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48小时发货SPI总线有四种工作方式，哪几种最为广泛
SPI总线是Motorola公司推出的三线同步接口，同步串行3线方式进行通信:一条时钟线SCK，一条数据输入线MOSI，一条数据输出线MISO；用于 CPU与各种外围器件进行全双工、同步串行通讯。SPI主要特点有:可以同时发出和接收串行数据；可以当作主机或从机工作；提供频率可编程时钟；发送结束中断标志；写冲突保护；总线竞争保护等。
SPI总线有四种工作方式(SP0, SP1, SP2, SP3)，其中使用的最为广泛的是SPI0和SPI3方式。SPI模块为了和外设进行数据交换，根据外设工作要求，其输出串行同步时钟极性和相位可以进行配置，时钟极性(CPOL)对传输协议没有重大的影响。如果CPOL=0，串行同步时钟的空闲状态为低电平；如果CPOL=1，串行同步时钟的空闲状态为高电平。时钟相位(CPHA)能够配置用于选择两种不同的传输协议之一进行数据传输。如果 CPHA=0，在串行同步时钟的第一个跳变沿(上升或下降)数据被采样；如果CPHA=1，在串行同步时钟的第二个跳变沿(上升或下降)数据被采样。SPI主模块和与之通信的外设音时钟相位和极性应该一致。SPI时序详解---SPI接口在模式0下输出第一位数据的时刻SPI接口有四种不同的数据传输时序，取决于CPOL和CPHL这两位的组合。图1中表现了这四种时序，时序与CPOL、CPHL的关系也可以从图中看出。
CPOL是用来决定SCK时钟信号空闲时的电平，CPOL＝0，空闲电平为低电平，CPOL＝1时，空闲电平为高电平。CPHA是用来决定采样时刻的，CPHA=0，在每个周期的第一个时钟沿采样，CPHA＝1，在每个周期的第二个时钟沿采样。由于我使用的器件工作在模式0这种时序（CPOL＝0，CPHA＝0），所以将图1简化为图2，只关注模式0的时序。
我们来关注SCK的第一个时钟周期，在时钟的前沿采样数据（上升沿，第一个时钟沿），在时钟的后沿输出数据（下降沿，第二个时钟沿）。首先来看主器件，主器件的输出口（MOSI）输出的数据bit1，在时钟的前沿被从器件采样，那主器件是在何时刻输出bit1的呢？bit1的输出时刻实际上在SCK信号有效以前，比SCK的上升沿还要早半个时钟周期。bit1的输出时刻与SSEL信号没有关系。再来看从器件，主器件的输入口MISO同样是在时钟的前沿采样从器件输出的bit1的，那从器件又是在何时刻输出bit1的呢。从器件是在SSEL信号有效后，立即输出bit1，尽管此时SCK信号还没有起效。
从这张图就可以很清楚的看出主从器件的bit1是怎样输出的
原文标题：SPI时序详解
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基于Linux的智能家居系统设计与实现
武汉理工大学 硕士学位论文 基于Linux的智能家居系统设计与实现 姓名：蔡俊宇 申请学位级别：硕士 专业：计算机应用技术 指导教师：方安平
摘要随着经济的发展，人们开始期盼着拥有一个安全、舒适、节能和便捷的家 居环境。智能家居系统通过整合计算机技术、嵌入式技术、传感器技术、网络通信技术以及自动控制技术，集中或远程监控家庭事务，集安防控制、照明控制、多媒体娱乐、网络连接等功能于一体，满足信息时代人们高品质的生活追 求。智能家居系统在欧美发达国家发展比较早，技术也比较成熟，但国内的应 用正处在发展阶段，有着广泛的市场，因此，对智能家居系统的研究有着重要的意义。本文首先介绍当前国内外智能家居系统发展的现状，并对现有智能家居系 统中存在着布线困难、设备可移动性和兼容性差以及对ＰＣ的依赖等不足进行 分析，比较了当前智能家居系统的几种通信协议的优劣势，提出了一种采用ＺｉｇＢｅｅ＋ＷｌＦＩ作为内部设备通信协议，基于嵌入式技术的智能家居系统解决方 案，该方案具有以下特点： １）手持的智能家居系统控制器和各个功能子模块之间通过无线的方式进行传输，解决了基于有线传输方式的传统智能家居系统中存在的布线困难以及可移动性差的问题。 劲结合了ＺｉｇＢｅｅ和ＷＩＦＩ无线协议优点的数据通信方式很好地满足内部 模块间信息传递的需求。３）基于嵌入式技术的系统设计，摆脱了传统智能家居系统对于ＰＣ的依 赖，在能耗性、成本控制以及工程施工等方面具有较大的改进。 本文针对智能家居系统的特点及要实现的基本功能，确定了系统采用手持智能家居系统控制器和功能子模块的结构模式，以ＺｉｇＢｅｅ＋ＷＩＦＩ作为内部通信 方式，完成了以￥３Ｃ２４１０为主控芯片的手持智能家居系统控制器和功能子模块在内的硬件设计。同时，建立了嵌入式软件系统平台，包括Ｕ．ｂｏｏｔ移植、Ｌｉｎｕｘ 内核的裁剪移植、文件系统的制作和嵌入式Ｗｅｂ服务器移植等工作，以及设备 驱动程序及应用程序。最后，整合软硬件系统进行集成测试。测试结果达到设计目标。关键词：嵌入式，Ｌｉｎｕｘ，智能家居系统，远程监控ＡｂｓｔｒａｃｔＷｉｔｈｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｅｃｏｎｏｍｉｃ，ｐｅｏｐｌｅａｒｅｌｏｏｋｉｎｇ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｏ ｈａｖｅａｓａｆｅ， ｂｅｃｏｍｆｏｒｔａｂｌｅ，ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ ａｎｄ ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄｏｒｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｌｉｖｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｓｍａｒｔ ｈｏｍｅｃａｎｒｅｍｏｔｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｆｏｒ ｆａｍｉｌｙ 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智能家居系统是个多功能的系统集成，一般可分成基本功能系统和扩展功 能系统。目前，普遍认同的基本功能系统必须包括：智能家居系统中央控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统。扩展系统包括：家居布线系统、 家庭网络系统、背景音乐系统、家庭影院与多媒体系统、家庭环境控制系统等。和普通的住宅相比，智能家居系统一般具有如下特征【２】：１＿ｌ家庭中具备完善的、综合的安保防灾措施和生活服务的智能控制器； ２）家庭与小区及社会具有高度的信息交互能力； ３’ｌ家庭内部具备完善的安保措施、全面的设施监控管理和信息化的服务管理；∞为家庭提供多媒体信息服务。１．２智能家居系统发展现状国外智能家居系统的发展现状１．２．１如何建立一个高效率、低成本的智能家居系统，己成为当今世界的一个热 点问题。近年来，国际上许多大公司提出了相应的解决方案，但迄今为止，这武汉理工大学硕士学位论文一领域的国际标准尚未成熟。各国正努力研制适合于本国国情的智能家居系统。 国外智能家居系统市场展开的研发竞争激烈，欧洲、美国、加拿大、日本 等国家及地区在提出了几种家居网络专用协议（如ＥＩＢ、ＥＨＳ、ＢａｔｉＢＵＳ等）的 同时也将常见的现场总线，如ＣＡＮ、ＤＲＯＦＩＢＵＳ、ＦＦ、ＬｏｎＷｏｒｋｓ等成功应用于 家居网络中ｆ３Ｊ【４１。 国外的许多大公司也看到了智能家居系统巨大的市场潜力，Ｉｔｒａｎ、ＩＢＭ、Ｍｏｔｏｒｏｌａ、ＬＧ等国外大型ｒｒ公司纷纷参与智能家居系统的研发。大多数国外智能家居产品，主要注重于家庭内部的功能实现，其价格较高和联网能力差。目 前，在国外比较成功的智能家居系统工程及研究成果有：ＩＢＭ公司的网络化家居和梦幻空间（ｄｒｅａｍ ｓｐａｃｅ）工程；ＨｏｎｅｙＷｅｌｌ公司的家庭自动化工程；Ｍｏｔｏｒｏｌａ 公司的智能家居工程；亚利桑那大学的ＷＡＶＥＳ和１２ＳＥＥ项目；科龙公司的智能 家居管理系统易威等【５１。在易威智能家居系统中，用户可通过远程互联网，异地控制家庭设备，可 以通过电视机遥控器就地关灯等。易威的智能化家居管理中心采用科龙ＣＴＩＯＮ Ｂｏｘ专利箱体，位于室外线路的进线口，用户可通过简单地跳线将线路分配到不 同房间。易威使用符合５类或超５类的双绞线传输语音和数据信号，通过同轴 电缆传输电视信号，而电话和计算机则通过模块化的ＲＪ４５连接。