【正文】 采用交叉編譯的主要原因在于多數(shù)嵌入式目標(biāo)機(jī)不能提供足夠的資源供編譯過程使用，只好將編譯工作轉(zhuǎn)移到宿主機(jī)中進(jìn)行。工作于這種模式下的 BootLoader 通常都會(huì)向它的終端用戶提供一個(gè)簡(jiǎn)單的命令行接口。多個(gè)操作系統(tǒng)在主系統(tǒng)的平臺(tái)上,可像 Windows 應(yīng)用程序那樣切換，而且每個(gè)操作系統(tǒng)都可以進(jìn)行虛擬的分區(qū)、配置而不影響真實(shí)硬盤的數(shù)據(jù)。Linux 操作系統(tǒng)的嵌入式開發(fā)特點(diǎn)：（1）Linux 及其相關(guān)的軟件有廣大的社區(qū)和廣泛的使用人群；（2）其源代碼開放、功能強(qiáng)大、廣泛的后續(xù)支持等優(yōu)點(diǎn)是其他軟件所不能比擬的；（3）有全球最頂尖的程序員寫出的操作系統(tǒng)以及各種應(yīng)用的源程序，是借鑒和學(xué)習(xí)的最好的工具。本文選擇韓國(guó)的 YUNDAI 500 ，具有 USB 接口。熱釋電紅外傳感器不但適用于防盜報(bào)警場(chǎng)所，亦適于對(duì)人體傷害極為嚴(yán)重的高壓電及 X 射線、γ 射線工業(yè)無損檢測(cè)。圖 411 火焰?zhèn)鞲衅鞴ぷ髟韴D當(dāng)檢測(cè)到火源時(shí)，Vout 端口有電壓輸出，輸出電壓值與距離（火焰與傳感器之間的距離）成反比，傳感器硬件連接電路如圖 412 所示。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。圖 46 GPRS 模組接口部分電路圖GPRS 模組需通過 J4 的電源開關(guān)信號(hào)（PWRKEY）輸入引腳向 GPRS 模組輸入如圖 47 所示的上電時(shí)序 GPRS 才能被啟動(dòng)，啟動(dòng)后 GPRS 的信號(hào)指示燈會(huì)閃爍。模組使用如圖 46 所示的標(biāo)準(zhǔn) UART 串行通信接口與主芯片進(jìn)行通信，可以與任何帶有通用 UART 串行通信接口的控制器進(jìn)行連接。? s3c2440 支持兩種啟動(dòng)方式：（1）NOR FLASH 啟動(dòng)，即代碼直接寫入 NOR FLASH，運(yùn)行時(shí)直接在NOR FLASH 上運(yùn)行。內(nèi)核結(jié)構(gòu)采用 ARM920T 內(nèi)核，具有 16KB 指令 Cache、16KB 數(shù)據(jù) Cache 和存儲(chǔ)器管理單元 MMU，指令高速存儲(chǔ)緩沖器（ICache ） ，數(shù)據(jù)高速存儲(chǔ)緩沖器（Dcache）提高指令執(zhí)行效率及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)效率，減少主存帶寬和響應(yīng)性帶來的影響，加強(qiáng)的 ARM 體系結(jié)構(gòu) MMU，用于支持 winCE、linux 等操作系統(tǒng)，內(nèi)部高級(jí)微控制總線（AMBA）體系結(jié)構(gòu)（，AHB/APB） 。相對(duì) PC 來說，嵌入式不僅包括軟件開發(fā)，還要完成大量的硬件開發(fā)和調(diào)試工作，將會(huì)增加項(xiàng)目難度，并且降低系統(tǒng)的靈活性。日志管理：實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭控制子網(wǎng)狀態(tài)變化的監(jiān)測(cè)并生成管理日志。(1)作為外部 Intemet 接入連接到家庭內(nèi)部，同時(shí)將家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接到外部的一種物理接口，家庭網(wǎng)關(guān)應(yīng)能同時(shí)處理多種類型的接入網(wǎng)技術(shù)，即完成不同網(wǎng)絡(luò)間的協(xié)議轉(zhuǎn)換和路由選擇功能。但是整個(gè)家庭控制網(wǎng)絡(luò)依然是一個(gè)“信息孤島” ，因?yàn)樗€無法實(shí)現(xiàn)與外界的信息交換，用戶一旦離開家庭，就無法了解家庭狀態(tài)，也無法對(duì)家中的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和管理，從而限制了智能家居的應(yīng)用范圍。家居主節(jié)點(diǎn)通過建立起來的 ZigBee 通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)出請(qǐng)求幀來查詢或者命令遠(yuǎn)端的家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)的一些功能，指定的家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)收到正確的數(shù)據(jù)幀并完成通信完成華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）25指定操作之后會(huì)自動(dòng)返回一個(gè)應(yīng)答幀告知命令執(zhí)行的結(jié)果。