【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ld 是 ARM 體系結(jié)構(gòu)中的交叉編譯器與交叉連接器。 嵌入式系統(tǒng)一般連接后生成的可執(zhí)行程序要盡量小，所以連接過(guò)程的函數(shù)庫(kù)要盡量的小，因此所使用的函數(shù)庫(kù)一般是處理過(guò)的 。 對(duì)于嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，功能 5 于強(qiáng)的程序，他就越大，所以一般的 C 函數(shù)庫(kù)已經(jīng)不能夠使用了 ， 因此一般采用他們的精化 版本 。 系統(tǒng)評(píng)估及開(kāi)發(fā)環(huán)境 上位機(jī)操作系統(tǒng)： ubuntu ， window xp； 系統(tǒng)評(píng)估平臺(tái)：桂林電大愛(ài)普提供的開(kāi)發(fā)版 (arm 8) 編譯工具： armlinuxgcc； 項(xiàng)目設(shè)備 裝有 Linux 系統(tǒng)或裝有 Linux 虛擬機(jī)的 PC 機(jī)一臺(tái)； 桂林電大 A8 開(kāi)發(fā)板一個(gè)（ 5VDC 電源適配器）； GPRS 模組（ 5VDC 電源適配器，自備 SIM 卡）； 溫濕度傳感器： AM2311； 6 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 需求分析 用戶需求 ，客戶需要以下基本功能： 傳感器發(fā)送過(guò)來(lái)的 信息； 并通過(guò) GPRS 模組發(fā)送給用戶 ； 需求分析 本課題主要通過(guò)遠(yuǎn)程網(wǎng)頁(yè)控制開(kāi)發(fā)板中的 LED 燈，獲取溫濕度的狀態(tài)信息，并且能夠通過(guò) GPRS 模組發(fā)送消息。在網(wǎng)頁(yè)用戶能夠看到開(kāi)發(fā)板上的 LED 燈亮滅情況，并且相應(yīng)的操作對(duì)燈進(jìn)行控制；用戶也能通過(guò)網(wǎng)頁(yè)對(duì)家庭溫濕度進(jìn)行控制，超過(guò)范圍將會(huì)對(duì)家里溫濕度值發(fā)給用戶；對(duì)于 GPRS 模組，主要是用戶可以通過(guò)網(wǎng)頁(yè)發(fā)送消息給想要的聯(lián)系人。 （ 1） GPRS 接收信息處理 先 初始化 開(kāi)發(fā) 板的 串口配置， 然后處理 接收串口發(fā)送過(guò)來(lái)的信息，進(jìn)行字符串分析 并 處理， 得出相應(yīng)的命定，處理相應(yīng)的。 （ 2）處理 信息及畫面顯示 主要是將傳感器所得到的信息給獲取出來(lái)， 然后顯示在 顯示在網(wǎng)頁(yè)上。如果超過(guò)安全值，則將在網(wǎng)頁(yè)上顯示警告信息。 （ 3）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)分析，得出以下硬件結(jié)構(gòu)如下圖 32 所示 : 圖 32 7 基本 功能模塊 及解決方案 本 節(jié) 首先 對(duì)客戶需求進(jìn)行分析得出智能家居基本四個(gè)功能模塊 ，然后 分析國(guó)外各種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn) ，確定課題各模塊的 功能 ，最終提出一套自己的智能家居體系 。 基本 功能模塊 目前國(guó)內(nèi)的智能家居行業(yè)處于一個(gè)初期的發(fā)展階段， 還沒(méi)有形成一個(gè)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn) ，而且現(xiàn)在的 智能家居 一般用在 住宅或住宅小區(qū)， 不同的環(huán)境對(duì)智能家居要求不一樣，還有些居民想要有獨(dú)特的個(gè)性化設(shè)計(jì)， 滿足自身的需求。 在 這樣 不同的要求下 ， 不同的 開(kāi)發(fā)商在實(shí)施智能家居時(shí) 有了各自的解決方案和施行方法 。 