0 引言

随着无线网络技术的逐步成熟，无线数据相关应用已经成为当前的热点应用，特别是对于质检、海关、电力、石油、水利、地质和交通行业中场所不固定的应用场合，由于有线网络的架设受到种种条件的限制，采用基于无线网络技术，具有无可比拟的优势。同时，以ARM为代表的嵌入式32位微处理器技术得到了飞速发展，无论是在功耗、便携性还是在硬件成本上，许多高性能的ARM芯片已经与单片机相差无几，因此在许多工业应用设计中，使用ARM芯片取代传统的8/16位单片机已经是一个非常经济、理想的选择。

质检系统中对于大型集装箱堆场货物的验放，使用传统的手工方式已经不能满足快速通关的要求，为适应大通关的要求，结合集装箱堆场的现场环境，利用成熟的无线网络技术和RFID电子标签，设计一套基于ARM的嵌入式无线现场查验系统，减轻现场人员的工作强度，提高查验工作效率和货物放行效率。

1 硬件结构

本系统选用SAMSUNG公司的S3C44B0X处理器，该处理器是一款ARM7系列的处理器，工作频率66MHz，片上集成8KB cache、存储控制器、LCD控制器、4通道DMA、2通道UART、1通道I2C、1通道I2S、5通道PWM定时器、1通道内部定时器、看门狗、8通道10位ADC、71个通用IO口（复用）、8通道外中断源、RTC和片上时钟产生器。重要的是，这块芯片含有非常丰富的片上资源，几乎所有常用的芯片级总线结构都有对应的硬件控制器，在做外围扩展时非常方便；66MHz的工作主频对应的信号上升时间在2ns左右，对应的集总模型尺寸分界点为60cm，而实际设计中最大板子的尺寸为17cm×11cm，因此不用过多的考虑分布效应的影响，减少了设计的难度。图1是无线现场查验系统的总体硬件结构图。

图1无线现场查验系统的总体硬件结构图

其中，FLASH采用的是SST公司的SST27SF010片子，因为系统的需要并不是很高，1M对于系统与Boot Loader的装载已经能完全能满足需要了。系统初始化及Boot Loader存储在FLASH中，系统开机从0x000000地址开始执行，动态存储设备选用的是现代公司的57V系列的HY57V641620。考虑到系统不需要很大动态存储空间，所以选用的是8M大小的片子。本系统USB模块采用SL811HS芯片，它有两种工作模式HOST/SLAVE。模式的改变是由该芯片27脚M/S的电平值决定，可以通过软件设置来改变。当置M/S脚为低电平时，它是HOST模式，可以直接控制打印机；当置M/S脚为高电平时，它是SLAVE模式，可以下载PC的最新资料，同时可对充电电池充电。

USB模块采用SL811HS芯片的另外一个作用是实现与USB接口无线网卡的互连。该芯片的内部寄存器和内存缓冲区的空间为00H-ffH，为了避免和芯片内部的内存区域冲突，和A0相连的地址线应该大于这个区域，在这里是和ADDR12相连的。当向SL811HS发数据时，先将ADDR12置低点平，使得SL811HS工作在地址周期，此时写入的数值代表地址，即：以后向内存写数据的开始地址；将ADDR12置高电平，则SL811HS工作在地址周期，此时写入的是数据，而数据的存贮的地址就是刚才在地址周期写入的数值。当连续写数据时，地址则采用自动增量模式。

在图1 中的与USB接口连接的USB无线网卡用来实现无线数据的收发，它通过USB 主机接口芯片SL811HS 与S3C44B0X进行接口连接。本应用中USB 无线网卡采用D-Link DWL-120+22M 增强型无线网卡，其性能参数如表1 所示。

表1 D-Link DWL-120+22M性能参数

2 软件平台

2.1嵌入式操作系统uClinux

uClinux的系统构架与标准Linux的架构是完全一致的，它集成了标准Linux操作系统的稳定性、强大网络功能和出色的文件系统等主要优点。但是由于没有MMU，无法使用处理器的虚拟内存管理技术，因此，uClinux采用实存储器管理策略，通过地址总线对物理内存进行直接访问。