易威的最大特点在于其整洁的外墙插座，和普通电源插座一样大，并有多种颜色可供选择，外观优美，方便使用。其最大的一个缺点就是中央控制器需要安装在固定的墙上，移动性差１６Ｊ。１．２．２国内智能家居系统的发展现状近年来，我国智能家居系统的研究与开发也相当活跃。在研究国外标准的同时，我们国家也着手进行智能家居系统规范的制定工作。１９９７年一２００２年， 我国先后制定了系统的规范以支持智能家居系统在国内的推广，如《小康住宅点和技术导则（试行稿）》、《智能建筑设计标准ＧＢ／Ｔ５０３１卜２０００》、《建设行业智能建筑试点项目住宅小区智能化系统工程验收评估标准》等。 术体系研究及产品开发作为国家技术创新重点专项计划；２００６年３月，第二届 亚太国际智能家电暨影音数码电子产品展览会在深圳举行；４月，宁波承办第四电气设计（标准）导则》（讨论稿）、《全国住宅小区智能化系统示范工程建设要２００４年８月，国家经贸委成立了家庭信息网络技术委员会，将信息网络技２武汉理工大学硕士学位论文届中国国际家居博览会；９月，第六届上海智能家居系统、家庭自动化技术设备 展览会在上海举行；２００８年１０月１日，《公共建筑节能条例》，《民用建筑节能条例》开始实施。建设部要求“到２０１０年，大中城市中６０％的住宅要实现智能化＂ｍ。国内多家公司也积极参加智能家居系统的开发，如上海复瑞华信息技术有限公司自主开发了Ｓｍａｒｔ Ｈｏｍｅ智能家庭系统，西南交通大学科技公司开发了网 络智能控制数据终端系统网（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｄａｔａ Ｔｅｒｍｉｎａｌ，ＮＯＴ），海信的“智能家居控制系统’’，清华同方的ｅ．Ｈｏｍｅ数字家园，正星特科技开发 的ＳＴ－－１００ＩＰＨＭ住宅智能化系统等。２００９年，海尔与中国电信联手，推出Ｕ．ｈｏｍｅ 技术平台，包含家电、灯光窗帘控制，兼有多媒体娱乐，并提供可视对讲、安 防报警、环境检测、远程监护和故障反馈等支持，实现家庭的安全防范［ｓｌｙ９１。 Ｕ．ｈｏｍｅ可通过因特网、电话网和短消息平台三种方式访问家庭网关，采用 ＲＦ技术对家庭所有电器设备进行无线通讯的集中控制平台。Ｕ。ｈｏｍｅ网络家电执行一个统一的、开放的通讯标准．ｅ家佳（ＩｔｏｐＨｏｍｅ）联盟标准，兼容ＰＬＣ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、红外线、８０２．１１Ｘ、ＲＳ４８５等无线和有线通讯技术，能够实现海尔网 络家电与别的型号、品牌家电的互联。其中央控制器镶在墙面上，且系统内部 的布线以有线方式为主，移动性差，不适合应用在旧房改造项目中。 我国智能家居系统产业的发展正处于有利时机，国家的规范和引导、市场的需求和推动，都给整个行业的发展带来了难得的契机，智能家居系统将朝着 集成化，智能化，多功能化方向发展。 现阶段，国内外技术领域的差异很小，仅２．３年Ｉ删。１．３传统智能家居系统特点及不足智能家居系统已经有二十多年的发展，政府的支持和规范、企业的参与推广以及消费者的需求，都推动着智能家居系统在逐步完善。目前，已经有很多比较成熟的智能家居系统解决方案推出，并成功应用于实际项目中。但同时， 传统智能家居系统存在的一些不足也限制了其在市场上的推广，主要体现在：１）基于有线介质的通信方式 目前，在市场上重要的智能家居系统，比如美国的ｘ．１０、ＣＥＢｕｓ、Ｌｏｎｗｏｒｋｓ， 欧洲的ＥＩＢ和ＥＨＳ以及日本的ＨＢＳ，都是基于有线介质进行信号的传输。有线 传输在具有速率高、容量大以及抗干扰性好等特点的同时，也存在着布线麻烦、３武汉理工大学硕士学位论文扩展性和设备移动性差、安装维护成本高等缺点，尤其不适合智能家居系统旧房改造。 ∞系统间兼容性差目前，智能家居系统还没有一个统一的国际标准，各国政府各个企业都在极力推广自己的规范协议。依照各自规范设计生产的家居设备，不能很好地协 同工作。３．）利用ＰＣ作为智能家居系统的主控制器。ＰＣ机在处理速度、系统功能以及稳定性上面确实具有其明显优势，但是作 为智能家居系统控制器，必须一天２４小时都处在工作状态，耗电量大，资源浪 费比较严重，并且移动不方便。 与此同时，国内主要以智能小区的研究为主，在智能家居系统的研究比较薄弱，还需要进一步加强。１．４课题研究的意义当前我国正在着力建设资源节约型社会，家居设备的节能化必然会成为一 个我国人们和政府最求的目标，这些都给智能家居系统的发展提供了很大的市 场空间和机遇。随着社会的发展，人们认识到信息、时间、生命的重要性，对 于生活质量的要求也越来越高。同时，国内的房价高居不下，普通大众很难使充足的财力再去购买新的带有智能化的房子。因此，如何对已有的房子进行改造，在有限的时间和空间内里运用现代科技使自己生活得更加充实、更有意义是普通大众的共同愿望。 智能家居系统虽然有非常光明的前景，但在现阶段却受制于生产成本过高、 标准不统一、操作界面复杂等问题，发展速度缓慢。因此提出一种可扩展性好、成本低的智能家居系统解决方案，对于智能家居系统的普及，尤其是智能家居 系统在旧房中的普及具有积极的推动作用。１．５课题来源、创新和主要研究内容本课题来源于作者参与的项目――与深圳某著名嵌入式公司合作开发的智能家居系统，该系统主要用于嵌入式系统项目化教学，实现家居设备控制、家 居安防控制、家居设备内部通信、家居系统同外部通信等功能。４武汉理工大学硕士学位论文本课题的创新点有以下两个方面：创新点一，根据家居环境中采集到数据的特点以及数据传输的要求，提出 了一种融合了ＺｉｇＢｅｅ和ＷＩＦＩ的各自优势的通信方式，有效地解决了采用单一 无线通信协议带来了系统在功能上的局限性。 创新点二，在系统的构建和软硬件平台的实现上，采用嵌入式技术，可依 照用户的功能需求进行模块的增减，避免了传统智能家居系统对于ＰＣ的依赖。基于智能家居系统的特点及功能要求，本文从以下三个方面进行深入的研 究：１）嵌入式系统平台的搭建；２）各个功能模块的驱动开发； ３）智能家居系统集成控制系统方案。本课题的智能家居系统主要实现的功能有：指纹识别和ＲＦＩＤ射频卡相结合的门禁系统；通过温度传感器采集各个房间的温度，通过气体传感器采集房 间的有害气体密度；危险情况短信告知；采用点阵ＬＥＤ屏来显示小区信息；实现视屏监控，远程闹铃控制，远程照明系统控制，通过无线网络实现智能家居 系统控制器同Ｉｎｔｅｍｅｔ网络对接以及人性化的模式控制等。１．６本章小结本章主要介绍智能家居系统研究的背景，发展现状，以及本课题的课题来源、研究的内容、目的和意义。５武汉理工大学硕士学位论文第２章２．１智能家居系统控制系统方案设计项目相关技术介绍与分析ＺｉｇＢｅｅ无线个域网技术２．１．１ＺｉｇＢｅｅ是一种短距离、低成本、低功耗、低速率的无线组网通信技术【１１１。 “ＺｉｇＢｅｅ’’一词源自于源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（ｂｅｅ）是靠飞翔和“嗡嗡’’（ｚｉｇ）地抖动翅膀的“舞蹈＂来与同伴传递所发现新食物的位置、距离和方向 等信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。ＺｉｇＢｅｅ采用调频技术和扩频技术，分别提供２５０ ｋｂｐｓ（２．４ＧＨｚ，全球通用）、 ４０ｋｂｐｓ（９１５ＭＨｚ，美国）和２０ｋｂｐｓ（８６８ ＭＨｚ，欧洲）的原始数据吞吐率。在室内通常传输距离能达到３０．５０米，在室外如果障碍物少，可以达到１００米。 ＺｉｇＢｅｅ联盟所主导ＺｉｇＢｅｅ协议栈网络层以上的协议标准，包括网络层、安 全层、应用层、以及各种应用产品的资料：而物理层及媒体访问控制则是采用国际电子电机工程协会（ＩＥＥＥ）所定制的ＩＥＥＥ８０２．１５．４标准。 ＺｉｇＢｅｅ可用于所有低数据速率的无线通信，从ＺｉｇＢｅｅ联盟和一些主流厂商的推介来看，在未来的几年将被广泛应用于无线传感器网络、智能家居系统、 遥测遥控、汽车自动化、农业自动化和医疗护理等领域。２．１．１．１ＺｉｇＢｅｅ网络设备组成及拓扑结构ＺｉｇＢｅｅ网络中，根据设备功能的不同，可分成了全功能设备（ＦＦＤ）和简化功能设备（ＲＦＤ）。ＦＦＤ具有由标准指定的全部ＩＥＥＥ８０２．１５．４功能和特征，支 持任何一种拓扑结构，可作为网络协调器和普通终端，并且可以和任何一种设 备进行通信。而ＲＦＤ只是根据特点的应用需要实现了ＩＥＥＥ８０２．１５．４协议的一部分，往往同时只和一个ＦＦＤ关联，并只作为不需要传输大量数据、需要最少的 资源和存储容量来实现的普通终端。根据设备在网络中承担任务的不同，ＺｉｇＢｅｅ网络中的设备可分为：网络协调器、路由器和终端设备。