【正文】 整操作系統(tǒng)叫作 Linux 操作系統(tǒng)，或是 GNU/Linux。 根文件系統(tǒng) 文件系統(tǒng)是對一個(gè)存儲設(shè)備上的數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)進(jìn)行組織的機(jī)制。 Linux 要在一個(gè)分區(qū)上存放系統(tǒng)啟動(dòng)所必需的文件，如 Init 進(jìn)程、系統(tǒng)配置文件、文件系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等等的工具集、鏈接庫等等。 ? /sbin 存放系統(tǒng)命令，只有系統(tǒng)管理員（ root）能夠使用的命令，系統(tǒng)命令還可以存放在 /usr/sbin,/usr/local/sbin 目錄下， /sbin 目錄中存放的是基本的系統(tǒng)命令，它們用于啟動(dòng)系統(tǒng)和修復(fù)系統(tǒng) 等 ? /etc 存放著系統(tǒng)主要的配置文件，例如人員的賬號密碼文件、各種服務(wù)的其實(shí)文件等。 ? /root 存放系統(tǒng)管理員（ root）的主文件夾的，即是根用戶的目錄。用來臨時(shí)掛載光盤、移動(dòng)存儲設(shè)備等。 20xx 屆計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 第 4 章 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 本智能家居系統(tǒng)分幾個(gè)模塊組成： GSM 遠(yuǎn)程控制模塊，溫度、煙霧數(shù)據(jù)采集模塊，具有語音提示功能的密碼鎖防盜功能模塊，預(yù)防小 孩墜樓模塊。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是 操作系統(tǒng)的一部分，通常運(yùn)行在內(nèi)核層。 Linux 內(nèi)核本身就是一個(gè)單內(nèi)核，具有效率高的優(yōu)點(diǎn)，也具有可擴(kuò)展性和可維護(hù)性差的缺陷，模塊機(jī)制就是為了彌補(bǔ)這一缺 陷而設(shè)計(jì)的。 一般來說， Linux 系統(tǒng)將設(shè)備分為 3 種類型：字符設(shè)備、塊設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備。采用可加載模塊方式可以讓驅(qū)動(dòng)程序的運(yùn)行更加靈活，也更便于調(diào)試。 Linux 驅(qū)動(dòng)程序運(yùn)行的原理 如圖 所示。所謂設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序就是控制與管理硬件設(shè)備數(shù)據(jù)收發(fā)的軟件，它是應(yīng)用程序與硬件設(shè)備溝通的橋梁。 本章小結(jié) 本章主要介紹了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺搭建過程。 ? /var 存放可變的數(shù)據(jù)，比如 spool目錄（ mail,news）， log 文件，臨時(shí)文件。運(yùn)行根文件系統(tǒng)中的可執(zhí)行程序。根文件系統(tǒng)的基本目錄結(jié)構(gòu)一般包括： /bin， /sbin， /etc， /proc， /dev， /bin， /usr， /lib， /tmp 等，如有需要可再添加。在 Linux 中沒有文件系統(tǒng)的話，用戶和操作系統(tǒng)的交互也就斷開了，所有應(yīng)用用戶程序，都沒有辦法運(yùn)行。首先把內(nèi)核代碼解壓安裝 在 工 作目 錄 /opt/FriendlyARM/mini2440 ， 進(jìn) 入 內(nèi) 核代 碼根 目 錄， 執(zhí) 行“ cp config_mini2440_t35 .config_t35‖使用缺省的配置文件?！皟?nèi)核”指的是一個(gè)提供硬件抽象層、磁盤及文件系統(tǒng)控制、多任務(wù)等功能的系統(tǒng)軟件。它是一個(gè)用 C 語言寫成，符合 POSIX標(biāo)準(zhǔn)的 類 Unix 操作系統(tǒng)。盡管如此，一些功能強(qiáng)大、支持硬件環(huán)境較多的 BootLoader 也被廣大的使用者和愛好者所支持，從而形成了一些被廣泛認(rèn)可的、較為通用的的 bootloader 實(shí)現(xiàn)。一個(gè)同時(shí)裝有 BootLoader、內(nèi)核的啟動(dòng)參數(shù)、內(nèi)核映像和根文 件系統(tǒng)映像的固態(tài)存儲設(shè)備的典型空間分配結(jié)構(gòu)圖如圖 梁力源：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng) 22 圖 空間分配結(jié)構(gòu)圖 BootLoader 介紹 簡單的說 bootloader 是一段程序，它的作用就是加載操作系統(tǒng)， BootLoader（引導(dǎo)加載程序）是系統(tǒng)加電后運(yùn)行的第一段軟件代碼 [12]。 