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随着网络技术和信息家电的飞速发展,越来越多的家庭要求建立家庭网络。家庭网关是整个家庭网络的核心,它主要实现Internet接入、远程控制,以及连接家庭内部异构子网的功能。基于PC机方案的家庭网关不仅成本较高,而且要求计算机一直处于开机并可进行通信的状态,还不能在计算机上运行干扰通信任务的软件和硬件。所以,为适应普通用户,家庭网关应设计为基于廉价的非PC机设备。但是,若采用8位、16位单片机,由于速度慢且资源有限,实现TCP/IP协议比较困难,所以也不太理想。
因此本文以ARM核的32位嵌入式微处理器作为硬件平台,结合无线通信技术,通过移植嵌入式操作系统uf06dClinux,并在其上开发相应的驱动程序、应用程序和嵌入式Web服务器,实现了一个方便、实用的家庭网关。
系统的硬件设计
系统结构及工作原理
家庭网关的系统结构如图1所示,它以三星公司的32位RISC处理器S3C44B0X为核心,通过外扩存储器(Flash / SDRAM)、蓝牙模块、液晶显示屏、小键盘、以太网接口模块、电话语音控制模块和红外收发模块等来构建硬件平台,并可实现多种控制方式。
图1 家庭网关系统结构图
1) 在本地用键盘及显示器进行控制：系统设有16按键和一块128×32点阵的液晶显示器,便于用户在本地进行状态的设置和查询,如数据查询、电器控制等。
2) 在本地的红外遥控：通过具有自学习功能的红外遥控模块,能实现室内家电的红外遥控。
3) 远程的电话语音控制：这是一种基于公共电话交换网(PSTN)的电话远程控制,用于电话的指令控制,如远程控制家电、电话报警等。
4) 基于Internet的远程控制：采用浏览器端/服务器端结构(B/S结构),用户可直接用Windows自带的IE浏览器作为客户端程序,以达到随时随地进行远程控制的目的。
无线通信技术是实现家庭网络最理想的技术,它可以省去在家庭内部重新布线的麻烦。在本家庭网关的设计中,采用蓝牙模块作为无线通信模块与底层的各功能模块相互通讯。
硬件电路组成
本系统的硬件设计主要包括以S3C44B0X嵌入式微处理器为核心所搭建的基本硬件平台,以及蓝牙通信、电话语音控制和红外遥控等模块的硬件设计。
以S3C44B0X为核心的基本硬件平台基本系统的硬件框图如图2所示,各部分
图2 家庭网关基本硬件平台框图
ARM微处理器S3C44B0X：S3C44B0X是三星公司生产的ARM7内核的SoC,通过在ARM7TDMI内容基础上扩展一系列完整的通用外围器件,令其很适合手持式设备和普通嵌入式的应用。
Flash存储器接口电路：Flash芯片用来存储家庭网关中的嵌入式操作系统、家庭网络服务器、CGI网关应用程序以及支持各种服务所需的文件系统。在系统中采用一片HY29LV160构建16位的Flash存储器系统,其存储容量为2MB。系统上电或复位后从此获取指令并开始执行,因此将Flash存储器配置到ROM/SRAM/FLASH Bank0。
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