有的注重安全防范，有的注重智能控制 ， 有的喜歡有個(gè)全面的智能家居系統(tǒng) ，滿足各方面 的需求。 但是不管怎樣主要模型如下圖 31： 圖 31 (1) 對(duì)外通信模塊 智能家居的 設(shè)計(jì)主要 是為滿足人們對(duì) 家居環(huán)境的舒適，方便，環(huán)保。 家庭對(duì)外通信模塊 在 智能家居系統(tǒng)中扮演著非常重要的角色 ，使用戶能夠遠(yuǎn)程控制家里設(shè)備。該模塊的功能主要是通過(guò)家庭與外部通信鏈路之間的通信，其中可以使通過(guò) GPRS 模組，網(wǎng)絡(luò)等發(fā)出特定的指定 。 隨著 科技 技術(shù)的 不斷 發(fā)展 ，智能家居的 通信模塊 的 功能得到 加強(qiáng)，方法也變得多樣化。在過(guò)去 ，只 能個(gè)完成簡(jiǎn)單的指定信息，而且傳輸方向是單方向的 ，現(xiàn)在 提供跟多的數(shù)據(jù)信息，主要 包括通信 雙方之間的 交流、商務(wù) 信息 、娛樂(lè)、 消息教育 信息 等 ?，F(xiàn)在的通信方式從英特網(wǎng)再到 GPRS，通信方式也越來(lái)越多樣化與簡(jiǎn)單化。 本項(xiàng)目是用 GPRS 與英特網(wǎng)遠(yuǎn)程控制家居設(shè)備 (這是本項(xiàng)目的主要特色之 8 一 )， 也就是用手機(jī)給家中的 GPRS 模組發(fā)命定或者通過(guò)英特網(wǎng)訪問(wèn)家中 web 服務(wù)器 。 使用 GPRS 模組的好處是，只要手機(jī)有信號(hào)的地方就能給家中智能家居系統(tǒng)發(fā)消息，且成本低，環(huán)境影響少。 (2) 網(wǎng)關(guān)模塊 家庭網(wǎng)絡(luò)就是在家庭內(nèi)部通過(guò)不同接口與其他設(shè)備相連接 ， 并能進(jìn)行信息交互，然后 并通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)與外部網(wǎng)絡(luò)相連，形成面向家庭的業(yè)務(wù)提供平臺(tái)。 家庭網(wǎng)關(guān)在智能家居實(shí)現(xiàn)過(guò)程中非常重要，沒(méi)有網(wǎng)關(guān)，智能家居就無(wú)從說(shuō)起，所以網(wǎng)關(guān)是實(shí)現(xiàn)智能家居的基本 。家庭網(wǎng)關(guān)是家庭私網(wǎng) 與 外部公網(wǎng)的 相連接的關(guān) 口， 他不但能使 家庭內(nèi) 部 能夠 對(duì)公網(wǎng)的 進(jìn)行 訪問(wèn)，又 能使 用戶從公網(wǎng)上對(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)和控制， 另外還能夠?qū)彝ピO(shè)備進(jìn)行調(diào)控 ，因此， 家庭網(wǎng)關(guān)成為智能家居的重要部分 。 本 項(xiàng)目用的是 三星公司生產(chǎn)的 s5pv210 芯片作為嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)， 他是ARM8 的芯片 。之所以選擇該芯片是基于以下幾點(diǎn)考慮； (1)它支持 Windows CE 和大多數(shù) linux 系統(tǒng)，而且還帶有 MMU； (2)它的主頻能過(guò)滿足一般家庭數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰? (3)他的 GPIO 口比較多能滿足用戶的需求； (4)他有一個(gè)以太網(wǎng)口供我們接入英特網(wǎng) 。 (3)設(shè)備自動(dòng)控制 模塊 智能家居是將更多的設(shè)備通過(guò)某種方式連接， 能夠?qū)⑺麄兊?統(tǒng)一 在一起便于集中 控制 ， 給 家庭生活帶來(lái)方便。 現(xiàn)在，家庭自動(dòng)化控制是現(xiàn)代智能家居最基本的功能 ， 因此也就成了最基本的模塊 。 本項(xiàng)目中， LED 燈與開(kāi)發(fā)板相連，可以通過(guò) GPRS 模組發(fā)短信或者通過(guò)訪問(wèn)網(wǎng)頁(yè)對(duì)，對(duì) led 燈進(jìn)行控制。