如果傳感器電源電壓過低，它可能輸出錯(cuò)誤的信息，家居主節(jié)點(diǎn)不能發(fā)現(xiàn)這種情況，則不能保證采集的數(shù)據(jù)的正確性。另一類設(shè)備節(jié)點(diǎn)只在報(bào)警時(shí)才輸出數(shù)據(jù)，這類傳感器的輸出將以中斷的方式觸發(fā)它們和家居主節(jié)點(diǎn)之間的通信。華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）23YNNYYNNYYNNYY結(jié)束家居控制中心廣播初始化節(jié)點(diǎn)隨機(jī)延時(shí)后請(qǐng)求入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)成功節(jié)點(diǎn)進(jìn)入低功耗狀態(tài)節(jié)點(diǎn)電量低控制中心喚醒節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)響應(yīng)控制中心節(jié)點(diǎn)執(zhí)行指定操作節(jié)點(diǎn)返回相關(guān)信息i=0通信成功i=i+1i=3拆除異常設(shè)備節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)上電響應(yīng) RIQ 中斷電量低產(chǎn)生報(bào)警信息等待隨機(jī)延時(shí)i=0通信完成N圖 42 網(wǎng)絡(luò)組建流程圖華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）24設(shè)備節(jié)點(diǎn)的拆除：設(shè)備節(jié)點(diǎn)的拆除根據(jù)發(fā)起者的不同分為兩種情況。家居主節(jié)點(diǎn)完成所有上電的設(shè)備節(jié)點(diǎn)初始狀態(tài)的采集，完成網(wǎng)絡(luò)的組建與配置過程。家居主節(jié)點(diǎn)作為協(xié)調(diào)器，處于 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的最上層，功能較為復(fù)雜，因此智能家居系統(tǒng)對(duì)家居主節(jié)點(diǎn)的硬件配置也有較高的要求。終端節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)建立完成后即可關(guān)閉收發(fā)器進(jìn)入節(jié)電模式，開始離線工作，且不影響網(wǎng)絡(luò)的連通性。智能設(shè)備節(jié)點(diǎn)的底層終端主要包括三表計(jì)量節(jié)點(diǎn)、環(huán)境溫度濕度監(jiān)測(cè)和控制節(jié)點(diǎn)、報(bào)警信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)、家電控制節(jié)點(diǎn)、燈光控制節(jié)點(diǎn)等。因?yàn)?ZigBee 的分布式操作特點(diǎn)和特殊的網(wǎng)絡(luò)組織方式，一旦網(wǎng)絡(luò)連接建立之后，協(xié)調(diào)器便不再參與網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。ZigBee 路由器可以緩存信息，保證當(dāng)設(shè)備休眠時(shí)依然能夠找到正確的網(wǎng)絡(luò)路徑，以便充分利用網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)建立起來的路由表，在設(shè)備沒有路由能力或者沒有相關(guān)的路由信息的情況下，網(wǎng)絡(luò)只能根據(jù)鄰居列表進(jìn)行樹形路由，并且嘗試通過路由發(fā)現(xiàn)方法，來補(bǔ)充完整現(xiàn)有的路由表。通常情況下，設(shè)備離開網(wǎng)絡(luò)的過程中，兩種情況都有可能發(fā)生。因此，在網(wǎng)絡(luò)中協(xié)調(diào)器的深度為 0，其子設(shè)備深度為 l，網(wǎng)絡(luò)的最大深度由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器決定。路由查詢機(jī)制在當(dāng)高層需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)啟動(dòng)，以滿足相關(guān)的功能要求。 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)層ZigBee 協(xié)議要求總體架構(gòu)上延續(xù) 協(xié)議的規(guī)范，將無線通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層分為管理實(shí)體(NLME，Network Layer Management Entity)和數(shù)據(jù)實(shí)體(NLDE，Network Layer Data Entity)，管理實(shí)體接口用于向上層架構(gòu)提供內(nèi)部參數(shù)的訪問接口、管理和配置網(wǎng)絡(luò)連接，數(shù)據(jù)實(shí)體用于向上層架構(gòu)提供特定的常規(guī)數(shù)據(jù)通信服務(wù)。