一个ＺｉｇＢｅｅ网络中有且仅有一个网络协调器。路由 器节点只有在簇状网络和网状网络中存在。终端设备一般作为边缘设备，不具 备成为父节点或路由器的功能，负责与实际的监控对象相连。６武汉理工丈学硕士学位论文ｏ。●ｏ 。。 。● 一。 。。。。ｒ、。 。。。。。。。 ｏ，、ｕ蚓例：附状璎（Ｍ２曲） ●罔｛鲁协调嚣●ｏ 。ｏ?Ｏ。精简功能设备（啪） …一。在星型拓扑中，所有终端设备只能和网络中嘲络协调器进行数据传输，终端设备之间的通信必须通过网络协调器进行转发。终端设备一般电池供电。网 络协调器可以有自己的应用，可以是通信的起点或终点，也可以是设备间通信的转发设备，多采用持续电力系统供电。星状网络适合家庭自动化、ＰＣ机的外设等小范围的户内应用。在簇状网络中，绝大多数的设备是ＦＦＤ设各。任何一个ＦＦＤ都可能成为协 调器／ｚｉｇＢｅｅ路由器，为其他设备提供同步服务。 网状网络是以簇状网络为基础，将网络中所有具有路由功能的节点直接互 连，通过路由器中的路由表实现消息的网状路由。网状型网络通过花费更多的 存储空删束获取消息传递低延时和高可靠性保障。２ １ １ ２ｚｉｇＢｅｅ技术在智能家居系统内部通信方式的优势ＺｉｇＢｅｅ从低功耗、低速率、近距离、低成本的目的出发进行协议设计，被 认为在未来将广泛用于智能家居系统的内部通信中，其优势表现在： １１传输距离 智能家居系统一般用于家庭内部的设备控制，其数据的传输距离近，多在 ２０ｍ～３０ｍ之间。而ｚ１９８ｅｅ室内的传输范围一般介于３０～５０ｍ之问，在增加发武汉理工大学硕士学位论文射功率后，可增加到１～３ｋｍ，其传输范围是完全符合智能家居系统要求的。２１传输速率智能家居系统的数据多于控制开关量为主，数据量小，速率要求不高。 Ｚｉｇｂｅｅ工作在２．４ＧＨｚ的频段时的链路上的速率有２５０Ｋｂｐｓ，除掉信道竞争应答以及重传等损耗，可实际利用的速率可能不到１００Ｋｂｐｓ，但这已经足以满足智能家居系统中特定类型的数据传输要求。３）功耗智能家居系统的某些监控节点需要持续地工作半年，甚至是一年，因此节 点的功耗是个必须要考虑的问题。ＺｉｇＢｅｅ的传输速率低，数据量小，且支持休眠模式，具有很高的节能效果。据估算，在休眠模式下，２节５号干电池可支持１个节点工作半年到两年，甚至更长。而蓝牙能工作数周，ＷＩＦｌ只有数小时的续航能力。 ４）数据时延Ｚｉｇｂｃｃ设备从睡眠状态唤醒一般只需１５ｍｓ，响应时间短。同时Ｚｉｇ，Ｂｅｅ在非信标模式下，网络扩展速度快，设备进入和退出网络只需３０ｍｓ。相比较，蓝 牙需要３―１０ Ｓ、ＷｉＦｉ需要３ Ｓ。ＺｉｇＢｅｅ的这个特点非常满足智能家居系统在危急 情况下的节点唤醒功能。 ５）成本控制 目前，影响智能家居系统的推广一个重要的因素就是成本问题。相对于常见的无线通信标准，ＺｉｇＢｅｃ通过精简协议栈，最低要求系统只要８位处理器再加上４ＫＢ ＲＯＭ和６４ＫＢ ＲＡＭ即可，大大降低了芯片的成本。ＺｉｇＢｅｃ模块的初始成本为６美元左右，目标价格为几美分，且Ｚｉｇｂｅｅ免协议专利费，这将大大地减低了智能家居系统中的通信成本。 ６’Ｉ安全性及可靠性智能家居系统作为家居设备的控制系统，其用户也非专业人士，对于安全 性以及系统的可靠性稳定性要求比较高。Ｚｉｇｂｅｅ提供了三级安全模式，为系统 中的数据传输提供安全保障。同时，多种机制的采用也为整个系统数据传输提 供可靠性保障，如物理层采用可在一定程度上抵抗干扰的扩频技术，ＭＡＣ应用 层（ＡＰＳ部分）的应答重传机制，ＭＡＣ层采用ＣＳＭＡ机制以及信道切换功能等。８武汉理工大学硕士学位论文 ２．１．２ ＷＩ ＦＩ无线局域网技术ＷＩＦＩ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｆｉｄｅｌｉｔ），起先为无线局域网联盟（ＷＩ ＡＮＡ）的一个商业认 证，后被人习惯用于称呼８０２．１ｌｂ协议。８０２．１ｌｂ是ＩＥＥＥ定义的一个无线网络通 信的工业标准，目前已经得到普遍的应用，迅驰技术便是基于该标准。其最高带宽为１１Ｍｂ／ｓ，在信号有干扰或是较弱的情况下，可以调整为１和５．５ Ｍｂ／ｓ，有效保障了网络系统的可靠性和稳定性【１２ｉ。Ｍｂ／ｓ、２ Ｍｂ／ｓ８０２．１１协议定义了ＷｌＦＩ网络的物理层、媒体访问控制层和逻辑链路控制 层，其三层结构如图２－２所示。图２―２ ８０２．１ｌ协议的三层结构８０２．１ｌｂ协议定义了其物理层工作在２．４ＧＨｚ频段上的两种无线调频方式（调频扩频ＦＨＳＳ和直接序列扩频ＤＳＳ）以及一种红外传输方式（Ｉｌ∽ＳＳＳ）。ＷＩＦＩ标准定义了一个统一接口的ＭＡＣ层，这样可以方便地兼容以后出现的新的物理层。其职能类似于８０２．３协议的ＭＡＣ层。８０２．１ｌｂ协议定义了ＭＡＣ层的两种媒体访问方式：ＤＣＦ（ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＣｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎＦｕｎｃｔｉｏｎ，分布协调功能）和ＰＣＦ（Ｐｏｉｎｔ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ，中心协调功能）。８０２．１１使用超帧，在该帧期间，ＤＣＦ使用竞争期；ＰＣＦ使用无竞争期，在信道空闲期获得信道的访问权，否则延迟直到检测到信道空闲时间大于ＰＣＦ帧间阿１３ｌ。８０２．１１使用４８位ＭＡＣ地址，ＬＬＣ层与８０２．２的ＬＬＣ层完全相同，方便无线和有线之间的桥接。唯一区别就是，ＭＡＣ地址只唯一确定于ＷＩＦＩ网络。 目前，ＷＩＦＩ无线局域网标准在语音通信、无线办公等领域广泛应用，但较 多用在ＰＣ机、笔记本电脑等通用平台的无线通信。随着信息家电、工业控制、 移动手持设备等嵌入式环境中对于无线局域网需求的增多，将ＷＩＦＩ通信整合到嵌入式系统中，已经成为嵌入式系统应用中的～个热剧１４１。９武汉理工大学硕士学位论文除了具有一般无线网络所具有的建设便捷性、可移动性好、网络结构弹性 化等特点外，ＷＩＦＩ技术同蓝牙技术相比，其突出特点在于：１）较广的无线网络覆盖面积相比较于蓝牙技术只有半径１５米的覆盖范围，ＷＩＦＩ的半径则可达１００米，不仅是在办公室，在整栋大楼中也可使用。最近，由Ｖｉｖａｔｏ公司推出的一款新 型交换机，可以把目前ＷＩＦＩ无线网络接近１００米的通信距离扩大到６５００米。 ２）传播速度快 虽然ＷＩＦＩ技术在数据安全性、传输质量上相对于蓝牙都有需要改进之处， 但是其传输速度可以达到ｌｌＭｂｐｓ，符合个人和社会信息化的需求。３）灵活的组网方式 厂商只需要在车站、机场、图书馆、咖啡店等人员较密集的地方设置“热 点”，那么在“热点’’覆盖的半径１０米到１００米的地方，支持ＷＩＦＩ协议的客户端设备都可以随时加入和退出网络，并在网络覆盖的范围内任意移动，而不会给整个网络照成任何影响。 钔ＴＣＰ／ＩＰ协议兼容 相互兼容的网络结构和协议方便ＷＩＦＩ局域网通过网桥和以太网进行连接。 ５）较高的功率消耗 ＷＩＦＩ的功率消耗要远高于蓝牙，因此大多数的便携ＷＩＦＩ装置都需要较高 的电能储备，限制该技术在便携场合的推广和应用，如键盘、鼠标等更适合使 用蓝牙技术。２．１．３嵌入式Ｗｅｂ服务２．１．３．１嵌入式Ｗｅｂ服务器随着Ｉｎｔｅｒａｃｔ技术的兴起，在嵌入式设备的管理与交互中，基于Ｗｅｂ方式 的应用成为目前的主流，即大家非常熟悉的Ｂ／Ｓ结构，使在嵌入式设备上运行 一个支持脚本或ＣＧＩ功能的Ｗｅｂ服务器，能够生成动态页面，在用户端只需要 通过Ｗｅｂ浏览器就可以对嵌入式设备进行管理和监控，非常方便实用【１５１。嵌入式Ｗｅｂ服务器的核心任务是在互联的嵌入式设备之间进行信息交互， 达到通过网络对嵌入式设备进行监控，主动上传反馈信息给主控设备的目的。 目前，成熟的嵌入式Ｗｅｂ服务器很多，如ＥｍＷａｒｅ公司的ｅｍＭｉｃｒｏ、ＧｏＡｈｅａｄ 公司的ＧｏＡｈｅａｄ Ｗｅｂｓｅｒｖｅｒ、Ａｌｌｅｇｒｏ公司的ＲｏｍＰａｇｅｒ、Ｍｂｅｄｔｈｉｓ公司的ＡｐｐＷｅｂ、１０武汉理工大学硕士学位论文ＳＵＮ公司的Ａｐａｃｈｅ，还有Ｂｏａ、ＰｉｃｏＷｅｂ、ＣｈｉｐＷｅｂ、Ｖｏｙａｇｅｒ、Ｑｕｉｏｔｉｘ等ｆ１６】。本系统使用Ｂｏａ服务器。Ｂｏａ是一个非常小巧的Ｗｅｂ服务器，可执行代码只有大约６０ＫＢ，十分适合用于嵌入式系统。Ｂｏａ服务器同其他传统的Ｗｅｂ服务器区别在于：当有连接请求到来时，是通过建立哪请求列表来处理多路Ｈ１］曙连接请求，并只为创建进程，这样最大程度上节省了系统资源。同时它还具有自动解压文件、自ＣＧＩ程序创建新的进程，而非通过复制自身进程来处理多连接或为每个连接单独动生成目录等功能，因此，Ｂｏａ具有很高的ＨＴＴＰ请求处理速度和效率，在嵌入式系统中具有很高的应用价值【１５】ｆ１６】。