網(wǎng)頁(yè)能夠不斷的向 web 服務(wù)器請(qǐng)求溫度傳感器的數(shù)據(jù)， CGI 能夠獲取溫濕度傳感器的信息，并將此傳給網(wǎng)頁(yè)，也可以通過(guò)網(wǎng)頁(yè)給溫濕度傳感器設(shè)定范圍值，當(dāng)濕度或溫度超過(guò)范圍就會(huì)給客戶發(fā)警告信息。 硬件 模塊設(shè)計(jì) 本 節(jié) 主要介紹 項(xiàng)目 中的硬件 選擇 。硬件是 智能家居系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)， 通過(guò)硬件測(cè)試來(lái)確定本項(xiàng)目中的方案是否可行 。 本節(jié)通過(guò)子模塊為列自來(lái)說(shuō)明整體硬件的設(shè)計(jì) 。由于該開(kāi)發(fā)板資源豐富，內(nèi)容復(fù)雜，只對(duì)實(shí)驗(yàn)中用到的 S3 C2440 的 寄存器 進(jìn)行闡述， 如 GPIO 口的寄存器 GPnDAT, GPnCON, GPnUP 和 DART 口的寄存器 ULCONn, UCONn, UFCONn。然后闡述了系統(tǒng)硬件連接及測(cè)試的整個(gè)過(guò)程， 9 由最基本的開(kāi)發(fā)板連接、 溫濕度傳感器 、 GPRS 模組 ，直至將幾個(gè)功能模塊集合到一起，進(jìn)行測(cè)試。 硬件選型 硬件選型是 是整個(gè)項(xiàng)目實(shí)行 的基礎(chǔ)。 目前 項(xiàng)目中， 智能家居解決方案 有以下三種選擇 :(1)用一個(gè)開(kāi)發(fā)板做家庭網(wǎng)關(guān) 。(2)弄一個(gè)單片機(jī)，自己手動(dòng)連接電路 ， 自己去 開(kāi)發(fā) 一個(gè) 家庭網(wǎng)關(guān) 。(3)用一臺(tái)普通的計(jì)算機(jī)來(lái)做家庭網(wǎng)關(guān)。 用單片機(jī)做家庭網(wǎng)關(guān)的話，雖然成本低，但是效益不怎么高，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)有點(diǎn)麻煩 。 而嵌入式設(shè)備成本不高，執(zhí)行效益比較高，而且體積小，方便用戶使用 。 所以本次項(xiàng)目選擇使用開(kāi)發(fā)板作為這次項(xiàng)目控制中區(qū) 。 （ 1） GPRS 模組 GPRS 模組采用 STM300 通訊芯片 ，利用無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)間的全雙工通訊。同時(shí)，模組支持 tcp/ip 協(xié)議棧，因此可以 利用它進(jìn)行無(wú)線上網(wǎng)。 模組通過(guò)是 UART 串行接口與主芯片來(lái)通信，可以與任何 UART 串行通信接口的設(shè)備進(jìn)行連接 .。 該模組具有以下優(yōu)點(diǎn)： EGSM900m， PCS1900M， DCS1800M 多種頻段，兼容 GSM phase 2/2+ tcp/ip 協(xié)議，能夠無(wú)線上網(wǎng)。 （ PBCCH）。 （ ussb）。 GPRS 模組與主控制器通訊是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的串口。該模組的接口是 10 針的，能夠與 MCU 相連。改 GPRS 模組也可以通過(guò) RS232 接口與 pc 機(jī)相連。 其模組如 下圖 33： 圖 33 10 （ 2） 溫濕度傳感器 本項(xiàng)中使用的是 AM2311濕敏電容數(shù)字模塊 ,他是一款含有含有校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)的輸出的溫濕度傳感器。，他使用的是溫濕度傳感技術(shù)與數(shù)字采集技術(shù)可靠性強(qiáng)，并且穩(wěn)定性好，適合長(zhǎng)期使用。