基于Linux2．6．24內核的WSN多頻段網(wǎng)關(guān)設計

摘要：針對目前物聯(lián)網(wǎng)感知層無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議種類(lèi)眾多、組網(wǎng)方式多樣的問(wèn)題，本文采用32位ARM920T芯片S3C2440A，移植Linux2．6．24內核，結合3G網(wǎng)絡(luò )和以太網(wǎng)設計了一種多頻段網(wǎng)關(guān)。通過(guò)以太網(wǎng)或者移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )，各頻段網(wǎng)關(guān)監控了多個(gè)頻段的無(wú)線(xiàn)傳感器子網(wǎng)節點(diǎn)的運行情況。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；網(wǎng)關(guān)；Linux；點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議

引言
目前，物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IOT)正呈現飛速發(fā)展的態(tài)勢。本文介紹一種無(wú)線(xiàn)多頻段WSN網(wǎng)關(guān)，可通過(guò)以太網(wǎng)或者移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )，監控多個(gè)頻段的無(wú)線(xiàn)傳感器子網(wǎng)節點(diǎn)的運行情況。

1 系統總體結構
本文設計的系統在感知層采用4個(gè)頻段的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)。各頻段子網(wǎng)通過(guò)一個(gè)多頻段網(wǎng)關(guān)裝置接入到網(wǎng)絡(luò )層。用戶(hù)可以通過(guò)監控終端監控現場(chǎng)數據，監控終端既可以是固定的PC機，也可以是移動(dòng)的3G設備。同時(shí)，網(wǎng)關(guān)還具備良好的擴展性，網(wǎng)關(guān)可以同時(shí)接入多個(gè)頻段的WSN網(wǎng)絡(luò )。多頻段WSN網(wǎng)關(guān)系統結構框圖如圖1所示。

2 網(wǎng)關(guān)硬件系統設計
網(wǎng)關(guān)的主控制單元采用ARM9芯片S3C2440A，主頻400 MHz，外擴64 MB SDRAM、64 MB NAND Flash。微處理器的外設數據控制器(PDC)向串行外設提供DMA通道，使其與片內以及片外存儲器讀寫(xiě)傳輸數據時(shí)不經(jīng)過(guò)處理器。
網(wǎng)關(guān)3G網(wǎng)絡(luò )接入端采用USB接口，實(shí)現與3G網(wǎng)絡(luò )的通信；無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )子網(wǎng)接入端分別是2．4 GHz子網(wǎng)接入模塊、780 MHz子網(wǎng)接入模塊、470 MHz子網(wǎng)接入模塊和433 MHz子網(wǎng)接入模塊，各子網(wǎng)模塊都是通過(guò)串口實(shí)現與網(wǎng)關(guān)主控制單元的通信。以太網(wǎng)控制部分整個(gè)網(wǎng)關(guān)的結構框圖如圖2所示。

2．1 多頻段無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)子網(wǎng)接入部分
由于S3C2440A芯片自身只有3通道的串口。而4個(gè)頻段的子網(wǎng)接入模塊都是采用串行通信接口，ARM9芯片本身不能滿(mǎn)足本系統需求，所以需要利用外圍擴展芯片，設計串口擴展電路來(lái)滿(mǎn)足系統的需求。本設計采用TI公司的TL16C554A芯片，通過(guò)并行數據線(xiàn)和地址線(xiàn)擴展出來(lái)4路全功能串口。
TL16C554A芯片是8位數據寬度，TL16C554A的D0～D7引腳與ARM9芯片直接相連，讀寫(xiě)信號是直接連接的。TL16C554A的引腳INA、INTB、INTC、INTD分別接在主控制芯片的引腳INT0、INT2、INT3、INT4，這樣擴展的各通道串口就能通過(guò)中斷獨立地工作。
將S3C2440A的地址線(xiàn)A0～A3與TL16C554A的A0～A3直接相連，S3C2440A的nGCS2作為譯碼器74LS139的片選信號。74LS139的輸入端分別接地址線(xiàn)A4～A5。根據譯碼器譯碼，實(shí)現地址分配，再通過(guò)ARM芯片地址映射。外擴的4通道串口的物理地址為
通道A——0x10000000～0x10000008
通道B——0x10000010～0x10000018
通道C——0x10000020～0x100000028
通道D——0x10000030～0x10000038。
主控制芯片通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)這些地址就能訪(fǎng)問(wèn)外部寄存器，即TL16C554A芯片片內寄存器地址。多頻段子網(wǎng)接入部分接口電路如圖3所示。