一種嵌入式無(wú)線(xiàn)智能家居網(wǎng)關(guān)系統的設計方案

　　2 網(wǎng)關(guān)總體設計

　　現階段大部分的家庭網(wǎng)關(guān)聯(lián)網(wǎng)方式主要為有線(xiàn)接入，本文提出了一種基于A(yíng)RM處理器和GSM網(wǎng)絡(luò )，以linux為操作系統的家庭網(wǎng)關(guān)無(wú)線(xiàn)接入方案，目的是能通過(guò)手機短信或者遠程終端對控制節點(diǎn)進(jìn)行遠程控制。并使用JENNIC無(wú)線(xiàn)射頻模塊實(shí)現家庭內部子網(wǎng)采集數據的無(wú)線(xiàn)傳輸。

　　網(wǎng)關(guān)系統的總體結構圖可以簡(jiǎn)化為硬件層和軟件層。硬件層由高性能的微處理器和多個(gè)功能模塊組成。軟件層由嵌入式操作系統以及應用軟件構成，其具體結構如圖2所示。

圖2 網(wǎng)關(guān)總體架構

　　3 家庭網(wǎng)關(guān)硬件設計

　　本次網(wǎng)關(guān)設計的硬件層主要采用嵌入式的ARM9開(kāi)發(fā)平臺。嵌入式ARM處理器具有體積小，功耗低，成本低，性能高等特點(diǎn)，是十分優(yōu)秀的RISC處理器。其中三星公司的S3C2440是一款優(yōu)秀的ARM9核心處理器，具有400 MHz的主頻，內部集成多個(gè)功能模塊，支持NAND-flash啟動(dòng)等特點(diǎn)，是目前市場(chǎng)上最常見(jiàn)的嵌入式處理器芯片。因此，本系統擬采用S3C2440處理器為核心處理器。

　　考慮主控制器擴展出來(lái)的串行接口數量有線(xiàn)，程序的調試，燒寫(xiě)，傳感器節點(diǎn)等都需要串行接口。所以，選擇了AU9254這款USB PUB芯片來(lái)實(shí)現USB串行口的擴展。以太網(wǎng)控制器和配合擴展的RJ 45接口主要用于與Internet網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)。射頻收發(fā)模塊和GSM無(wú)線(xiàn)模塊擬采用標準的串口集成到網(wǎng)關(guān)上。人機接口打算使用LCD觸摸屏，可以方便地觀(guān)察節點(diǎn)的配置以及檢測環(huán)境的變化。JTAG接口將引導加載程序燒寫(xiě)在網(wǎng)關(guān)中。具體的硬件架構圖如圖3所示。

圖3 網(wǎng)關(guān)硬件架構圖

　　4 家庭網(wǎng)關(guān)軟件設計

　　4.1 構建網(wǎng)關(guān)嵌入式Linux操作系統

　　網(wǎng)關(guān)系統硬件平臺與功能應用之間，需要專(zhuān)門(mén)的負責管理存儲器分配，中斷處理以及任務(wù)調度等功能的軟件模塊，這就是嵌入式操作系統。嵌入式操作系統是用來(lái)支持嵌入式應用的系統的軟件，包括硬件相關(guān)的底層驅動(dòng)，系統內核，通信協(xié)議，圖形用戶(hù)界面等。

　　本文的網(wǎng)關(guān)系統是面向WSN和Internet，GSM互聯(lián)的通信應用，主要完成異構網(wǎng)絡(luò )之間的通信和控制，因此需要選擇實(shí)時(shí)的操作系統。在眾多的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統中，從開(kāi)發(fā)成本，軟件支持和代碼開(kāi)放的角度考慮，本文將采用Linux操作系統作為網(wǎng)關(guān)的系統的操作系統。

　　4.2 建立交叉編譯環(huán)境

　　交叉編譯就是在一個(gè)平臺上生成另一個(gè)平臺上可以執行的代碼。這里的平臺包括體系結構和操作系統。同一體系結構上可以運行不同操作系統。同樣，同一個(gè)操作系統也可以在不同的體系結構上運行。

　　本文是在裝有Ubuntu 9.10（基于X86架構的Linux操作系統）的PC機上為網(wǎng)關(guān)系統建立了基于A(yíng)RM9的交叉編譯環(huán)境。建立之后，就可以在PC機上對將在網(wǎng)關(guān)系統上運行的應用程序進(jìn)行編譯，從而生成可以在網(wǎng)關(guān)系統上運行的可執行代碼，最后下到網(wǎng)關(guān)系統上。這也就是目前嵌入式程序開(kāi)發(fā)的宿主機／目標機（HOST／TARGET）模式。

　　Linux交叉編譯環(huán)境的內容，主要分為4個(gè)部分：GCC編譯器（C語(yǔ)言編譯器），二進(jìn)制工具包（Binutils），標準C庫（Glibc）和Linux內核頭文件。Glibc和GCC都有很多版本，需要根據實(shí)際需要選擇合適的版本。