２．１．３．２ＣＧＩ技术ＧａｔｅｗａｙＣＧＩ即ＣｏｍｍｏｎＩｎｔｅｒｆａｃｅ（通用网关界面），运行在Ｗｅｂ服务器上，由来自于浏览者的输入触发。ＣＧＩ作为在ＨＴＩＴ服务器下运行外部程序（或网关）的一个接口，它能让网络用户访问远程系统上的使用类型程序，就好像他们在 实际使用那些远程计算机一样。按照ＣＧＩ标准编写的外部扩展应用程序可以处理客户端浏览器输入的数 据，从而让浏览者与服务器进行交互操作，是对ＨＴＭＬ的补充。ＣＧＩ应用程序可以由Ｐｅｒｌ、Ｊａｖａ、邓＋＋和ＶＢ等编程语言来实现。ＣＧＩ应用程序主要的用途有：创建可单击的图像缩小图；根据浏览者填写的ＨＴＭＬ表单发送定制的答复； 创建一个浏览者可以搜索内容的数据库；制作动态ＨＴＭＬ文挡；提供服务器与 数据库的接口，并把结果转换成ＨＴＭＬ文档。 同时，ＣＧＩ也存在着系统资源要求高、可能被利用成为别人非法进人服务 器系统的通道以及系统移植性不高等特点。２．１．４智能家居系统通信技术智能家居系统总线将家庭范围内的设备或仪表与自动控制装置或系统之间连接起来，以实现数字式多点双向数据通信。目前应用在智能家居系统中的总 线按照传播介质来划分可分成有线方式和无线方式［１７１。２．１．４．１有线通信方式目前，智能家居系统中的有线通信协议主要有：最初应用于工业控制领域 的总线协议，如Ｐｒｏｆｉｂｕｓ总线、Ｌｏｎｗｏｒｋｓ总线、ＲＳ４８５总线和ＣＡＮ总线、以太武汉理工大学硕士学位论文网等；专门针对智能建筑的总线和通讯协议，如美国的ＣＥＢｕｓ和ＢＡＣｎｅｔ、欧洲的ＥＩＢ等；电力载波通信技术ＰＬＣ。 １）ＲＳ４８５ＲＳ４８４的传输介质为屏蔽双绞线，采用差动发送／接收的方式进行半双工通 讯，最高的传输速率可以达到１０Ｍｂｐｓ，在实际应用中可以达到３０００米，总线上允许连接多达１２８个收发器，已成为首选的串行接口。但由于ＲＳ４８５总线不支持多主结构，在网络容量和网络距离等方面具有很大的局限性。约ＣＡＮ总线ＣＡＮ总线采用特性阻抗为１２０欧姆的双绞线作为传输介质，采用差动传输，理论上ＣＡＮ２．０Ａ总线节点可达到２０３２个，ＣＡＮ２．０Ｂ可达到５亿个，当通讯速率达到最高的１Ｍｂｐｓ时，传输距离为４０米，而在５ｋｂｐｓ的传输速率下，直接通信距离最远可达到１００００米。ＣＡＮ总线支持多主方式工作，通过总线仲裁获取总线的控制权。节点动态加入和退出系统，支持点对点、一点对多点和广播方 式的数据收发。正是由于ＣＡＮ总线的这些特性，目前在传感器、工业自动化、 机床或电梯控制、汽车电子控制、医疗设备等领域有了较广泛的应用。 ３）ＢＡＣｎｅｔ１９９５年６月，美国冷暖工程师协会组织的标准委员会指定了ＢＡＣｎｅｔ协议（Ａ Ｄａｔａ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｏｒ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ），旨在建立一个统一的数据标准，使遵循该标准的不同厂商生产的设备能够进行 信息交换，实现互操作性。该标准包含物理层、链路层、网络层和应用层四层 协议，只规定自控设备之间信息交换所必须遵循的规则，没有具体规定实现规则，各厂商可以用不断进步的技术进行开发。目ｆｊｉ『国内很少使用该总线。钔电力载波通信技术Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）作为电力系统特有的通讯方式，电力载波通信（Ｐｏｗｅｒ ｌｉｎｅ是在现有电力线上，以载波方式进行传输模拟或数字信号。电力线载波技术因 其可利用家庭现有的电力线，无需重新架设网络，便可实现智能设备之间的通信与控制，所以在智能家居系统控制网有其特殊的优势。目前，比较常见有荷兰的ＰＬＣ．Ｂｕｓ和美国的Ｘ．１０协议。２．１．４．２无线通信方式目前，常见的适合在智能家居系统中进行使用的无线通信技术有：近场通信技术ＮＦＣ、蓝牙（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）、超宽频ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）、无线局域网武汉理工大学硕十学位论文（Ｗ１ＦＩ）和ＺｉｇＢｅｅ。ＷｌＦＩ及ＺｉｇＢｅｅ协议已经在前文中进行详细说明，下面简要介绍下其他三种无线通信技术。１１蓝牙技术蓝牙技术，由爱立信公司１９９４年提出，用于手机与其附件（耳机）之间进 行无线通信，后来成为无线数据与语音通信的开放性全球规范，该技术使用全球通用的２．４ＧＨｚ ＩＳＭ频段，提供１Ｍｂｐｓ的传输速率和１０ｍ（发射功率ｌｍＷ）～１００ｍ（发射功率ｌＯＯｍＷ）的通信距离，是一种低成本、低功率无线技术，目 前已经在许多场景得到应用，如三合一电话、Ｉｎｔｅｍｅｔ网桥、交互性会议、手机、 笔记本电脑、键盘和鼠标等领域。但是，目前还有一些因素，如芯片大小和价 格难以下调、抗干扰能力太弱、传输距离太短以及兼容性不好等，制约着蓝牙技术的推广。∞超宽频ＵＷＢ超宽频技术是一种无线载波通信技术，起先为军事技术，但如今有可能扩 展至一般消费产品领域。ＵＷＢ系统在３．１―１０．６ＧＨｚ的频段中占用５００ＭＨｚ以上的带宽。ＵＷＢ技术具有低系统复杂度、低截获能力和高定位精度、低发射信号功率谱密度、高数据传输，多径分辨率极高等特点，尤其适用子室内等密集多径场所的高速无线接入，近年来得到了迅速发展。 ３） 近场通信技术ＮＦＣＦｉｅｌｄ近场通信ＮＦＣ（ＮｅａｒＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）作为飞利浦、索尼和诺基亚等公司主推短距离无线通信技术标准，采用双向的识别和连接技术，在２０ｃｍ距离内工作在１３．５６ＭＨｚ频率。目前已经发展成为无线连接技术，可以快速自动地建 立无线网络，为Ｚｉｇｂｅｅ、蓝牙或ＷＩＦＩ设备提供一个“虚拟连接”，方便设备在短距离内进行通信。但同时，也存在着一些限制ＮＦＣ推广的重要因素，如其技术实现要依赖与其他的无线通信技术、至少１０美元的ＮＦＣ芯片价格等。２．１．４．３两种通信方式比较传统的智能家居系统控制系统一般采用有线的方式来组网，有些有线通信 方式已经比较成熟，在行业中也有通用性和标准性，但同时也存在着一些缺点：１）布线麻烦。智能家居系统采用有线通信方式只适合新建筑，而对于旧房改造或是增减设备等需要重新布线的地方，显然有线布线方式有其天生 的局限性，如系统扩展性差、安装维护成本高等。２）移动性能差。对于有线通信，家居设备只能固定在具体的位置，不能随１３武汉理工大学硕士学位论文意移动。而无线通信则可以解决这个问题，其辐射范围可以涵盖到家庭 中的每一个角落，只要在该范围内，设备都能够正常运行，没有任何位置的需要。世间皆无完物。如果采用无线通信的话，无线通信方式一些自身弊端也不的不考虑：１）由于家中墙壁的影响，无线通信传输的有线距离会降低，也容易在家中形成信号死角；２）容易受到外部通信频率的影响而造成串扰，而且信号的保密性差； ３）成本一般比较高，同时，长期生活在电磁波环境中对于人的影响，还需要进一步的确切的科学定论。总之，每一种布线方式都有其自身的优缺点，在实际的项目进行中，需要 根据自身的建筑的特点、数据传输的类型、项目成本以及项目功能需求等方面进行综合考虑。２．１．５系统评估平台及开发工具上位机操作系统：ＷｉｎｄｏｗＸＰ，ｕｂｕｎｔｕ一８．０４．１一ｄｅｓｋｔｏｐ－ｉ３８６；系统评估平台：ＥｄｕＫｉｔ ＩＶ实验箱；集成开发环境：ＲｅａｌＶｉｅｗ ＭＤＫ，Ｅｍｂｅｓｔ ＩＤＥ ｆｏｒ ＡＲＭ；仿真器：ＲｅａｌＶｉｅｗ Ｕｌｉｎｋ．ＩＩ，Ｅｍｂｅｓｔ 编译工具：ａｌＴｎ―ｌｉｎｕｘ―ｇｃｃ３．４．５。 ＰｏｗｅｒｌＣＥ；２．２智能家居系统需求分析智能家居系统设计遵循的原则应该是“以人为本”，也就是在智能化的设计过程中，应该始终从使用者的角度出发，做到系统功能能够满足要求、系统稳 定以及操作符合国内用户的习惯等。基于智能家居系统的设计原则的分析及客 户对于目标系统的期望，列出以下几点需求：１）无线联网控制功能手持智能家居系统控制器可以通过无线协议实现家居设备的集中控制；通 过无线网络同Ｉｎｔｅｍｅｔ进行相连，可在办公室或其他地点进行远程查看或控制家 庭信息及设备，实现远程监控。２）家庭安全保护功能１４武汉理工大学硕士学位论文采用指纹识别和射频卡组合的方式进行门禁控制，通过接入各种红外探头， 并可根据需要随时布防撤防，保卫生命和财产安全；通过接入气敏传感器、温度传感器，全天候２４小时监控可能发生的火灾、煤气泄漏，并可在发生报警时联动打开窗户、关闭气阀等动作，并通过短信告知主人，为家庭构建坚实的安全屏障；通过远程的网络访问，实时监控家中的状态。 ３．）家庭设备控制功能 可通过手持控制器或是网络实现对家中照明系统的控制；背景音乐的广播 及设定；窗帘和窗户的开闭控制等。 ∞特色控制功能定时闹钟控制功能：通过远程网络操作，设定家庭闹钟，使其能够远程唤醒睡觉中的小懒虫；信息显示功能：ＬＥＤ屏显示接收小区信息通知以及主人留 言信息等；定时定点的收音机广播功能，以方便主人及时了解世界新动态。 ５＿）人性化的操作控制： 在界面和功能设置上面，尽量采用模式化方式，以方便用户使用。采用情景模式思想，设计各种联动控制方案：如盗警时，联动开启家庭所有灯光；煤 气泄漏时，联动打开排风扇；回到家时，联动开启门厅灯光；早晨起床时，联 动开启固定房间的灯光，并打开收音机，以便主人及时了解最新的世界动态等。２．３智能家居系统设计２．３．１智能家居系统设计中的关键问题分析在提出智能家居系统的解决方案之前，需要对智能家居系统设计中的几个 关键问题进行探讨： １、智能家居系统的结构组成智能家居系统一般可有四个部分组成：中央控制器、功能子模块、智能家 居系统内部通信网络以及智能家居系统外部通信。 中央控制器是整个智能家居系统的核心，其主要完成以下工作：作为智能 家居系统的总控制器，接收功能子模块的数据并进行分析，根据分析的结果对家居设备进行控制：作为智能家居系统的网络协调器，协调各个功能子模块间通信，提供消息转发服务：作为智能家居系统的网关，为外部网络访问家居设 备提供支持；完成部分的数据采集功能，作为一个特定的功能子模块等。武汉理工大学硕士学位论文功能子模块提供特定的功能，比如温度信息的采集、窗帘的控制、灯光的 开闭等，是智能家居系统功能完成的重要支撑点，散落在家庭的各个角落，或进行数据的采集，或响应中央控制器的控制命令。智能家居系统内部通信网络是整个系统的神经网络，用于为中央控制器和功能子模块之间的信息传递提供支持。智能家居系统内部通信网络直接影响到 整个智能家居系统的稳定性、安全性及工程实施的便捷性，需要进行认真考虑。智能家居系统外部通信是以中央控制器为唯一的出入口。用户通过网络可以和智能家居系统进行通信，从而能够及时了解到家居环境信息以及实现对家居设备的远程控制。２、智能家居系统的内部通信方式 不可否认，无线通信方式由于其移动性好、网络扩展性强、无布线麻烦等特点，将成为未来智能家居系统内部通信方式的发展趋势。同时，考虑到本系统设计的是手持的智能家居系统控制器，基于无线的通信方式成为了首要选择。 那么，该选择哪种种无线协议昵？在智能家居系统中，需要传送的数据包括：控制命令数据，如照明系统的开关量等；间断的环境数据，如温度传感器 采集到的温度数据等；不间断的视频数据。其中，控制命令和间断的环境数据 的数据量都比较小，对于传输的速度要求不高，可采用ＺｉｇＢｅｅ、蓝牙进行无线 通信。但考虑到数据采集模块的成本、体积以及功耗等因素，拥有省电、可靠、 短延时及高保密性等特点的ＺｉｇＢｅｅ可作为这两个类型的数据传输协议。不间断 的视频数据，因其数据量比较大，要求一定的实时性，可采用ＷＩＦＩ进行通信。因此，本文整合ＺｉｇＢｅｅ技术和ＷＩＦＩ技术的各自优点，提出一种基于 ＺｉｇＢｅｅ＋ＷＩＦＩ的智能家居系统内部通信方式。 ３、智能家居系统的网络拓扑结构常见的局域网拓扑结构有星型拓扑、环型拓扑、总线拓扑、树型拓扑和网型拓扑。拓扑结构的选择与传输媒体的选择及媒体访问控制方法的确定密切相 关，在选择的时候需要考虑可靠性、费用、灵活性、响应时间和吞吐量等因素。智能家居系统采用的中央控制器和功能子模块相结合的方式。中央控制器是整个系统的核心，占据主导地位；功能子模块辅助中央控制器完成智能家居系统的功能性要求，犹似众星拱月。所以，本文在选择智能家居内部网络的拓 扑结构的时候，首要考虑星型拓扑。星型拓扑具有控制简单、故障诊断和隔离 容易以及方便服务等特点。同时，基于无线的内部通信方式有效地避免了星型拓扑在所需电缆、安装工作量等方面的劣势。１６武汉理工大学硕士学位论文４、智能家居系统的外部通信 随着网络技术的发展以及人们对于网络技术的依赖．智能家居系统的网络 化是其必然趋势。目前，常见的宽带入户的接入方式有：有线方式，如ＡＤＳＬ、 有线调制解调器等：无线方式，Ｗ１Ｆ１、ＧＰＲＳ等。 考虑到本文所设计的智能家居系统控制器是一个手持设备，那么在智能家 居系统的宽带接入方式中，无线接入方式是必须的选择。ＷＩＦＩ具有传输速率高、 可移动性好、组网灵活、可靠性高等特点，可以很好地满足智能家居系统的宽 带接入需求。同时，前文中已经确定ＷＩＦＩ作为内部通信方式，选用ＷＩＦＩ作为 智能家居系统的宽带接八方式，可降低系统的成本及复杂度。 由于智能家居系统中，需要有危险情况时的短信告知功能，在考虑智能家 居系统的外部通信方式中，本文亦添加了ＧＰＲＳ模块，以完成短信收发功能。２ ３２智能家居系统解决方案基于论文以上部分对于智能家居系统设计中几点关键问题的讨论，本论文 提出了如图２－３所示的智能家居系统解决方案。～图２－３智能家居系统解决方案武汉理工大学硕士学位论文在功能需求方面，本论文给出的智能家居系统解决方案，具备了智能家居基本功能系统――智能家居系统控制器、照明控制系统及家庭安防系统（指纹识别模块、ＲＦＩＤ模块、家居环境信息采集模块及窗帘控制模块等）。同时，根据客户的要求添加了一些特色模块，能够满足用户的需求。根据网络中各个通信节点的作用不同，采用星型拓扑结构进行组网。在构建星型拓扑网络时，智能家居系统控制器自任为网络协调器，同时选择一个未被其覆盖区域内的其他网络使用的ＰＡＮ标识（网络号）作为自身的ＰＡＮ标识。在完成ＰＡＮ标识确定后，中央控制器就可以把功能子模块加入到网络中。完成 网络构建后，所有的功能子模块只能同中央控制器进行通信，功能子模块之间 的通信必须通过中央控制器进行转发。 由于目前智能家居系统内部通信方式还没有一个统一的标准，各个通信协议之间互有优势。本论文在分析各协议的优势，同时结合智能家居系统内部数据的特点及传输的要求，提出一种综合的智能家居系统内部通信方式： ＷＩＦＩ＋ＺｉｇＢｅｅ，对以后智能家居系统内部通信方式的选择具有借鉴作用。智能家居系统采用ＷＩＦＩ作为宽带接入方式，可实现智能家居系统无线宽带接入，同时减低了系统的成本及复杂度。另外，智能家居系统在发现危险情况 时候，还可以通过ＧＰＲＳ将该情况告知主人。 整个系统基于嵌入式的技术进行设计，摆脱了传统智能家居系统中对于ＰＣ机的依赖，在系统的安装便捷性、系统成本控制等方面具有其自身的优势。手持中央控制器的详细设计将在后文中进行详细说明。 在智能家居系统的设计过程中，功能子模块的设计遵循着方式为：功能器 件＋控制芯片＋通信模块，如图２－４所示。在本系统的验证过程中，由于时间和 模拟设备等条件的限制，控制芯片和中央控制器的控制芯片一样，在实际的工 程应用中，也可根据功能子模块的复杂性，采用单片机来替换。图２－４功能子模块设计方式１８武汉理工大学硕士学位论文２．４本章小结本章首先对在智能家居系统中用到的技术进行介绍，在完成对智能家居系统需求分析的基础上，给出整个系统的设计方案。１９武汉理工大学硕士学位论文第３章系统硬件的设计与实现智能家居系统可分为两大部分：手持智能家居系统控制器和功能子模块。手持智能家居系统控制器是整个系统的核心，本章将重点进行介绍。本课题设计的功能子模块包括：温度信息采集模块、气体密度采集模块、窗帘控制模块、照明系统控制模块、ＲＦＩＤ模块、指纹识别模块、收音机模块、信息屏显示模块及摄像头模块。限于篇幅，本文只选择一些重点模块的电路设计进行详细说明。 详细的芯片选择以及参数说明参见表３．１所示：表３．１详细硬件芯片选择列表处理器ＳＤＲＡＭＮａｎｄＦｌａｓｈＳａｍｓｕｎｇ Ｓ３Ｃ２４１０Ａ ６４ＭＢ ６４ＭＢ主频２０３ＭＨｚ，－ｒ作功耗２４０ｍＡ ２片ＨＹ５７、，５６１６２０Ｋ９Ｆ１２０８显示屏类型 触摸屏 按键 ＺｉｇＢｅｅ模块 ＧＰＲＳ模块 ＷＩＦＩ模块 指纹识别模块 ＲＦＩＤ模块 收音机模块 温度传感器 气敏传感器 视频采集模块串口８寸１１Ｔ真彩液晶宽屏， ８寸电阻式触摸屏 １个开关键、１个复位键 顺舟ＳＺ０５９００／１８００分辨率８００＊４８０，１６ｂｉｔ开关键：常按４ｓ开关机器 ＲＳ．２３２接入 天线内置 Ｍａｒｖｅｌｌ８６８６内核，ＳＤＩＯ／ＧＳＰｌ接口 ５８＊４０ｒａｍ，５００ＤＰＩ，比对时间＜ＩＳ１３．５６ＭＨＺ，１０６ｋｂ／ｓ，ｌＯＯｍｍＭＣ３５ｉＡＷ－ＧＨ３２１ ＣＣＤ器件，光学采集Ｐｈｉｌｉｐｓ，Ｍｉｆａｒｅ ＩＳ５０ＴＥＡ５７６７自动搜素电台，手动设置频率 ９―１２位温度读数，±０．