【正文】 供的交叉編譯器，這樣可靠性會(huì)比較高。編譯過(guò)程由交叉編譯器實(shí)現(xiàn)。 圖 aircard750 24 4 網(wǎng)關(guān) Linux 平臺(tái) 的建立 在完成 網(wǎng)關(guān) 系 硬件平臺(tái)的搭建后， 要讓網(wǎng)關(guān)正常運(yùn)行 必須完成 開(kāi)發(fā)環(huán)境的建立、系統(tǒng)的引導(dǎo)和 Linux 操作系統(tǒng)在 ARM 平臺(tái)上的移植工作。開(kāi)發(fā)使用時(shí)，直接 連接 S3C2410 開(kāi)發(fā)板的 PCMCIA 槽 。上、下行速率最高可達(dá)到 ，同步支持 GPRS 數(shù)據(jù)、短信息和語(yǔ)音功能 。匯聚節(jié) 點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)的接 口如圖 所示。 圖 JTAG 接口電路 電源模塊 網(wǎng)關(guān)內(nèi)部需要 5V， 和 三種電壓，外部供電電源為交流 220V，通過(guò)變壓器和整流橋轉(zhuǎn)換為直流后經(jīng)過(guò) 7805 芯片產(chǎn)生 5V的直流，再分別經(jīng)過(guò) 和 產(chǎn)生 和 的直流，作為基站的電源系統(tǒng)。 圖 PCMCIA 接口電路 圖 USB 接口電路 21 串口電路 S3C2410X 內(nèi)部集 成有三路串口，串口 1 通常在系統(tǒng)調(diào)試的時(shí)候會(huì)用到，串口 2和串口 3 可以連接各種串口設(shè)備， 將 的串口信號(hào)通過(guò) MAX3232 串口電平轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)備 RS232 電平即可，如圖 所示。 茶園旱情監(jiān)測(cè) WSNs 網(wǎng)關(guān) 通過(guò)該接口 ，直接連 GRRS 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡遠(yuǎn)程接入數(shù)據(jù)中心。將 CS8900 的內(nèi)存映射到 S3C2410X 的 Bank3，用 LnGCS3選通 CS8900。 網(wǎng)關(guān)遠(yuǎn)程接入接口 以太網(wǎng)接口電路 以太網(wǎng)接口電路采用 CS8900 網(wǎng) 口芯片和內(nèi)部集成網(wǎng)絡(luò)變壓器的 RJ45 太網(wǎng)接口構(gòu)成兩部分構(gòu)成。圖 所示為 1 片 HY57V561620T 的電路圖，另外一片 HY57V561620T和此片采用地址總線(xiàn)復(fù)用的方式，而將數(shù)據(jù)總線(xiàn)擴(kuò)展為 32 位。如圖 所示： S3C2410X 通過(guò) nGCS[7:0]8 個(gè)通用片選信號(hào)來(lái)分別選擇這 8 個(gè) Bank。 S3C2410X 將前面 1G 的尋址空間 0x00000000 －0x40000000 分 8 個(gè) BANK，每個(gè) BANK 的尋址空間為 128M。 系統(tǒng) CPU 部分 該開(kāi)發(fā)套件采用 三星公司的 S3C2410X 作系統(tǒng) CPU， 是一款基于 ARM920T 內(nèi)核的 16/32 位 RISC 嵌入式處理器，內(nèi)部有內(nèi)存管理單元 MMU（ Memory Manager Unit），AMBA（ Advanced Microcontroller Bus Architecture）總線(xiàn)，獨(dú)立的 16KB 指令和 16KB數(shù)據(jù)緩存的哈佛緩存結(jié)構(gòu)。 網(wǎng)關(guān)系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)方案 根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程，和前面對(duì) WSNs 茶園旱情監(jiān)測(cè)網(wǎng)關(guān) 功能的需求分析，在選擇了合適的中央處理器、嵌入式操作系統(tǒng)后，可以得出網(wǎng)關(guān) 的具體設(shè)計(jì)方案，圖 是詳細(xì)的軟、硬件框圖。 Linux 對(duì)網(wǎng)絡(luò)中最常用 TCP/IP 協(xié)議有著最完備的支持 ； 在多任務(wù)、多用戶(hù)下表現(xiàn)出高效性、安全性和穩(wěn)定性 ； 目前，大量的硬件廠(chǎng)商開(kāi)始提供驅(qū)動(dòng) ； Linux 下的任何軟件都是免費(fèi)的。這使 Linux 在短期內(nèi)就成為了一個(gè)穩(wěn)定成熟的操作系統(tǒng)，在 x86， Alpha， Sparc， ARM 等硬件平臺(tái)上運(yùn)行穩(wěn)定高效。 可管理多達(dá) 63 個(gè)應(yīng)用任務(wù)，并可以提供 如下服務(wù) ： 信號(hào)量、互斥信號(hào)量、事件標(biāo)識(shí)、消息郵箱、消息隊(duì)列、任務(wù)管理、固定大小內(nèi)存塊管理、時(shí)間管理。 2） Vxworks Vxworks 是目前嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中使用最廣泛，市場(chǎng)占有率最高的系統(tǒng)。主要有： VxWorks， Linux， WinCE， ?C/OSII 等。綜合以上幾點(diǎn)， 本 論文 選擇了 三星 公司的 基 于 ARM9核的S3C2410X作為中央處理器 。