高可靠FPGA通信系統

2 系統實(shí)現

　　2.1 ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的實(shí)現

　　ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器基于IEEE802.15.4技術(shù)標準和ZigBee網(wǎng)絡(luò )協(xié)議而設計的無(wú)線(xiàn)數據傳輸網(wǎng)路，該網(wǎng)絡(luò )由若干個(gè)ZigBee終端節點(diǎn)和一個(gè)中心節點(diǎn)構成一個(gè)星型網(wǎng)絡(luò )，終端節點(diǎn)主要負責各個(gè)傳感器模塊的信息采集和傳送，ZigBee終端節點(diǎn)采用CC2430模塊，傳感器模塊采用51單片機控制，通過(guò)擴展串口與采集模塊相連，其主要負責接收和處理采集數據。中心節點(diǎn)主要用于接收各個(gè)終端節點(diǎn)的上傳數據，并對其進(jìn)行壓縮處理后通過(guò)擴展接口傳送至服務(wù)器端。

　　2.2 系統服務(wù)器端、客戶(hù)端的實(shí)現

　　AES加解密算法通過(guò)硬件描述語(yǔ)言來(lái)實(shí)現，在該系統中采用VHDL語(yǔ)言編寫(xiě)代碼。根據AES加解密算法的相似性，很多電路模塊可以共用。根據系統的需要，采用對字符加密，因此，每一個(gè)字符都將對應其ASCII值輸入。AES實(shí)現框圖如圖2.2圖所示。

圖2.2 AES加解密實(shí)現框圖

　　2.2.2 監測及報警實(shí)現

　　服務(wù)器端通過(guò)添加EDK中網(wǎng)絡(luò )控制器IP核，移植LwIP網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧，實(shí)現基于SOCKET的網(wǎng)絡(luò )通信。服務(wù)器端收到客戶(hù)端請求時(shí)，對接收到的IP數據包進(jìn)行解密，對請求的IP數據包進(jìn)行分析，提取對應的ID信息和IP信息，由于該ID信息是經(jīng)過(guò)md5加密算法加密的，因此該ID作為授權客戶(hù)的唯一ID，根據ID信息與授權的ID列表進(jìn)行比較，若為授權ID，則根據客戶(hù)請求把相應的信息加密處理后發(fā)送至客戶(hù)端;若為非授權ID，則說(shuō)明該網(wǎng)絡(luò )已存在非授權ID用戶(hù)，此網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)存在不安全性，則把提取的IP信息通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò )發(fā)送至指定接收端手機，達到網(wǎng)絡(luò )的實(shí)時(shí)檢測和報警功能。

　　2.2.3 應用軟件的實(shí)現

　　服務(wù)器端的應用程序的設計主要包括系統的初始化、系統對客戶(hù)端請求的處理、網(wǎng)絡(luò )安全監測及報警等。整個(gè)服務(wù)器端的軟件設計流程圖如圖2.3圖所示?？蛻?hù)端的應用程序的設計也包括系統的初始化，客戶(hù)請求的處理及解密處理，服務(wù)器端返回的信息處理?？蛻?hù)端軟件流程圖如圖2.4圖所示。

　　3 系統測試及分析

　　系統整體測試，根據系統的可能應用領(lǐng)域進(jìn)行綜合測試。系統初始化后，根據LCD顯示的提示信息，輸入加解密鑰16個(gè)字符，在密鑰確認信息提示后再次輸入加解密密鑰，在本次通信過(guò)程中將采用該密鑰對信息進(jìn)行加解密處理。當客戶(hù)端需要采集信息時(shí)，發(fā)送采集指令，服務(wù)器端響應請求把傳感器網(wǎng)絡(luò )采集的信息加密后發(fā)送至客服端，客戶(hù)端把信息解密后顯示在LCD液晶顯示屏上，這一次的采集任務(wù)正確完成，當需要再次采集時(shí)，客戶(hù)端只要發(fā)送指令就可以再次采集了。

　　系統分別在實(shí)驗室和戶(hù)外進(jìn)行測試，每隔1分鐘采集一次數據，表4.1記錄了10次數據采集的處理情況。經(jīng)過(guò)多次測試和接收數據表明：該系統具有良好的穩定性和高可靠性。