868MHz 和 916MHz 這兩個(gè)頻段上無線信號(hào)傳播損耗較小，因此可以提高接收機(jī)的靈敏度，有效通信距離得到較大的提高，從而可以擴(kuò)展設(shè)備的覆蓋區(qū)域。華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13高層 LLC SSCS MAC 子層868/915 PHY 物理層 2400PHY圖 31 協(xié)議棧架構(gòu)Zigbee 在智能家居中應(yīng)用多種 LLC 標(biāo)準(zhǔn)在 的 MAC 層得到支持，通過 SSCS(Service—Specific Convergence Sub layer，業(yè)務(wù)相關(guān)的會(huì)聚子層)協(xié)議承載 類型一的 LLC 標(biāo)準(zhǔn)，其他 LLC 標(biāo)準(zhǔn)可以直接使用 的 MAC 層服務(wù)。ZigBee 聯(lián)盟開發(fā)了 ZigBee 的安全層，以保證在遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸中節(jié)點(diǎn)不會(huì)意外泄漏其標(biāo)識(shí)或者被其它節(jié)點(diǎn)獲得。在 機(jī)制下，數(shù)據(jù)接收端收到每一個(gè)數(shù)據(jù)包之后都會(huì)進(jìn)行確認(rèn)并將確認(rèn)信息返回給發(fā)送方，發(fā)送方若在規(guī)定的時(shí)間之內(nèi)沒有接收到返回信息，即證明發(fā)生了“碰撞” ，數(shù)據(jù)將會(huì)再次重新傳輸，另外ZigBee 還提供了鑒權(quán)和數(shù)據(jù)校驗(yàn)功能。但有線網(wǎng)絡(luò)具有布線麻煩、可擴(kuò)展性差等固有的缺點(diǎn)，限制了有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能家居系統(tǒng)中的發(fā)展。家庭數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)提供高速率的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，如家用計(jì)算機(jī)和數(shù)字電視、視頻和音頻播放器、資源共享及高速上網(wǎng)等；家庭控制網(wǎng)絡(luò)，提供便捷和低速率的控制和互連網(wǎng)絡(luò)，用于燈光照明控制、家居安防、家居環(huán)境監(jiān)測(cè)以及家庭應(yīng)急求助等功能。GPRS(General Packet Radio Service，通用無線分組業(yè)務(wù))作為第二代移動(dòng)通信技術(shù) GSM 向第三代移動(dòng)通信 (3G)的過渡技術(shù)，是一種基于 GSM 的移動(dòng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，面向用戶提供移動(dòng)分組的 IP 或者 連接。外部網(wǎng)絡(luò)為智能家居系統(tǒng)提供高速 Inter 接入和 GPRS 無線廣域網(wǎng)接口，使得用戶可以通過無線通信網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程登錄到家庭網(wǎng)關(guān)智能家居管理系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理和控制，對(duì)家中的終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問或者控制。射頻收發(fā)模塊作為系統(tǒng)中各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的通信接口，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)無線連接和無線數(shù)據(jù)或指令的收發(fā)。論文的預(yù)期目標(biāo)是以單片機(jī)和嵌入式芯片為控制核心，并利用傳感器技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、射頻技術(shù)、圖像處理技術(shù)，設(shè)計(jì)智能家居系統(tǒng)。它是可選擇上網(wǎng)方式的電器大管家平臺(tái)。在《導(dǎo)則》中規(guī)定了小康住宅小區(qū)電氣設(shè)計(jì)總體上應(yīng)滿足以下要求：高度的安全性，舒適華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5的生活環(huán)境，便利的通訊方式，綜合的信息服務(wù)，家庭智能化系統(tǒng)。