不同芯片對(duì)時(shí)鐘的處理不同，有的芯片只需要一個(gè)主時(shí)鐘頻率，有的芯片內(nèi)部時(shí)鐘控制器可以分別為 ARM核和 USB、 UART、 DSP、音頻等功能部件提供不同頻率的時(shí)鐘。 ARM處理器選擇主要從以下幾方面來(lái)考慮 (孫天澤， 20xx)： 1)ARM微處理器內(nèi)核的結(jié)構(gòu) ARM微處理器包含一系列的內(nèi)核結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同的應(yīng)用領(lǐng) 域，用戶(hù)如果希望使用 WinCE或標(biāo)準(zhǔn) Linux等操作系統(tǒng)以減少軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間，就需要選擇 ARM720T以上帶 有 MMU(Memory Management Unit)功能的 ARM芯片， 如 ARM720T、 ARM920T、ARM922T、 ARM946T、 StrongARM等 。 4)數(shù)據(jù)處理能力 在實(shí)際工作中，每個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)管理的節(jié)點(diǎn)可能會(huì)達(dá)到上百個(gè)，因此可能會(huì)出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)大量的環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，而這些數(shù)據(jù)可能需要通過(guò)數(shù)據(jù)融合等處理后傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，因此要求網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn) 處理器有較高的處理速度， 以及 能夠存儲(chǔ)大 量的數(shù)據(jù)， 來(lái)滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性要求。在其他情況下，應(yīng)該盡量使 WSNs 網(wǎng)關(guān) 處于睡眠或空閑狀態(tài)，以節(jié)約能量。不 論是單條栽，還是雙條栽，每叢通常種植 3 株茶樹(shù)。 相對(duì)高度一般不超過(guò) 200m，高低起伏，坡度較緩 。為了將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)交ミB網(wǎng)或 WWW 上，網(wǎng)關(guān) 還配備有 遠(yuǎn)程通信單元 ，用戶(hù)可以通過(guò)普通 PC 或 GPRS 手機(jī)終端來(lái)觀(guān)測(cè)傳感器收集到的數(shù)據(jù)，即圖 簇外連接部分。 WSNs 網(wǎng)關(guān) 的硬件部分主要由中央處理器、存儲(chǔ)模塊、簇內(nèi)連接(射頻收發(fā) )模塊、簇外連接 (通信 )模塊和電源模塊五部分組成。 網(wǎng)關(guān)功能 分析 從 WSNs 體系結(jié)構(gòu)圖 中可以看出， 傳感器節(jié)點(diǎn)采集感知區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理后發(fā)送至匯聚節(jié)點(diǎn) ； 網(wǎng)關(guān)利用串行方式讀取數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換成用戶(hù)可知的信息，如傳感器節(jié)點(diǎn)部署區(qū)域內(nèi)的溫度、濕度、光強(qiáng)等 ； 接著進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，傳輸方式包括以太網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)，最終到達(dá)遠(yuǎn)程終端。 6)嵌入式系統(tǒng)不具備本地系統(tǒng)開(kāi)發(fā)能力，通常需要有一套專(zhuān)門(mén)的開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境。而且軟件要求固化存儲(chǔ)，以提高速度。它是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。硬件部分是整個(gè)系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)， 由高性能的微處理器和外圍接口電路組成，它提供軟件運(yùn)行的平臺(tái)和通信接口 ； 軟件部分 由嵌入式操作系統(tǒng)和其上運(yùn)行的應(yīng)用程序構(gòu)成，控制系統(tǒng)的運(yùn)行 ； 軟件和 硬件之間由中間層連接。主要用于實(shí)現(xiàn) WSNs 與外部網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，并對(duì) WSNs 的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換以及轉(zhuǎn)發(fā) —— 設(shè)計(jì)本網(wǎng)關(guān)的過(guò)程實(shí)質(zhì)是嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。