５０Ｃ Ｓｎ０２材质．ＡＩＤ转换接入ＤＡＵＡＳ公司ＤＳｌ８８２０Ｍ０―２ＵＷＣＡ．２００ ３个 锂离子充电电池，可更换ＣＭＯＳ，１００ｍ，支持ＷＩＦＩ一个用于ＺｉｇＢｅｅ，一个用于ＧＰＲＳ， 充电接口ＡＣ仍Ｃ，ＵＳＢ电池类型３．１手持智能家居系统控制器的结构设计根据智能家居系统的功能需求，结合整个系统的成本及开发进度控制要求，武汉理工大学硕士学位论文手持智能家居系统控制器硬件架构如图２．５所示：图２－５智能家居系统控制器硬件架构１．）处理器的选择处理器采用三星公司生产的￥３Ｃ２４１０Ａ处理器。Ｓ３Ｃ２４１０Ａ是基于手持设备进行定位设计，提供低价格、低功耗、高性能小型微控制器的解决方案。而且 Ｓ３Ｃ２４１０Ａ提供丰富的内部设备也能充分满足智能家居系统的功需求。如，分开 的各１６ＫＢ的指令和数据Ｃａｃｈｅ，ＭＭＵ虚拟存储器管理，ＬＣＤ控制器（支持ＳＴＮ＆ＴＦｒ），ＮＡＮＤＦｌａｓｈ系统引导支持，系统管理器（片选逻辑和ＳＤＲＡＭ控制器），３通道ＵＡＲＴ，Ｉ／Ｏ端口，ＲＴＣ，８通道１０位ＡＤＣ和触摸屏接口，ＩＩＣ．ＢＵＳ 接口，２通道的ＳＰＩ以及内部ＰＬＬ时钟倍频器【１８Ｉ。 基于￥３Ｃ２４１０Ａ处理器的这些特点，采用该处理器可大大降低了整个系统的成本和设计的复杂性，有效地减少了总体系统开销，加快系统开发进度。２１存储空间的确定在智能家居系统的设计过程中，将存储系统分成了两个部分：ＮａｎｄＦｌａｓｈ和ＳＤＲＡＭ。ＮａｎｄＦｌａｓｈ用于保存启动代码、Ｌｉｎｕｘ内核和文件系统映像，以及其他一些相关的驱动、应用程序和数据等，大小为６４Ｍ。ＳＤ洲用于支持整个系统２１武汉理工大学硕士学位论文的运行，大小为６４Ｍ。 ３）电源管理模块电压。采用可替换的锂电池供电，并可通过删ＳＢ接口进行充电。充电管理芯片为ＳＣ８１１，ＡＤ充电电流约为５００ｍＡ，ＵＳＢ充电电流接近２００ｍＡ，同时提 供电池电量检测引脚，接到处理器的ＡＩＮ２。另外，电源管理模块还提供电池温 度检测，以防止在充电或电池使用的过程中出现过热的情况。３．２电源管理模块为处理器及其他的外围功能模块提供稳定的５Ｖ、３．３Ｖ、１．８Ｖ电源芯片接口电路设计玉Ｌ１丸ｎＩ叫坷洲 Ｌ１＾ｎ―皎洲ｌａ１Ⅵ抖ＡＶｌＮｙｌ ＶＩＨＬＩ Ｌ＾２与 ２４． ２１ＶＤ０１ ：Ｔ’Ｌ＇ｈ，、，ｑ小啦’ＶＤＤ＇尬ＬＣＤ作＇５’ ［ｌ一～ ｏＤｅｌｖｅ―Ｌ１５１， １２钠ＮＬ２ 、弦８１ ＶＩ。１２１卫１５３．而弋７】一Ｔ．ＶＤ０１ａ讲Ｆ ―ｒ 》Ｄ３３＾ ｒ一一∞２ ’姻３Ｖｏ辱ｖ￡、，棚Ｐ２ ＬＩ（２曩Ｆ Ｌ＇叭ｒｖ＾≯湖抖Ｔ．２ａ口垤Ｂ２ＧＮＤＰＩ Ｇ¨Ｄｐ２ ＧＨ￡Ａ ＧＮＯＤ ＰＡＤ２帅溅ｌ盖Ｆ’１‘１１Ｈ２６２１ ２＇９－ｊ７主，喳、＾０５：１１ａ２＂－１∞＇３鲁：１１茸 ０”５ｒ ：１＇８ ｌ专’平唧母于予于于。一一】 】 、 Ｖ［一严Ｒ１‘１１龋量Ｋ ‘Ｉ一。±，，ａ’■＿＿●＿一 ＾ＩｕＦ ＶＲ￡Ｆ一堂士１胃ｊ孓１ｉ ―弋ⅥＮＤＳＤＡ ＳｅＬ 、，ＤＤ ￡＾Ｕｎ１６ ．§ 也一＂学６瞄Ｅ嘞撷酗№ｉ ＂伯捻ＮＣ－ｉｔＬ７０１伯７Ｈ沁【ｌｌＲ５５ＥＴ０ｒ“～ＨＰＳｆｌ０心ｉ２Ｑ３，７ｌｂ１Ｒ１―坶蚂８肌“、、）薨；一Ｐ．ｌＯＬ。ｃ－ｍ＾韵０、囊ｎ弦．１０１（图３―１电源芯片硬件接口连接图系统采用ＲＮ５Ｔ５６４Ｃ作为电源变压芯片，为整个系统提供不同要求的电压 支持。ＲＮ５Ｔ５６４Ｃ专用于手持设备，提供两个高效的降压型ＤＣＤＣ控制器，５个低漏电流的稳压器，并通过ＩＩＣ总线和处理器实现通信ｆ１们。 ＲＮ５Ｔ５６４Ｃ采用ＶＢＡＴＩ＂（电池电源）作为输入，并提供７通道的输出，皆武汉理工大学硕士学位论文可通过编程实现电源的打开和关闭。 ＬＸｌ、ＬＸ２用于输出两个ＤＣＤＣ控制器转换后的电压。ＶＤＤｌ２：１．２Ｖ，ＣＯＲＥ 核心电源也由此引出；ＶＤＤ３３：３．３Ｖ，引出系统电源。 ＶＯＩ―Ｖ０５由低漏电流的稳压器，其中Ｖ０１～Ｖ０３可通过微调的方式设置输出电压，Ｖ０４、Ｖ０５是可编程的，电压的值域为｛１．２，１．３，１．４，１．８，２．５，２．７，３．Ｏ，３．３）。３．３ＺｉｇＢｅｅ接１３电路设计ＺｉｇＢｅｅ模块采用顺舟科技ＳＺ０５系列嵌入式无线通信模块。该模块集成了符合ＺｉｇＢｃｅ协议标准的射频收发器和微处理器，它具有通讯距离远、抗干扰能 力强、组网灵活、性能可靠稳定等优点和特性。Ｓｚ０５模块可实现点对点、一点对多点、多点对多点之间的设备间数据的透明传输；可组成星型、树型和蜂窝型网状网络结构；可通过跳线设置或软件配 置来选择通信节点的类型：网络协调器、路由器和终端节点；通过１］几电平收发、串口通信等方式同控制器进行数据交互，可以大大简短模块的嵌入开发时 间；输入电压为５Ｖ，最大发射电流为７０ｍＡ，最大接收电流为５５ｍＡ，在睡眠模式下的功耗仅为３０ｕＡ／ｈ［２们。其同处理器的电路连接如图３．２所示：图３－２ ＺｉｇＢｅｅ硬件接口连接图其中引脚１１和１０分别连到主板的地和电源；引脚１２和１３分别连接到主板Ｅｘｔｅｍ Ｂ１区的ＴＸＤ和ＲＸＤ；引脚９和１８分别连接到主板Ｅｘｔｅｍ Ｂ１区的 ＳＰｌＴＸＤ和ＳＰｌＲＸＤ。武汉理工大学硕士学位论文 ３．４ＧＰＲＳ接口电路设计本系统使用的ＧＰＲＳ模块是西门子公司生产的ＭＣ３５ｉ。该款ＧＰＲＳ模块具有很高的性能，支持ＥＧＳＭ９００ＭＨｚ和ＧＳＭｌ８００ＭＨｚ双频段，使用ＡＴ命令控 制，采用多种模式进行电源控制，可以广泛应用于以下场合：ＰＯＳ终端、自动 售货机、安全系统、远程遥测、交通控制、手持设备、ＧＰＲＳ调制解调器等１２１１。 故选用ＭＣ３５ｉ作为本系统的ＧＳＭ／ＧＰＲＳ模块，电路连接如图３．３所示：Ｉｈｉ。ｒ－１ ｉ．－１Ｉ．ｚ５３Ｒ．Ｎ１）１）王叠３（；ＲＸ ＤＥＢＧ １１Ｘ（最＼１）ＮＣ４８７４ＤＮＧ＞；￣１６ ４５ ．｜４ ４３ ．１２ ．１Ｉ ４０ ３９ ３８ ３６ ３５ ３４ ３３ ３２ ３Ｉ ３０ ２９ ２７２８７ ２６ ２５一 一１：咀）４ＲＸＩ）ｓｌ’Ｉ ＣＳ鼎姆、１Ｅ｛ＳＩＸ站１．ＫＳＩＸＩＲＳ’１． ＳＩＮＩ、＋ＣＣ Ｊｕ ７ ８ ９ ｌＯ ＩＩ １２ １３ １．１＋ＩⅪ）Ｃ．ｒＳ（１苫 Ｒ‘ｌ’Ｓ ｌＷ’ｌｔ ｌＸ’Ｉ） ．ＮＩ：’１＂１．ＩＧ ＧＰＲＳ ｌ：一Ｉ，．，、，，ｓ．ＩＷＩｔ’ＳＳ△ＩＣ【ＸＳ△ｌｌ“ｒＡＤ－ｍＤＣＤＲ，Ｉ’ＳＳｎＩＲＥＳ．Ｉ．№ｆｒＬＩ旺ｒＩ｜ ＶＳ氏ｌ ＱＸ）Ｉｌ国ｌｔｏＷｏ｝ＵＶＢ？、．Ｉ’ＰＯＷＩ淑、‘Ｂ二¨Ｃ；｝≮ＤｌＵ、＾毽ＲＩ：ＥＹＳＰＩ ＳＰＩ。上Ｔ Ｉ… ３７｝’１３Ｔ，匕ｃ’２２ＣＩ太Ｉ）Ａ。ｒＡＢ．ＷＫＬ＇Ｐ１５ １６ １７ １８ １９ ２０ ２Ｉ，＇１转ｊ、Ｃ“ｐＳｐＩ（蚤疆） （夺ａ）ＧＮＤ１０４―Ｔ―１帅Ｆ）ＧＮＤ Ｉ Ｉ，Ａ．Ｎ一＂ ｌ ．二 Ｉ口 ｑ－ ＧＮＤ ―Ｌ一’Ｈ、Ｉｌ（’ｌＮ 、王ｌ（’Ｈ，Ｄｆ℃Ａ夺ＨＥＮＮＡ （ｊＮＤ （烈Ｄ 、ⅡＣ２Ｐ ＧＮＤ ａＮＤ 、ＨＣ２Ｎ ＾Ｉ？Ｘ＾ｌＸ： 、ｎＣＩＮ、ｎＣｎ’ Ａ（；＼Ｉ） ｓｌ’ＫｌＰ＋２ＹＣｌ峙’ＩＥ、珏’Ｂ：Ｙｒ Ｓｌ’Ｋ２ｌｋ Ｓｌ’圣ｏＮ。ｌＥＩ…ｏＨⅥＭ１；ＩＫｌｐｓｌ＇ＫＩＮ２３ ２４＆’ＫｌＮ－图３－３ ＧＰＲＳ硬件接口连线图图３．３描述的是ＭＣ３５ｉ模块上各引脚的连接状况，下面对主要引脚的配置和ＣＰＵ之间的连接作简要的介绍：ＢＡＣＫＵＰ：为模块内的ＲＴＣ供电；ＲＸＤ、ＴＸＤ：分别连接到Ｓ３Ｃ２４１０Ａ上ＴＸＤ０、ＲＸＤ０引脚；请求发送ＲＴＳ、清除发送ＣＴＳ．连接到￥３Ｃ２４１０Ａ上ＮＲＴＳ０、ＮＣＴＳ０引脚： ＤＣＤ：连接到￥３Ｃ２４１０Ａ上ＧＰＣ８引脚，可配置为输出高低电平以完成ＣＰＵ和模块之间的通信；ＮＥＴＬＩＧＨＴ：ＧＳＭ工作指示灯；ＧＰ０１：ＧＰＲＳ中断引脚，连接到￥３Ｃ２４１０Ａ上ＥＩＮＴ３引脚；响铃信号ＲＩ：连接到Ｓ３Ｃ２４１０Ａ上ＧＰＣ８引脚； ＳＩＭＤＡＴＡ、ＳＩＭ时钟ＳＩＭＣＬＫ、Ｓ１Ｍ复位ＳＩＭＲＳＴ：Ｓ］Ｍ卡接口引脚。武汉理工大学硕士学位论文３．５ＷＩＦＩ接口电路设计ＷＩＦＩ模块是采用海华公司的ＡＷ．ＧＨ３２１作为主芯片。ＡＷ．ＧＨ３２１采用Ｍａｒｖｅｌｌ公司８８Ｗ８６８６内核，支持ＩＥＥＥ８０２．１ｌｂ／ｇ ＷＬＡＮ协议，提供ＳＤＩＯ／Ｇ．ＳＰＩ两种接口方式，支持多种省电模式，具有设计简单、开发周期短、低功耗等特点，可广泛应用于手机、数码相机、ＰＤＡ和手持游戏设备等需要少管脚、低功 耗、多接口和操作系统支持领域【２２１。ＷＩＦＩ模块的硬件连接如图３．４所示：ＵＪＺ、 ７２１ｃ１１１８酬叫ｆ：ａ。。ＩｐＦ毒 ０± ＩＧ一Ｕ１）ｏｇ＆９３ｊ手 Ｈ’３Ｖ ｌ。