通過對(duì)這一課題的學(xué)習(xí)，能讓我將大學(xué)四年來所學(xué)的專業(yè)知識(shí)又系統(tǒng)地鞏固一遍。家居生活的智能化是當(dāng)今計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通訊技術(shù)最人性化的應(yīng)用，給人們的家居生活帶來了全新的感受。大型的智能家居控制系統(tǒng)通常由系統(tǒng)服務(wù)器、家庭控制器(各種模塊)、各種路由器、電纜調(diào)制解調(diào)器頭端設(shè)備 CMTS、交換機(jī)、通訊器、控制器、無線收發(fā)器、各種探測(cè)器、各種傳感器、各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、打印機(jī)等主要部分組成。信息化社會(huì)在改變?nèi)藗兩罘绞脚c工作習(xí)慣的同時(shí)，也對(duì)傳統(tǒng)的住宅提出了挑戰(zhàn)，社會(huì)、技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步更使人們的觀念隨之巨變。智能化與遠(yuǎn)程控制是智能家居的兩大特點(diǎn)。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化功能可以提供遙控、家電（空調(diào)、熱水器等）控制、照明控制、室內(nèi)外遙控、窗簾自控、防盜報(bào)警、電話遠(yuǎn)程控制、可編程定時(shí)控制及計(jì)華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4算機(jī)控制等多種功能和手段。物聯(lián)網(wǎng)繁多的應(yīng)用，造就了一個(gè)龐大的產(chǎn)業(yè)鏈，從互聯(lián)網(wǎng)、電腦、手機(jī)、天線等 IT 通訊領(lǐng)域，到智能卡、芯片、傳感器、紅外線產(chǎn)品等工業(yè)領(lǐng)域，再到冰箱、電視機(jī)等制造領(lǐng)域，環(huán)環(huán)相扣，商機(jī)巨大。智能家居在美國(guó)、德國(guó)、新加坡、日本等國(guó)都有廣泛的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)智能家居的發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)將住宅小區(qū)智能化定義為：利用 4C（即計(jì)算機(jī)、通訊與網(wǎng)絡(luò)、自控、IC 卡）技術(shù)，通過有效的傳輸網(wǎng)絡(luò)，將多元信息服務(wù)與管理、物業(yè)管理與安防、住宅智能化系統(tǒng)集成，為住宅小區(qū)的服務(wù)與管理提供高技術(shù)的智能化手段，以期實(shí)現(xiàn)快捷高效的超值服務(wù)與管理，提供安全舒適的家居環(huán)境。智能家居能夠?yàn)槿藗兲峁└虞p松、有序、高效的現(xiàn)代生活方式，在不久的將來，沒有智能家居系統(tǒng)的住宅肯定不合潮流。從功能層次來分，智能家居系統(tǒng)一般由家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)、家居主節(jié)點(diǎn)、家庭網(wǎng)關(guān)、手機(jī)移動(dòng)終端幾部分來組成。子網(wǎng)中精簡(jiǎn)功能設(shè)備充當(dāng)家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)，主要完成傳感采集、查詢響應(yīng)等功能，家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)相互之間不能進(jìn)行通信，只能與家居主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。S3C2440 處理器工作頻率為 400MHZ，適用于開發(fā)各種高端手持設(shè)備、小型終端、車載及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用產(chǎn)品。接收端使用完全相同的偽隨機(jī)碼，與接收的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。(3)可擴(kuò)展性：能夠在系統(tǒng)主架構(gòu)不做改動(dòng)的情況下進(jìn)行維護(hù)和擴(kuò)展，加入新的家居設(shè)備。本文研究的無線智能家居控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在家庭組網(wǎng)中采 ZigBee 技術(shù)，它是一種近距離、低成本、低能耗、低數(shù)據(jù)速率的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它符合 標(biāo)準(zhǔn)，是 IEEE 工作組專門為短距離通訊制定的標(biāo)準(zhǔn)。ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中每個(gè) FFD 設(shè)備可連接多達(dá) 255 個(gè)節(jié)點(diǎn)，而幾個(gè) FFD 之間則可形成一個(gè)更大的無線網(wǎng)絡(luò)，ZigBee 網(wǎng)絡(luò)對(duì)路由傳輸?shù)臄?shù)目則沒有限制。為滿足這些需求， 工作組為 LRWPAN 專門制定了物理層和 MAC 子層的標(biāo)準(zhǔn)，它具備以下主要特征：星型和點(diǎn)到點(diǎn)(P2P)兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；20kbps、40kbps、100kbps 、250kbps 四種不同的傳輸數(shù)率；16 位和 64 位兩種地址方式，其中 64 位地址是全球唯一的擴(kuò)展地址，16 位地址是由協(xié)調(diào)器分配的；時(shí)槽保障(GTS，Guaranteed Time Slots)機(jī)制；信道訪問機(jī)制采用帶沖突避免的載波偵聽多路訪問模式(，Carrier sense multiple access with collision avoidance)；低功耗機(jī)制；為保證可靠傳輸而支持ACK 機(jī)制；信道基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)能量檢測(cè)機(jī)制(ED，Energy Detection)；鏈路質(zhì)量指示機(jī)$1J(LQI，Link quality indication) ；選擇在 ISM 頻段工作。ZigBee 可以使用全球統(tǒng)一的無需申請(qǐng)的 頻段，這樣有效降低了 ZigBee 設(shè)備的生產(chǎn)成本，促進(jìn)了 ZigBee 技術(shù)的發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器除直接參與應(yīng)用外，還需要完成鏈路狀態(tài)信息管理成員、身份管理以及分組轉(zhuǎn)發(fā)等任務(wù)。在家居控制網(wǎng)絡(luò)中終端設(shè)備主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集。ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層在接受到該原語后，調(diào)用物理子層的 SCAN 功能，分析信標(biāo)幀中 work descriptor 標(biāo)記來決定其父節(jié)點(diǎn)并選擇可能的父設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備選擇到合適的父設(shè)備之后，在物理子層向該父設(shè)備發(fā)起連接請(qǐng)求，連接請(qǐng)求通過 原語發(fā)送，父設(shè)備收到設(shè)備請(qǐng)求之后將更新鄰居表，將發(fā)出請(qǐng)求的設(shè)備加入其中，并分配相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址。協(xié)調(diào)器規(guī)定了在這個(gè)過程中最大的路由器數(shù)目。其中全功能設(shè)備指的是在 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中具有完整功能的設(shè)備，全功能設(shè)備及可以當(dāng)做普通網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，也可以作為協(xié)調(diào)器或者路由器，一個(gè)全功能設(shè)備可以和多個(gè)全能型設(shè)備和多個(gè)精簡(jiǎn)型設(shè)備通信；RFD 是指簡(jiǎn)化型設(shè)備，簡(jiǎn)化型設(shè)備一次只能和網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)全能型設(shè)備進(jìn)行通信，在網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng)終端節(jié)點(diǎn)。終端設(shè)備僅實(shí)現(xiàn)特定的簡(jiǎn)單功能，無需參與到網(wǎng)絡(luò)的配置與管理之中，例如作為溫度傳感器或者電源控制器，此類設(shè)備可由 RFD 或 FFD 擔(dān)任。在系統(tǒng)中一個(gè)子網(wǎng)的設(shè)備個(gè)數(shù)不多于 254 個(gè)。按照通信協(xié)議，不同的數(shù)據(jù)位和數(shù)據(jù)值代表不同的請(qǐng)求與參數(shù)，家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)和家居主節(jié)點(diǎn)之間根據(jù)通信協(xié)議規(guī)定的請(qǐng)求與參數(shù)調(diào)用相應(yīng)的操作子程序控制傳感器和執(zhí)行器完成代碼要求的操作。家居設(shè)備