收，并设置可以接收下一字节stxldxmBagLencpx#IrDAb_BAG_LEN;一个包的长度bcsferr_over;溢出否ldastamReadBuff,x;写数据ldastamIrdaByteFlag;保存状态标志位incmBagLen;计数器bra?exit?err_over;smb0?exit;plx;出栈，恢复通用寄存器值plaRTI该中断处理程序在硬件收到一个字节时触发。它先将通用寄存器值压栈保存，接下来进行状态寄存器的控制，并检查一些状态标志，然后进行数据的接收；将数据保存在一个缓存里，并进行溢出等状态的检测和控制。最后恢复通用寄存器的值，返回中断调节函数。按照类似的原理可以编写出红外发送方程序。编写数据收发中断程序有一点要注意，程序代码量和处理器主频以及选择的红外波特速率是密切相关的。若不注意就很容易造成“丢中断”的现象，这是应该避免的。还有一点要说明：UART是工作在半双工模式下，在一些实时系统和时间精度要求较高的应用中是不能同时进行收发数据的。但由于其收发时间片较短（最长为500ms），在一些普通应用中可以模拟成同时收发。在程序编写完后对其进行编译/连接定位，用调试器以16进制的形式加载在主机开发系统中即可进行模拟调试。但是模拟调式不能百分之百地模拟硬件的全部特性。它主要用于调试软件逻辑、状态机流程。对于调试UART数据收发等实时性较强的硬件特征还需到目标系统上进行验证。