ＲＦ擅ｌＮ幻Ｕｒ３Ｖ ＰＡＡＮＴ ＳＥＬ ｐ ＡＮＴ ＳＥＬ Ｎ ｐＤ’，ＲＥＳＥ了ｏ ＧＰｌ０２ＴＤＩ ＴＣＫＶｌｏ Ｘ２ Ｖ１０ Ｘ１ ｊ礁一 ＶＤＤｌ８ Ｘ３ 二垃一ＶＤＤｌ８Ａ １．２ ４１ｊ艮敛９Ｉ――≯ＥＸＴ守ｊ｝１．２Ｖ ＲＥＧ ＳＥＬ ｊ１２一 ｏＳＣ ＳＥＬＥＣＴＯ ｊ１２＿ 二值Ｌ ＮＧｌ ２３ＮＣ３ＴＲＳＴＮ ＴＭＳ ＡＲＭＴ．。．．ＷＬＡＮ－ⅣＡＣ ＷＡＫＥＳＬＥＥＰ ＣＬＫＮＣＯｌＩＣＬＫⅥＩ巯Ｋ专。Ｋ蔷Ｋ专。Ｋ凳 ｆ２７ ２９．ＥＣｓＮｊｌＬ～Ｃ２ＮＣ 二幔＿－４４ ４３Ｉ一＿ＳＤＩ贷Ｉ Ｃ雪 ≮≮ｉ一霜ｒ＜（２６ １３’ｌ一吱ｎｎ“ 一…．，／２５’ＳＤ ＣＬＫ，ＳｐＩ ＣＬＫ―０ＳＴ ＩＦ ＳＥＬＯ ＳＤ ＣＭＤＩＳｐＩ ＳＤ｝ＨＯＳＴ ｌＦ ＳＥＬｌ ＳＤ ＤＡＴａＳｐｌＳＣＳ― ＳＤ ＤＡＴＩｌＳＰＩ ＳＤｏ－ ＢＴ ＳＴＡＴＥ ＳＤ ＤＡＴ２，ＳｐＩ ＳＩＮＴ―Ｅ｝Ｔ ＰＲ｝ＯＲＩＴｙ ＳＤ．．０ＡＴ３Ⅵ九ＡＮ ＡＣＴＩｖＥ ＧＮＤ｛ＧＮ０２ ＧＮ０３ ＧＮＤ４ ＳＣＬＫ互［鼻１１；】鑫】生＇ ３■Ｌ＜３生】】 ４６ ４７ ４８ ４９． ．＞ｌ∞ｌ；｛：．４ １２ ２４ＬＥＤ ｏＵ下 Ｇ～Ｄ７ＧＮＤ８：：络ＧＮＤ５ ＧＮＤ６ＧＮＤ９ ＧｌＮＤｌ０＼７Ｘ７图３－４ＷＩＦＩ硬件接口连接图芯片引脚３Ｖ二ＩＯ、３Ｖ＿ＰＡ、ＶＩＯ―Ｘ２、ＶＩＯ―Ｘ１接３．３Ｖ电压，作为芯片运 行和数字ｌ／ｏ口电源；引脚ＶＤＤｌ８一Ｘ３和ＶＤＤｌ８Ａ接１．８Ｖ电压，作为模拟Ｉ／ｏ １：３电源，ＥＸＴ―ＲＥＦ―ＣＫＫ外接２６ＭＨＺ时钟，ＳＬＥＥＰ―ＣＬＫ采用３２．７６８ＫＨＺ。 ＳＰＩ―ＣＬＫ，ＳＰＩ―ＳＤＩ，ＳＰＩＳＣＳ，ＳＰＩ―ＳＤＯ为ＳＰＩ接口连接引脚，ＳＶＬＳｎ、ｒｒ中断引脚，接到￥３Ｃ２４１０Ａ的ＥＸＩＮＴ２上。武汉理工大学硕士学位论文３．６气敏传感器接口电路设计本系统采用ＭＱ．２进行敏感气体的密度采集。ＭＱ．２传感器主要电导率较低 的半导体气敏材料二氧化锡（Ｓｎ０２），利用与其气体接触时使半导体的导电率等 物理性质发生变化来检测待测气体的成分和浓度，具有灵敏度高、响应时间和 恢复时间快、使用寿命长等优点。ＭＱ．２Ａ传感器硬件连接如图３．５所示：Ｖ（℃５０ＧＮＤ图３－５ ＭＱ．２硬件接口连接图本系统中，即是通过Ａ／Ｄ转换器实现对于传感器输出电压的采集。￥３Ｃ２４１０Ａ内部集成了采用近似比较算法（计数式）的８路１０位ＡＤＣ，集成零比较器，内部产生比较时钟信号；支持软件使能休眠模式，测量模拟输入电压 范围为００．３Ｖ；最大转换速率可达５００ＫＳＰＳ。当ＰＣＬＫ为５０ＭＨＺ，预分频值为４９时，Ａ，Ｄ转换频率为：５０ ＭＨｚ／（４９＋１） ＝１ＭＨｚ，转换时间为１／（１Ｍ／５ ｃｙｃｌｅｓ）＝５ｕｓ。 当ＭＱ．２监测到敏感气体时，２和５之间的电阻值迅速下降。这样５脚处的 电势升高，ＡＤ接线端监测到电压的变化。ＡＤ接到Ｓ３Ｃ２４１０ＡＡＤＣ通道１上。３．７本章小结本章介绍了系统硬件平台的设计，进行芯片的选择以及几个主要模块的接口电路设计等。武汉理工大学硕士学位论文第４章４．１系统软件的设计与实现智能家居系统软件设计在本课题的软件设计中，系统采用嵌入式Ｌｉｎｕｘ２．６操作系统。Ｌｉｎｕｘ操作系统具有硬件和文档支持丰富、源码开放、内核稳定及网络功能丰富等特点， 成为嵌入式操作系统的理想选择。 基于Ｌｉｎｕｘ的智能家居系统的基本软件平台开发过程主要包括：引导程序 的移植、Ｌｉｎｕｘ内核的修改、配置和移植、文件系统的选择及图形界面ＧＵＩ的移 植、驱动程序的设计等。在完成嵌入式软件基本平台的搭建后，需要进行Ｂｏａ 的移植，以支持Ｗｅｂ访问。最后，还需要根据目标应用的不同，编写应用程序实现特定的功能。本文将按照这样的一个顺序依次进行介绍，其中，嵌入式Ｂｏａ服务器的移植工作目前已经很成熟，在本文中不做详细介绍。在本系统中，引导程序使用Ｕ．Ｂｏｏｔ，Ｌｉｎｕｘ内核采用Ｌｉｎｕｘ２．６．１４版本，根文件系统采用Ｙａｆｆｓ，嵌入式图形界面ＧＵＩ采用ＱＴ／Ｅｍｂｅｄｅｄ。智能家居系统的 软件架构如图４－１所示： ｊ逦ｊ｜ｊ稃｝≯慧义“：系统 ９Ｔ隧彤器嬲｛｝＜＞ ≤多、ｒ吖一Ｌｉｎｕｘ内援ｈ．设备 琢劝么１ ｋ彳Ｐｒ、，ｊｌ鼍珂序ｌ‘＞ 之，＜乡 艇仆搜貉气． ７图４－１智能家居系统软件系统架构武汉理工大学硕士学位论文４．２手持智能家居系统控制器软件平台搭建引导程序移植４．２．１作为系统加电后运行的第一段软件代码，引导加载程序即Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ，完成初始化硬件设备、建立内存空间映射图等工作，将系统的软硬件环境创造合 适的状态，为最终调用操作系统内核准备好正确的环境【２３１。在嵌入式系统中，Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ是严重依赖于硬件而实现的。不同的处理器架构，不同的嵌入式系 统板级设备的配置都需要不同的Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ［２４１。常见的Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ有：ｖｉｖｉ， Ｕ．Ｂｏｏｔ，ＲｅｄＢｏｏｔ，ＡＲＭＢｏｏｔ，Ｂｌｏｂ等。在本系统中采用Ｕ．Ｂｏｏｔ。Ｕ．Ｂｏｏｔ是目前功能最多、灵活性最强并且开发最积极的开源Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ，支持ＰｏｗｅｒＰＣ、ＡＲＭ、ＭＩＰＳ、Ｘ８６等体系结构，支持多种嵌入式操作系统内核， 由ＤＥＮＸ的Ｗｏｌｆｇａｎｇ Ｄｅｎｋ维护。移植Ｕ．Ｂｏｏｔ工作就是添加开发板硬件相关 的文件、配置选项，然后配置编译。开始移植之前，需要先比较出硬件配置最接近的开发板，原则是，首先处理器相同，其次处理器体系结构相同，然后是以太网接口等外围接口［２４１。 本系统的开发板名为ＳｍａｒｔＨｏｍｅ２４１０，移植Ｕ．Ｂｏｏｔ的基本步骤如下：（１）获取Ｕ．Ｂｏｏｔ源码Ｕ．Ｂｏｏｔ的下载地址为：ｆｌｐ：／／ｆｌｐ．ｄｅｎｘ．ｄｅ／ｐｕｂ／ｕ．ｂｏｏｔ／。在本系统开发的时候， 最新的稳定版本为Ｕ．ｂｏｏｔ．１．３．１。（２）在Ｕ．Ｂｏｏｔ中建立自己的开发板类型。修改Ｕ―Ｂｏｏｔ目录下的Ｍａｋｅｆｉｌｅ，为ＳｍａｒｔＨｏｍｅ２４１０建立编译项（建议从ｓｂｃ２４１０＿ｃｏｎｆｉｇ复制后做相应的修改）。＠￥（ＭＫＣＯＮＦＩＧ）￥（＠：＿ｃｏｎｆｉｇ＝）ａｒｍａｒｍ９２０ｔ ＳｍａｒｔＨｏｍｅ２４１０ Ｅｍｂｅｓｔ ｓ３ｃ２４ｘＯ（３）建立自己的开发板ＳｍａｒｔＨｏｍｅ２４１０目录在／ｂｏａｒｄ子目录中的Ｅｍｂｅｓｔ目录下建立开发板ＳｍａｒｔＨｏｍｅ２４１０目录，并包含几个特定的文件一一Ｍａｋｅｆｉｌ“ＳｍａｒｔＨｏｍｅ２４１０．ｃ、ｆｌａｓｈ．ｃ、ｃｏｎｆｉｇ．ｍｋ、ｌｏｗｌｅｖｅｌ―ｉｎｉｔ．Ｓ和ｕ―ｂｏｏｔ．１ｄｓ，建议复制ｓｂｃ２４１０ｘ目录下面的文件，进行修改。（４）在ｉｎｃｌｕｄｅ／ｃｏｎｆｉｇｓ／中建立配置头文件，针对要进行移植的目标板进行（５）添加驱动和功能选项武汉理工大学硕士学位论文添加ＤＭ９０００ＡＥＰ网卡支持。ｓｂｃ２４１０ｘ开发板支持的是ｃｓ８９００，而本系统 使用的是ＤＭ９０００ＡＥＰ网卡芯片，所以需要对Ｕ．ｂｏｏｔ的代码做一些适当的修改。主要涉及到的文件有：ｉｎｃｌｕｄｅ／ｃｏｎｆｉｇｓ／ＳｍａｒｔＨｏｍｅ２４１０．ｈ、ｌｉｂ ａｒｍ／ｂｏａｒｄ．ｃ和ｄｄｖｅｒｓ、Ｉｌｅｔ＼ｄｍ９０００ｘ．ｃｏ其中，在ｉｎｃｌｕｄｅ／ｃｏｎｆｉｇｓ／ＳｍａｒｔＨｏｍｅ２４１０．ｈ文件中主要添 加同网卡相关的宏定义，如ＣＯＮＦＩＧ ＤＭ９０００ 和 ＤＭ９０００ ＤＡＴＡ ＥＳＡＢ＿个两这宏就是用来表示ＤＭ９０００的Ｉ／ｏ地址和ｄａｔａ地址，在本系统中分别为０）【２０００００００ 和０）【２０００２０００；在ｌｉｂ ａｒｍ／ｂｏａｒｄ．ｃ中添加网卡芯片的初始化函数ｅｔｈｉｎｉｔ（ｇｄ．＞ｂｄ）；ｄｒｉｖｅｒｓｋｎｅｔ＼ｄｍ９０００ｘ．Ｃ为ＤＭ９０００ＡＥＰ的驱动程序，在文件在 Ｕ．ｂｏｏｔｌ．３．１中已经提供。添加ｌｅｄ驱动支持。在／ｂｏａｒｄ／Ｅｍｂｅｓｔ／ＳｍａｒｔＨｏｍｅ２４１０／目录下建立文件ｌｅｄ．Ｃ。在ｌｅｄ．ｃ主要完成初始化ｌｅｄ设备、参数配置、打点以及清屏等工作。Ｌｅｄ芯片 的驱动，可以在无操作系统的情况进行开发，这样可以加快开发的速度。同时， 需要在／ｌｉｂ ａｒｍ／ｂｏａｒｄ．Ｃ中添加ｌｅｄ设备初始化入口函数ｃｏｌｏｒ ｌｅｄ ｉｎｉｔ（），在 Ｕ．Ｂｏｏｔ的启动阶段完成ｌｅｄ设备的初始化。 （６）Ｕ．