其中 設(shè)計(jì) 節(jié)點(diǎn) 及 數(shù)據(jù)的采集、 旱情監(jiān)測(cè) WSNs 網(wǎng)絡(luò)的建立 ， 網(wǎng)絡(luò)性能分析 由同組其他同學(xué)完成，本論文的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn) 茶園 WSNs 旱情監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 遠(yuǎn)程接入 的網(wǎng)關(guān)。采用經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方式實(shí)現(xiàn) WSN 網(wǎng)關(guān)與 Inter 網(wǎng)絡(luò)的接入 ， 不但可利用遠(yuǎn)程控制中心實(shí)現(xiàn)對(duì)茶園生態(tài)環(huán)境連續(xù)與實(shí)時(shí)的在線(xiàn)測(cè)控，還可進(jìn)一步降低茶園作業(yè)管理的工作量，提高茶園管理的網(wǎng)絡(luò)化、智能化和信息化程度。 6 研究目的和內(nèi)容 在上述單一通信方式的網(wǎng)關(guān)中， 有線(xiàn) 以太網(wǎng)通信穩(wěn)定可靠，但需要具備相應(yīng)的接入條件，這在許多應(yīng)用情況下難以實(shí)現(xiàn)；無(wú)線(xiàn)通信移動(dòng)性能良好，同時(shí) GPRS、 CDMA等無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)相當(dāng)普及，如果在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)中引入無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸方式，將大大降低開(kāi)發(fā)成本和周期。 一般情況下 ， 傳統(tǒng) sink 網(wǎng)關(guān)通過(guò) 匯聚節(jié)點(diǎn)與 PC 的 這種工作方式成本高，開(kāi)銷(xiāo)大，實(shí)際應(yīng)用時(shí)易受到工作環(huán)境的限制 （段渭軍， 20xx） 。 ? 利用公用電話(huà)網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān) 在通信不是很頻繁、通信數(shù)量較小、實(shí)時(shí)性和保密性要求不高的場(chǎng)合，可以租用共用電話(huà)網(wǎng)，采用撥號(hào)方式建立臨時(shí)連接的方式來(lái)實(shí)現(xiàn) WSNs 網(wǎng)關(guān)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)必須解決許多關(guān)鍵性問(wèn)題，比如數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、?zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性等。 甘勇等（ 20xx）針對(duì)如何將 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)與以太網(wǎng)緊密融合的問(wèn)題，提出了一種基于 ARM 平臺(tái)的 Zigbee 網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)方案。 江海峰等（ 20xx)針對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)在煤礦井下的推廣和應(yīng)用要求，用有線(xiàn)的方式實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)和井下主干網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)進(jìn)行互聯(lián)，網(wǎng)關(guān)解決方案基于嵌入式微處理器 S3C4510B 和嵌入式操作系統(tǒng) VxWorks 實(shí)現(xiàn)。 張要偉等（ 20xx）分析了網(wǎng)關(guān)在溫室智能測(cè)控系統(tǒng)中的重要性 ,研究了網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)原則和器件選型 ,基于 PXA270 低功耗嵌入式處理器設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了具有以太網(wǎng)、USB 主、 CF 等多擴(kuò)展接口的網(wǎng)關(guān)硬件平臺(tái)。該節(jié)點(diǎn)基于 CC2431 以 4 及 C8051F320 的 USB 接口的軟硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)接收各傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)并以有線(xiàn)的方式將數(shù)據(jù)傳送給最終用戶(hù)計(jì)算機(jī)。 圖 WSNs 體系結(jié)構(gòu) 美國(guó)的 Crossbow 公司曾推出具有以太網(wǎng)通信功能的 網(wǎng)關(guān) 產(chǎn)品并得到應(yīng)用。也可以在此基礎(chǔ)上添加新的輔助功能，例如遠(yuǎn)程終端的控制功能，報(bào)警功能等。 