2.2 USB无线驱动实现

在本系统中，要添加的驱动程序主要包括USB 主接口驱动和USB 无线网卡的驱动程序等。对于无线网卡的驱动程序，先将它的源码安装到uClinux的./driver/ USB目录下，然后修改Config.in文件和Makefile文件，将其编译进uClinux 内核。无线网卡驱动程序安装完毕后，插入无线网卡，系统将会自动检测到该无线网卡。可以用ifconfig命令查看系统是否多了一个无线网卡设备wlan0。再用ifconfig 命令激活网卡并设定其IP 地址，如：/>ifconfig wlan0 192. 168. 1. 100 up，然后用iwconfig 命令配置该无线网卡，如：
/>iwconfig wlan0 channel 6 mode Managed essid ESSID。若一切顺利，这时用ping 命令测试无线网络，可以看到网络是连通的。

3 系统实现

3.1 系统结构设计

本系统组成简单，无需复杂布线，主要有系统服务器，客户端管理，无线手持终端PDA，无线网络接入点，电子闸口等组成。系统网络结构图如图2所示。

图 2 系统网络结构图

    自动放行电子闸口主要有智能读卡器和自动开合放行杆控制程序组成，电子闸口实现流程图如图3所示。给进入查验区的所有车辆发放有唯一ID的电子车牌，电子车牌信息可以通过电子闸口的读卡器读取数据，对于查验区所有的集装箱都增加集装箱电子标签，通过查验场的集装箱查验电子闸口对待查集卡车电子车牌内的业务数据进行读取，在后台数据库内进行比对，符合放行条件的由闸口自动放行，对于不符合条件的进行人工干预。

3.3 系统管理软件

系统管理软件主要由系统管理、查验管理、电子闸口管理三大子系统组成。其中系统管理是对系统平台运行环境的设置，主要有人员、权限的设定；查验管理是将需要进行查验的有关数据通过PDA   调取显示，现场进行比对，并将相关的现场查验数据回写到系统中，以便电子闸口放行时比对使用；电子闸口管理的实现流程如图4所示，主要是读取车辆和集装箱的有关信息，与放行数据进行比对，实现自动放行和有关数据的统计。

图3 放行闸口模块流程图

 PDA嵌入式系统与管理系统进行数据交换的关键就是通过USB接口的无线网络进行，访问服务器的SQL Server数据库，并且将现场查验结果上传至服务器，生成放行数据表。现场人员手持PDA设备到达查验区后，通过输入身份验证信息之后就可以与数据库进行数据交换，输入集装箱信息后会把该集装箱的货物情况从服务器中查询并显示，以便查验使用，系统会根据货物（依据HS编码分类）的类别和查验要求不同显示出来。已经查验过的货物会标记已查验标识，避免不同现场人员重复对货物进行查验。

无线现场查验系统先通过PDA查询到待查验货物的信息，并根据具体的查验要求（按HS编码分类），对待查验货物查验，查验完毕后将查验结果信息通过无线通信方式传送到基站，然后由基站通过有线方式传送到服务器上。服务器对收到的信息加以处理并生成放行数据供电子闸口比对放行使用。具体操作流程如图4所示。

图4  PDA现场查验操作流程

4        结束语

本系统是一个典型的嵌入式系统应用例子，在ARM7的嵌入式Linux平台上,详细介绍了基于嵌入式的无线现场查验系统的实现，通过对Linux的内核进行了修改和重新编译后，增加了相应的对USB接口的IEEE802.11b无线网卡的支持，凭借S3C44B0X的良好性能，以及Linux在嵌入式系统和网络通信上的优势，编写实现了PDA与数据库进行数据交换的管理系统软件。本文作者创新点是充分利用了ARM丰富的硬件资源简化了系统结构，通过采用SL811HS芯片的轻松实现与USB接口无线网卡的互连，编写管理软件实现数据的交换，并利用先进RFID技术实现电子闸口的自动放行管理，整个系统的结构简化，实现简单，对其他嵌入式设备上的无线应用方面有一定的应用价值和指导意义。

作者简介：张宗平(1977-)，男， 广东南雄人，广东出入境检验检疫局信息中心工程师。主要研究方向为：DSS系统相关及OLTP业务系统建设、维护，嵌入式系统应用技术等。  

Biography: ZHANG,Zongping，(1977-),Male,Nanxiong guangdong,The engineer of Computer Information Center,Guangdong Entry/Exit Inspection and Quarantine Bureau of the P.R.China.His research interest include DSS,The establishment and maintenance of OLTP,The Application of Embedded System Technology .

参考文献

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[2] 于洋，莫玉龙.基于嵌入式系统的无线接入网硬件设计与实现［J］.微计算机信息,2004,7:71-82.

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[4] Samsung Semiconductor.  S3C44B0X RISC MICROPROCESSOR User’s Manual. 2003-07-02

[5] 王田苗.  嵌入式系统设计与实例开发. 北京:清华大学出版社  2003.10.