基于A(yíng)RM的智能家居路由系統

前言

　　智能家居，或稱(chēng)智能住宅，在英文中常用Smart Home。智能家居是以住宅為平臺，兼備建筑、網(wǎng)絡(luò )通信、信息家電、設備自動(dòng)化，集系統、結構、服務(wù)、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。智能家居可以定義為一個(gè)過(guò)程或者一個(gè)系統。它利用先進(jìn)的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)、綜合布線(xiàn)技術(shù)、將與家居生活有關(guān)的各種子系統，有機地結合在一起，通過(guò)統籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。

　　在智能家居中，有一個(gè)重要系統就是家庭網(wǎng)絡(luò )，它是在家庭或者小區范圍內，將PC、家電、安全系統、照明系統和廣域網(wǎng)相連接的一種新技術(shù)。當前在家庭網(wǎng)絡(luò )所采用的連接技術(shù)可以分為“有線(xiàn)”和“無(wú)線(xiàn)”兩大類(lèi)。有線(xiàn)方案主要包括：雙絞線(xiàn)或同軸電纜連接、電話(huà)線(xiàn)連接、電力線(xiàn)連接等；無(wú)線(xiàn)方案主要包括：紅外線(xiàn)連接、無(wú)線(xiàn)電連接、基于RF技術(shù)的連接和基于PC的無(wú)線(xiàn)連接等。

　　家庭網(wǎng)絡(luò )相比起傳統的辦公網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō)，加入了很多家庭應用產(chǎn)品和系統，如家電設備、照明系統，因此相應技術(shù)標準也錯綜復雜。家庭網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展趨勢是將智能家居中其它系統融合進(jìn)去，最終一統天下。本文給出了一個(gè)家庭網(wǎng)絡(luò )互連的智能家居路由方案，它是基于三星公司的ARM核CPU-S3C4510和mClinux操作系統的解決方案。

　　S3C4510 處理器

　　在本系統中，我們選用了三星公司的S3C4510處理器，它是一款性?xún)r(jià)比很高的ARM 核的SoC芯片，其使用的是ARM7TDMI內核，并內置10/100M Ethernet控制器，特別適合網(wǎng)絡(luò )應用。另外包括2路HDLC，I2C ，8k CACHE/SRAM，2 UART，2 DMA，2 32位計數器，中斷控制器，DRAM/SDRAM控制器，18個(gè)可編程I/O。由于S3C4510處理器主要關(guān)注于嵌入式internet應用，目前成為國內出貨量最大的一款ARM芯片，在ISDN路由器，ADSL modem， ADSL route，二層10/100 M交換機網(wǎng)絡(luò )管理，UPS網(wǎng)絡(luò )管理等設備上均有成功批量應用。

　　mClinux 概述

　　mClinux 是針對“微控制領(lǐng)域而設計的Linux 系統”，它將Linux應用于沒(méi)有內存管理單元（Memory Management Units）的處理器。由于mClinux 是在Linux 的基礎之上添加了對沒(méi)有MMU 的微處理器的支持，所以它一方面繼承了Linux 的大部分優(yōu)點(diǎn)：例如穩定性、各種網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧的支持以及不同類(lèi)型的文件系統支持等等，另一方面，它廣泛地應用于嵌入式領(lǐng)域，內核精簡(jiǎn)（一般小于512k），并支持很多常用的嵌入式微控制器系列。

　　與標準Linux 操作系統相比，mClinux 最大的區別就在于內存管理。標準Linux 是針對有內存管理單元的處理器而設計的，使用虛擬存儲器技術(shù)通過(guò)分頁(yè)的方式來(lái)載入進(jìn)程。mClinux 對NOMMU 的處理器采用了實(shí)存儲器管理策略（real memory management）。這樣一個(gè)進(jìn)程在執行前，系統必須為之分配足夠的連續地址空間，然后全部載入主存儲器中。因為在嵌入式開(kāi)發(fā)中，通常都是針對特定環(huán)境下的應用，盡管占用資源過(guò)多但是執行效率卻也相對高一些。

　　智能家居的互連結構

　　首先，我們利用ADSL連接到 Internet上將家居路由與外界的通道連接上。當然，如果小區內提供內部的互連網(wǎng)絡(luò )，就可以直接將家居路由接入到小區的互連網(wǎng)絡(luò )上。圖一給出了本方案的互連結構。其次，在家居布線(xiàn)中，對于不同的設備采用不同的接口，例如家用計算機接入使用網(wǎng)絡(luò )交換機，筆記本電腦使用無(wú)線(xiàn)接入（也可以直接使用網(wǎng)線(xiàn)），各種儀表/探測器和家電則需要使用串口或者I2C總線(xiàn)接入，這樣便于集中處理并實(shí)現遠程控制及智能控制。再者，采用互聯(lián)網(wǎng)上先進(jìn)而成熟的IP協(xié)議。這種完全開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò )，無(wú)需擔心升級、維護、產(chǎn)品提供商的壟斷或者其他行為。所有設備均可通過(guò)家居路由接入到寬帶網(wǎng)和局域網(wǎng)，從而滿(mǎn)足各種應用程序對設備的遠程監控，和設備對網(wǎng)絡(luò )信息的讀取。最后，本方案使用成熟的mClinux技術(shù)，可以方便地將PC中成熟的軟件移植到本系統中，而避免了復雜的開(kāi)發(fā)，使用CGI 技術(shù)又利用了互聯(lián)網(wǎng)上的已有各種信息服務(wù)資源。在造價(jià)和功耗方面，ARM系列的處理器的優(yōu)勢是非常明顯的，其單片價(jià)格和C51系列的單片機相差無(wú)幾，而功耗卻可以非常小。由于家用設備在價(jià)格和功耗方面都要求比較嚴格，從而，使用本系統就有相當的優(yōu)勢和特色了。

　　軟件構成

　　如前所述