在命令行下運(yùn)行以下命令即可： /etc/。 ? 首先安裝 NFS 服務(wù)器 一般情況下系統(tǒng)默認(rèn)按照好 NFS 服務(wù)，系統(tǒng)不默認(rèn)安裝的話，只需要下載兩個(gè)安裝包安裝即可： ? nfsutils*(包括基本的 NFS 命令與監(jiān)控程序 ) ? portmap*(支持安全 NFS RPC 服務(wù)的連接 ) ? 接著需要共享 Linux 系統(tǒng)和開發(fā)板目錄。 20xx 屆計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 配置網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng) NFS NFS 是 Network File System 的簡寫，即網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)， NFS 允許一個(gè)系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)上與他人共享文件。此次設(shè)計(jì)用開發(fā)板自動(dòng)的 armqtopia 設(shè)計(jì) qt 運(yùn)行界面。首先確定了 SAMSUNG 公司的 32 位 RISC 處理器 S3C2440 作為微控制器芯片；其次是介紹本智能家居各模塊所使用到的硬件 設(shè)備 ， 接著介紹幾種嵌入式操作系統(tǒng) 和選擇嵌入式操作系統(tǒng)的依據(jù)， 最后確定了適合 CPU 的最佳嵌入式操作系統(tǒng) 。 本設(shè)計(jì)采用 YAFFS2 文件系統(tǒng)，可以讀寫保存。 在文件系統(tǒng)方面，目前 FLASH 上常用的文件系統(tǒng)主要有 JFFS CRAMFS、 YaffsROMFS 以及 ROMFS 等。操作系統(tǒng)的主要目的是方便開發(fā)友好的人機(jī)界面，縮短開發(fā)周期，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 （ 6） 中文內(nèi)核支持。成本是所有產(chǎn)品不得不考慮的問題。信息產(chǎn)品不同于傳統(tǒng) PC 的 Wintel 結(jié)構(gòu)的單純性，用戶的需求是千差萬別的，硬件平臺也都不一樣，所以對系統(tǒng)的定制能力提 出了要求。其它有些實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)由于比較封閉，開發(fā)時(shí)可以利用的資源比較少，因此多數(shù)功能需要自己獨(dú)立開發(fā)，從而影響開發(fā)進(jìn)度。很難設(shè)想開發(fā)一個(gè)嵌入式瀏覽器而僅能在某一特定環(huán)境下應(yīng)用，反過來說，當(dāng)產(chǎn)品與平臺和操作系統(tǒng)緊密結(jié)合時(shí)，往往你的產(chǎn)品的特色就蘊(yùn)含其中。也就是平臺無關(guān)性。 （ 1） 市場進(jìn)入時(shí)間。這個(gè)模塊化、可自訂的作業(yè)系統(tǒng)將 Windows 平臺延伸到桌面之外，到達(dá)更小、更機(jī)動(dòng)性、更特別的裝置之上，然而它的 Windows 血統(tǒng)則確保了它的相容性，并且支援了 更廣泛的開發(fā)基礎(chǔ)。它的一個(gè)最大的特點(diǎn)就是省電以及系統(tǒng)資源開銷較少，速度也很快，但不支持多線程，長遠(yuǎn)發(fā)展受到影響。VxWorks 以其良好的可靠性和卓越的實(shí)時(shí)性被廣泛地應(yīng)用在通信、軍 事、航空航天等高精尖技術(shù)及實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域中。 20xx 屆計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 ? VxWorks VxWorks 是美國 WindRiver System 公司開發(fā)的一款嵌入式實(shí)時(shí) 操作系統(tǒng)具有良好的可靠性和卓越的實(shí)時(shí)性，是目前嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中使用最廣泛、市場占有率最高的商業(yè)系統(tǒng)。μ C/OSII 是一種免費(fèi)、開放源代碼、結(jié)構(gòu)小巧、基于可搶占優(yōu)先級調(diào)度的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，其內(nèi)核提供任務(wù)調(diào)度與管理、時(shí)間管理、任務(wù)間同步與 通信、內(nèi)存管理和中斷服務(wù)等功能。 （ 5） 廣泛的硬件支持： 支持 x8 ARM、 MIPS 等多種 體系結(jié)構(gòu)。