傳感器內(nèi)部有一個(gè)高性能的單片機(jī)，并且與單片機(jī)相連的有兩個(gè)高精度元件，一個(gè)測(cè)溫元件盒一個(gè)測(cè)溫元件。每個(gè)傳感器 傳感器都是在精確的溫濕度教驗(yàn)實(shí)中進(jìn)行檢驗(yàn)校準(zhǔn)的，且校準(zhǔn)的系數(shù)以程序的方式存儲(chǔ)在單片機(jī)中。傳感器內(nèi)部處理數(shù)據(jù)的時(shí)候要調(diào)用這些系數(shù)。用戶可以直接掛在模組的 i2c 通信接口上，使用簡(jiǎn)單。 本產(chǎn)品 具有超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、品質(zhì)卓越性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。 該 產(chǎn)品為 4 引線，通信接口連接方便。特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供 。 以圖 34 下是模組基本模型： 圖 34 硬件連接及測(cè)試 先將 ARM8 的 開(kāi)發(fā)板與 PC 機(jī)連接及測(cè)試 首先按照 2440 資料進(jìn)行硬件連接。 (1)先將 5V 的電源與開(kāi)發(fā)板相連接。 (2)將開(kāi)發(fā)板的串口與電腦相連。 (3)給開(kāi)發(fā)板和電腦分別接上網(wǎng)線。 在 PC 機(jī)上建立超級(jí)終端 來(lái)對(duì)開(kāi)發(fā)板進(jìn)行操作 : (1)運(yùn)行 windows xp 下的開(kāi)始一程序 一附件一通訊 *超級(jí)終端 ； (2)第一次建立超級(jí)終端是會(huì)詢問(wèn)是否將“ HyperTerminal”選擇為默認(rèn)程序，選擇“否”就可以了 。 (3)然后會(huì) 要求輸入?yún)^(qū)號(hào)、電話號(hào)碼等信息， 可以隨便輸入一些數(shù)字，不會(huì)有什么影響 。 11 (4)為了容易區(qū)分其他的超級(jí)終端，建議將新建立的連接命名為 ARM，如圖35。 (5)再按確定之后，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)端口屬性設(shè)置的對(duì)話框，將端口的波特率設(shè)為每 秒 115200，數(shù)據(jù)位為 0，奇偶校驗(yàn)為無(wú)，停止位 1，數(shù)據(jù)流控制位無(wú)然后點(diǎn)擊確認(rèn)即可 。 為了方便以后使用然后將新建立的超級(jí)終端 放在桌面上，如果連接好后，啟動(dòng)開(kāi) 發(fā)板，能看到一些信息，說(shuō)明連接成功， 圖 35 設(shè)置正確，如圖 36。 圖 36 12 開(kāi)機(jī)時(shí)，超級(jí)終端信息如下圖 37 所示： 圖 37 平臺(tái)搭建 內(nèi)核移植 開(kāi)發(fā)板加電之后，會(huì)運(yùn)行一段代碼，引導(dǎo)加載程序 bootloader，完成初始化硬件設(shè)備，映射好內(nèi)存，將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境配置好， 為最終的啟動(dòng)操作系統(tǒng)作好準(zhǔn)備。在嵌入式系統(tǒng)中 Bootloader 對(duì)硬件要求比較嚴(yán)格，不同的版本系統(tǒng)要求有不同的 bootloader，現(xiàn)在常用的 bootloader 主要有 ARMboot， REDboot， uboot，blod 等等。本次項(xiàng)目選用的是 uboot。 Uboot 在目前功能比較全，靈活性比較高，并且開(kāi)發(fā)的 bootloader 是開(kāi)源的，它支持處理器種類比較多，比如 ARM， x86， MIPS 等，能夠支持很多種嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)核，由著名的 Wolfgang denk 軟件工程師和 denx 軟件工程師來(lái)維護(hù)。移植 uboot，主要是看硬件配置中的處理器是