Ｂｏｏｔ编译及下载 编译文件，生成Ｕ．ｂｏｏｔ．ｂｉｎ，用Ｅｍｂｅｓｔ ＰｏｗｅｒｌＣＥ将该文件固化到ＮａｎｄＦｌａｓｈ 地址０ｘ０位置。重新启动开发板，如果出现以下信息，则表示移植成功：４．２．２嵌入式Ｌ ｉ ｎｕｘ内核移植Ｌｉｎｕｘ具有功能强大、高性能、稳定性好以及源码开放等优势，使其成为一 种流行的嵌入式操作系统。同时，Ｌｉｎｕｘ内核具有可裁剪性，用户可根据特定的系统需求对内核进行配置或裁剪，恰恰满足了嵌入式应用的差异性需求【２５】【２６１。 下面介绍内核移植具体过程【２７】： （１）下载内核源码 地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｅｒｎｅｌ．ｏｒｇ／ｐｕｂ／ｌｉｎｕｘ／ｋｅｍｅｌ／ｖ２．６／ｌｉｎｕｘ?２．６．１４．ｔａｒ．ｂｚ２。（２）修改根目录下的ｍａｋｆｉｌｅ文件，指明交叉编译器和目标代码类型：武汉理工大学硕士学位论文（３）拷贝默认配置文件，测试参考代码的正确性（４）修改与ＮａｎｄＦｌａｓｈ相关内核代码Ｌｉｎｕｘ２．６中已经支持ＮａｎｄＦｌａｓｈ，但由于不同开发板的ＮａｎｄＦｌａｓｈ容量和分 区信息不同，在内核修改的时候加上对ＮａｎｄＦｌａｓｈ容量和分区的支持。 修改ａｒｃｈ＼ａｒｍ＼ｒｎａｃｈ．ｓ３ｃ２４１０＼ｄｅｖｓ．ｃ文件。添加支持头文件：ｌｉｎｕｘ／ｍｔｄ／ｈａｎｄ．ｈ、 ｌｉｎｕｘ／ｍｔｄ／ｐａｒｔｉｔｉｏｎｓ．ｈ、ａｓｍ／ａｒｃｈ／ｎａｎｄ．ｈ。添加ＮａｎｄＦｌａｓｈ分区信息，完善ｐａｒｔｉｔｉｏｎ结构体。代表分区名字，代表该分区起始位置（相对 据系统要求，这里把６４Ｍ的于Ｏｘ＿的．ｉｎ偏ｆｏ移［］），大区分ｅ表ｍａｎ代 Ｏａｓ根ｆｆｏ。）节字（小 ｓｉｚｅ加入Ｎａｎｄｆｌａｓｈ分区及芯片支持，ｓ３ｃ２４１０一ｈａｎｄ～ｓｅｔ定义在ｎａｎｄ．ｈ中。武汉理工大学硕士学位论文为了使内核启动时能够初始化ＮａｎｄＦｌａｓｈ，需要在ａｒｃｈ＼ａｒｍ、ｌｎａｃｈ．ｓ３ｃ２４１０＼（５）配置内核配置内核选项是删除Ｌｉｎｕｘ系统中与目标系统无关的设备驱动程序和一些不必要的操作系统功能，并添加一些系统未支持的外部设备驱动或功能配剖２４１。由于之前采用了系统的默认配置，大部分的选项是不需要进行修改的。需 要根据目标系统进行配置的包括：关闭ＤＭＡ控制器，关闭本系统无关的外设驱 动，ＵＡＲＴ的配置，无线网络协议配置等。和驱动程序相关的一些内核配置将在具体的驱动程序设计中进行详细的说 明，这里只说明支持Ｙａ凰文件系统的内核配置选项：Ｍｅｍｏｒｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏ毋矿Ｄｅ、‘ｉｃｅｓ（．ＸｆｒＤ）一＞ ＜毒＞Ｍｅｍｏｒ），Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ??―－Ｕｓｅｒ ＤｅｖｉｃｅＱ皿）ｓｕｐｐｏｒｔＬａｙｅｒｓ―ＭＩＤ ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ《幸＞Ｄｉｒｅｃｔ ｃｈａｒ ｄｅｘｉｃｅａｃｃｅｓｓｓｕｐｐｏｒｔＭｏｄｕｌｅｓ Ａｎｄ ＴｒａｎｓｉａｔｉｏｎｔＯ、仃Ｄ ｄｃｘｉｃｅｓ３１武汉理工大学硕七学位论文＜岭Ｃａｃｈｉｎｇ＜幸＞ＮＡＮＤｂｌｏｃｋ ｄｅ，ｉｃｅａｃｃｅｓｓｔｏ姗ｄｅ’ｉｃｅｓＳｏＣＮＡＮＤ Ｆｌａｓｈ Ｄｅｖｉｃｅ ＤｆｉｖｅｆＳ―．＞Ｄ！嘶ｃｅＳｕｐｐｏｒｔ＜幸＞ＮＡＮＤ Ｆｌａｓｈｓｕｐｐｏｒｔ缸Ｓ３Ｃ２４１０ｒ】Ｓ３Ｃ２４１０ＮｈａＮＤ ｄｒｉｖｅｒ ｄｅｂｕｇＦｉｌｅ ｓｙｓｔｅｍｓ一?＞Ｍｉｓｃｅｌｌａｎｅｏｕｓｆｉｉｅｓｙｓｔｅｍｓ――＞ ｓｙｓｔｅｍ ｒａｐｐｏｒｔ舻＞ＹｅｔＡｎｏｔｈｅｒ Ｆｌａｓｈ Ｆｉｌｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ（ＹＡＦＦＳ）ｆｉｌｅｆ１ＮＡＮＤ ｍｔｄ ｓｕｐｐｏｒｔｎＵｓｅ ＥＣＣ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒｉｃ Ｍ＇ＩＤ－ＮＡＮＤ＆ｉ－ｒｅｒ【鼍Ｕｓｅ Ｌｉｎｕｘ ｆｉｌｅ ｃａｃｈｉｎｇ冯般 明Ｔｕｒｎ ｏｆｆ ｄｅｂｕｇ ｃｈｕｎｋ毂泼ｃｈｅｃｋ 瞪Ｃａｃｈｅ ｓｈｏｒｔｎａｍｅ￥ｉｎ ＲＡＭ（６）（７）编译内核，在＼ｌｉｎｕｘ一２．６．１４恼ｃｈ＼ａｍｌ＼ｂ００ｔ下面生成ｚｌｍａｇｅ目标文件。生成ｕｌｍａｇｅ并固化。利用ｍｋｉｍａｇｅ工具，将ｚｌｍａｇｅ转换为ｕｌｍａｇｅ。ｎｏｎｅ－ａ￥．／ｍｌｄｍａｇｅ－Ａ ａｒｍ－Ｏ ｌｉｎｕｘ－Ｔ ｋｅｒｎｅｌ－Ｃｌｉｎｕｘ?２．６．１４．１＿ａｓ９０００－ｄ ｚｌｍａｇｅ ｕｌｍａｇｅ３００８００００?ｅ ３００８００００－ｎ利用Ｕ－Ｂｏｏｔ，将生成的ｕｌｍａｇｅ下载到０ｘ０００３００００，注意要同ＮａｎｄＦｌａｓｈ 分区表中ｋｅｒｎｅｌ分区的偏移地址一致。上电运行成功即可出现以下的打印信息：出现错误提示是因为Ｌｉｎｕｘ内核没有找到根文件系统。嵌入式文件系统的构建将在４．２．３小节中做详细介绍。４．２．３嵌入式文件系统及嵌入式Ｇ…移植嵌入式系统一般采用专门设计的存储装置，如Ｈａｓｈ闪存芯片、小型闪存卡等，因此嵌入式文件系统必须具有掉电安全、平均使用和高效垃圾回收等特殊要求团ｉ。基于这些要求，产生了很多专门为Ｈａｓｈ设备而设计的文件系统，常见的有：Ｒｏｍｆｓ、Ｃｒａｍｆｓ、Ｒａｍｆｓ，ＪＦＦＳ２和Ｙａ凰。 本系统采用的文件系统为Ｙａ凰。Ｙａ仃ｓ是专门为ＮａｎｄＦｌａｓｈ设计的嵌入式文件系统，适用于大容量的存储设备ｌ冽。下面介绍Ｙａｆｆｓ文件系统的移植过程：３２武汉理工大学硕士学位论文（１）生成Ｙａｆｆｓ文件系统制作工具ｍｋｙａｆｆｓｉｍａｇｅ Ｙａｆｆｓ源码的下载网址为：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｙａｆｆｓ．ｎｅｔ／，解压后在ｕｔｉｌｓ目录下包含了ｍｋｙａｆｆｓｉｍａｇｅ的代码，修改Ｍａｋｅｆｉｌｅ中的内核路径，编译生成ｍｋｙａｆｆｓｉｍａｇｅ。 （２）制作根文件系统１１编译ｂｕｓｙｂｏｘ本系统选择ｂｕｓｙｂｏｘ－１．１０．１＋锄．１ｉｎｕｘ．ｇｃｃ３．４．１方式编译ｂｕｓｙｂｏｘ。在配置ｂｕｓｙｂｏｘ时候，需要根据自身系统的需要选择Ｌｉｎｕｘ基本命令，本系统选择的命令有：ｉｎｓｍｏｄ、ｒｍｍｏｄ、Ｉｓ、ｃｐ、ｍｋｄｉｒ、ｖｉ、娜等。执行命令ｍａｋｅ、ｍａｋｅｉｎｓｔａｌｌ后，在ｂｕｓｙｂｏｘ目录下生成ｉｎｓｔａｌｌ目录。将＿ｉｎｓｔａｌｌ中内容复制至ｌＪ／ｈｏｍｅ／ｅｍｂｅｓｔ／ｙａｆｆｓ（根文件系统路径）目录下，作为根文件系统内容。 ２）创建项层目录。在／ｈｏｍｅ／ｅｍｂｅｓｔ／ｙａｆｆｓ中创建其他文件夹，并拷贝拷贝ｉｎｉｔｔａｂ文件到ｅｔｃ目录下。￥ｃｄ／ｈｏｍｅ／ｅｍｂｅｓｔ／ｙａｒｔｓ ￥ｍｋｄｉｒ ｄｅｖ ｅｔｅ ｈｏｍｅ ｍｎｔ ｐｒｏｃ ｒｏｏｔ ｓｙｓ ｔｍｐ ｖａｒ ￥ｍｋｄｉｒ ｅｔｃ／ｉｎｉｔ．ｄ ￥ｃｐ．．／ｂｕｓｙｂｏｘ?１．１０．１／ｅｘａｍｐｌｅｓ／ｉｎｉｔｔａｂ ｅｔｃ／３）创建ｆｓｔａｂ文件并保存内容；￥ｅｃｈｏ”群＜ｆｉｌｅ ｓｙｓｔｅｍ＞＜ｍｏｕｎｔ ｐｔ＞＜ｔｙｐｅ＞＜ｏｐｔｉｏｎｓ＞＜ｄｕｍｐ＞＜ｐａｓｓ＞ ｎｏｎｅ｜ｐｒｏｃｎｏｎｅｐｒｏｃ ｄｅｖｐｔｓｄｅｆａｕｌｔｓ０ ０ ００／ｄｅｖ／ｐｔｓ ／ｄｅｖ／ｓｈｍｍｏｄｅ＝０６２２ｄｅｆａｕｌｔｓ００ｔｍｐｆｓ ”＞ｅｔｄｆｓｔａｂｔｍｐｆｓ武汉理工大学硕士学位论文５．）创建设备节点，并添加库文件及其他程序在／ｈｏｍｅ／ｅｍｂｅｓｔ］ｙａｆｆｓ／ｄｅｖ下建立设备节点：Ｃｏｎｓｏｌｅ、ｍｔｄＯ、ｍｔｄｌ、ｍｔｄ２、ｍｔｄ３、ｍｔｄ４、ｎｕｌｌ、ｔｔｙＳＡＣＯ。把／ｕｓｒ／ｌｏｃａｌ／ａｒｍ／３．４．１／ａｒｍ．１ｉｎｕｘ／ｌｉｂ下面的３个库文件和一个加载器拷贝至１］／ｆｉｌｅｓｙｓｔｅｍ ｉｎｓｔａｌｌ／ｌｉｂ下：ｌｄ．２．３．２．ＳＯ、ｌｉｂｃ．ＳＯ．６ｌｉｂｃｒｙｐｔ．ＳＯ．１、ｌｉｂｍ．ＳＯ．６、ｌｄ－ｌｉｎｕｘ．ＳＯ．２。６）执行命令：ｍｋｙａｆｆｓｉｍａｇｅ ｙａｆｆｓ．ｂｉｎ固化到０ｘ００４０００００。ｙａｆｆｓｙａｆｆｓ．ｂｉｎ。用Ｕ―Ｂｏｏｔ的下载功能将在完成了Ｙａｆｆｓ文件系统的基础上面，这里还需要搭建嵌入式ＧＵＩ图形界面。常见的嵌入式ＧＵＩ有ＱＴ／Ｅｍｂｅｄｄｅｄ、ＭｉｎｉＧＵＩ、Ｍｉｃｒｏｗｉｎｄｏｗｓ、ＴｉｎｙＸ等，在本课题中，选用Ｑ班ｍｂｅｄｄｅｄ。Ｑｔ／Ｅｍｂｅｄｄｅｄ是一个为嵌入式