商品化嵌入式操縱系統(tǒng)大都沒有公開其核心源代碼 [7]，這種源代碼的封閉性大大限制了開發(fā)者的積極性，當(dāng)前國家隊(duì)研制自主核心源代碼大力支持，為源碼開發(fā)的 Linux 的推廣提供了廣闊的發(fā)展前景。此處，繼電器驅(qū)動(dòng)含有兩層意思：一是通過 GPIO 口對繼電器本身進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因?yàn)槔^電器對于 ARM 來說是一個(gè)功率器件；另一個(gè)就是繼電器去驅(qū)動(dòng)其它負(fù)載，比如繼電器可以驅(qū)動(dòng)中間繼電器，也可以直接驅(qū)動(dòng)接觸器，因此繼電 器驅(qū)動(dòng)就是 ARM 與其塔大功率負(fù)載的接口。當(dāng)收到特定的短信要把家電打開時(shí)， MCU 通過打開繼電器給插座上電，即可打開家電，當(dāng)需要關(guān)閉家電時(shí)，也是通過 繼電器關(guān)閉家電。繼電器是一種控制器件。芯片內(nèi)有存儲管理系統(tǒng)來管理多段語音，這樣在獨(dú)立按鍵模式下也能進(jìn)行多段語音錄放。 梁力源：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng) 14 圖 光電傳感器引腳圖 光電傳感器簡單易用，正確接好線之后輸入 高電平，當(dāng)檢測到有障礙物時(shí)會一直輸出低電平信號。 ? ?RLsL R LV c VR RV?? (式 ) 光電傳感器 光電傳感器是各種光 電檢測系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號（紅外、可見紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變 化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的20xx 屆計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 輸出信號。 DS18B20 與 ARM 處理器的接口十分簡單，只需要將 DS18B20 的信號線與控制線的一位雙向端口連接即可。 ? PVC 電纜直接出線或德式球型接線盒出線 ,便于與其它電器設(shè)備連接。 ? 測量結(jié)果以 9~12 位數(shù)字量方式串行傳送。 圖 TC35 模塊和 max232 串口轉(zhuǎn)換電路 溫度傳感器 本系統(tǒng)選擇 DALLAS 公司生產(chǎn)的 DS18B20 溫度傳感器進(jìn)行開發(fā)。 ? 模塊復(fù)位：采用 AT 指令或掉電復(fù)位 。 ? 天線：由天線連接器連接外部天線 。 本系統(tǒng)采用 TC35 對家電進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控， TC35 的主要特征如下： ? 信息傳送內(nèi)容：語音和數(shù)據(jù)。 ? (R3)。 ? 擴(kuò)展接口： ? 1 個(gè) 34 pin 接口。 ? 板載實(shí)時(shí)時(shí)鐘電池。 ? 1 個(gè) PWM 控制蜂鳴器。 ? 1 路立體聲音頻輸出接口，一路麥克風(fēng)接口。 ? 3 個(gè)串行口。 ? LCD 顯示： ? 板上集成 4 線電阻式觸摸屏接口，可以直接連接四線電阻觸摸屏， 支持黑白、 4 級灰度、 16 級灰度、 256 色、 4096 色 STN 液晶屏，尺寸從 寸到 寸。 圖 開發(fā)板硬件資源 開發(fā)板的硬件資源包括： ? Samsung S3C2440A 處理器： ? 主頻 400MHz，最高 533Mhz。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，ARM 處理器經(jīng)歷了包括 ARM ARM ARM11 等在內(nèi)的多個(gè)發(fā)展階段，不斷成熟的 ARM 處理器的應(yīng)用必將為嵌入式的發(fā)展帶來新的活力，是更高端的產(chǎn)品應(yīng)用成為可能。本智能家居系統(tǒng)整 體架構(gòu)框圖如圖 所示。在要求智能家居控制系統(tǒng)方便快捷的同時(shí)，還要求產(chǎn)品外觀小、功耗低、成本低和擴(kuò)展性號的特點(diǎn)。對智能家居產(chǎn)品來說，最重要的是應(yīng)立足于客 戶的對家居環(huán)境的具體需求，以實(shí)用為核心，摒棄掉那些華而不實(shí)的功能。 （ 4） 當(dāng) 有小孩靠近窗戶時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)把窗戶關(guān)上，避免小孩可能發(fā)生墜樓的危險(xiǎn) ，當(dāng)小孩離 開時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng) 把 窗戶 打開 。 設(shè)計(jì)本智能家居系統(tǒng)，需要滿足 以 下 需求 。而嵌入式技術(shù)在最近幾年得到了廣闊的發(fā)展 [5]。 