圖 韓國(guó) 大白菜溫室大棚傳感器節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 國(guó)內(nèi)在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控及農(nóng)業(yè)信息化等方面獲得了較快發(fā)展 ， 目前主要研究成果有：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)的研究（ 駱凱等 ， 20xx； 崔光照等 ， 20xx；黃偉等 ， 20xx； 李海建等 ， 20xx） ；無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)在大棚蔬菜的應(yīng)用（ 宋迪等 ， 20xx； 3 孫程光 ， 20xx） ；無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)在節(jié)水灌溉的應(yīng)用（ 馮友兵等 ， 20xx； 黃劉生等 ，20xx； 曾煉成等 ， 20xx）；以及無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)在草地放牧與動(dòng)物模型的研究 （王殊，20xx） 。 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 WSNs 的 農(nóng)業(yè)應(yīng)用 在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中，人們 獲取農(nóng)田信息的方式都很有限， 主要是通過(guò)人工測(cè)量， 獲取過(guò)程需要消耗大量的人力， 如 通過(guò)使用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)可以有效降低人力消耗和對(duì)農(nóng)田環(huán)境的影響， 獲取精確的作物環(huán)境和作物信息 。 近年來(lái) ， 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò) (WSNs)技術(shù)迅速興起 ， 成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。因而建立旱情監(jiān) 測(cè)系統(tǒng)，將為解決農(nóng)業(yè)灌溉用水的問(wèn)題提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)于緩解水資源的緊缺是非常重要的。我國(guó)農(nóng)業(yè)用水量約占總用水量的 80%左右，由于農(nóng)業(yè)灌溉用水的利用率普遍低下，就全國(guó)范圍而言，水的利用率僅為 45%，而水資源利用率高的國(guó)家已達(dá) 70%～ 80%。 關(guān)鍵詞： WSNs 嵌入式 ARM 網(wǎng)關(guān) Linux Ⅰ 3 Abstract The Design Of WSNs Gateway Based On ARM For Drought Monitoring In Tea Plantation Zhong Rongmin （ College of Engineering,South China Agricultural University, Guangzhou 510642， China） A WSNs gateway design scheme based on ARM is demonstrated in this dissertation. This scheme focuses on the development of wireless sensor works, bining the features of wire and wireless munication work and embedded system technology, aiming at the remote data transmission of wireless sensor works for drought monitoring in tea plantation. The new gateway adopts ARM920T micro controller S3C2410X as the kernel of hardware platform. Its peripheral circuits mainly include the storage system, serial munication interface, Ether interface, PCMCIA interface and other circuit systems, and provide serialport extension unit and standard interface unit to be used for further linkage of other data transmission method. In this gateway, the Linux embedded operating system is selected to supervise each hardware and serve as the software platform. The application software of the gateway implemented the functions of the gateway including real time collecting, processing and storing of aggregation node data in wireless sensor works throu