本課題研究的基本內(nèi)容 本次設(shè)計(jì)是基于 ARM9 的 S3C2440 核心處理器，以 Linux 嵌入式系統(tǒng)為家居總中20xx 屆計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 心監(jiān)控系統(tǒng)，使用 Linux Qt 完成控制程序及人機(jī)界面的編寫，采用 ds18b20 溫度傳感器、 MQ2 煙霧傳感器、光電傳感器為數(shù)據(jù)采 集源，采用西門子公司的 AT35GSM 模塊完成通信及監(jiān)控功能，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控、實(shí)時(shí)監(jiān)控家居溫度、空氣質(zhì)量，以及家居重要財(cái)產(chǎn)防盜的功能。家居智能化控制的開發(fā)和建設(shè)是未來國家、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢 [4]。 易家三代：配電箱集中安裝式家庭控制產(chǎn)品。 （ 2） ehome 數(shù)字家園（清華同方），該智能家居控制系統(tǒng)是專門針對中國家庭設(shè)計(jì)的，遵循國際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)， 采用嵌入式軟、硬件技術(shù)，提供網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及末端設(shè)備。據(jù)建設(shè)部要求，截止今年，我國將有70%以上的家庭擁有 Inter 入網(wǎng)設(shè)備，大中城市中 50%的住宅要實(shí)現(xiàn)智能化。眾所周知，我國的智能化住宅建設(shè)最早起于上海、廣州和深圳等沿海城市，并逐漸向內(nèi)陸發(fā)展 [3]。 （ 3） 8X 系統(tǒng)（新加坡），該系統(tǒng)采用預(yù)處理總線跟集中控制方式來實(shí)現(xiàn)功能。因?yàn)閷?shí)現(xiàn)同樣的功能， X10 家居控制系統(tǒng)是利用 220v 電力線將發(fā)射器發(fā)出的 X10 信號傳送給接收器從而實(shí)現(xiàn)智能化的控制，因此采用這套系統(tǒng)不需要額外的布線，這也是這套系統(tǒng)的最大的一個(gè)優(yōu)勢，因?yàn)槠渌到y(tǒng)基本上都需要布低壓線，在墻上或地面開槽、鉆孔，施工難度大、費(fèi)用高、工期長。例如 :微軟公司開發(fā)的“夢幻之家”、摩托羅拉公司開發(fā)的“居所之門”、 IBM 公司開發(fā)的“家庭主任”等均已日趨成穩(wěn)。現(xiàn)在，國外的智能家居系統(tǒng)技術(shù)己日趨成熟，預(yù)計(jì)今年， 50%以上的新房將具有一定的“智能型家居”功能。 國外的發(fā)展現(xiàn)狀 1984 年，世界上第一幢智能建筑在美國康涅迪格州落成，這棟意義非凡的建筑只是對一座舊式大樓的一定程度的改造而完成的。 國內(nèi)外的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 智能家居的發(fā)展分為三個(gè)階段 [2]： 首先是家庭電子化（ Home Electronics）階段，這個(gè)時(shí)期主要是面向單個(gè)的電器，家庭電器之間并沒有形成網(wǎng)絡(luò)，亦沒有大的聯(lián)系。目前，已經(jīng)有越來越多的機(jī)構(gòu)和個(gè)人開始了對智能家居進(jìn)行研究 。它是以家為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ?、自?dòng)化，智能化于一體的 高效、舒適、安全、便利的家居環(huán)境。與普通的家居相比，智能家居不僅包括了普通家居的全部功能，更重要的是它提供給了我們溫馨快樂，且安 全高效的高 質(zhì)量生活環(huán)境，還將一個(gè)看似靜止的生活空間變成了一個(gè)有一定高智能 的生活小幫手，更加進(jìn)一步優(yōu)化了我們的生活質(zhì)量。 最終 利用 人體紅外傳感器 (infrared sensor)、 GSM 模塊、 溫度傳感器 (temperature transmitter)、 光電 傳感器 (photoelectric sensor)，煙霧傳感器 (MQ2)，繼電器等，結(jié)合電路組裝成系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)房屋的遠(yuǎn)程監(jiān)控 ，以及保護(hù)人員、物體的安全 ，方便用戶隨時(shí)在最短的時(shí)間內(nèi)了解并掌握房屋情況。智能家居系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)、嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將各種家用設(shè)施通過家庭網(wǎng)絡(luò)連接到一起，從而為人們提供更為便利舒適的生活 環(huán)境 。