【文章內(nèi)容簡介】 實(shí)現(xiàn)，其主要的功能是根據(jù)要求不斷的從數(shù)據(jù)源端獲得外界數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并根據(jù)數(shù)據(jù)對相應(yīng)的家電設(shè)備發(fā)出相關(guān)命令，同時服務(wù)器端還要響應(yīng)來自網(wǎng)絡(luò)上的連接，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上有請求連接時，服務(wù)器就要響應(yīng)連接，并實(shí)時的更新網(wǎng)頁的數(shù)據(jù)，同時接收來自網(wǎng)絡(luò)的命令，最后做出相應(yīng)的處理。本系統(tǒng)中服務(wù)器主要由家電服務(wù)程序和小型web服務(wù)器型的boa服務(wù)器組成。在遠(yuǎn)程客戶端，遠(yuǎn)程客戶端主要是主動去連接服務(wù)器，然后可以實(shí)時觀察遠(yuǎn)程的環(huán)境參數(shù)，同時可以根據(jù)環(huán)境參數(shù)的變化對遠(yuǎn)程的家電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)然，用戶也可以通過網(wǎng)頁對遠(yuǎn)程端設(shè)備設(shè)置自動控制命令。在圖31中，遠(yuǎn)程客戶端與服務(wù)器端是通過互聯(lián)網(wǎng)連接，因此客戶端可以在世界的任何角落都能通過互聯(lián)網(wǎng)來監(jiān)控特定的區(qū)域，這就使得我們的監(jiān)控非常具有靈活性。服務(wù)器端與數(shù)據(jù)源是通過串口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。在?shù)據(jù)源端，我們有一個以上的單板，因此，我們在數(shù)據(jù)源端設(shè)有一快路由單板，其負(fù)責(zé)收集所有單板的數(shù)據(jù)，然后通過串口把數(shù)據(jù)傳送至服務(wù)器。當(dāng)然，當(dāng)我們的服務(wù)器要給某一塊單板發(fā)送命令時，也是把命令先發(fā)送至路由單板，然后由路由單板把命令發(fā)送給各個單板。各個單板在收集到命令進(jìn)行解析，如果是自己的命令就執(zhí)行，否則丟棄。而在整個鏈路過程中，最重要的就是路由單板與個單板節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信，我們是利用zigbee組網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)路由單板與各單板節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信的。ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。在zigbee組網(wǎng)過程中，難點(diǎn)是對數(shù)據(jù)包的定義，同時要解決數(shù)據(jù)在傳輸過程中失真或丟失的問題，還有就是如何給每個單板節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)加上各自獨(dú)一的標(biāo)簽。 系統(tǒng)控制流設(shè)計通過對系統(tǒng)的分析，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)用戶通過網(wǎng)絡(luò)上PC機(jī)的瀏覽器來登入到服務(wù)器，通過網(wǎng)頁來實(shí)時的查看和監(jiān)控被控區(qū)域的溫濕度、光亮強(qiáng)度以及控制模擬的家電設(shè)備。具體的系統(tǒng)控制流程圖如圖32所示。圖32 系統(tǒng)控制流如圖32中，可以非常直觀的顯示該系統(tǒng)所設(shè)計的功能流程和其功能實(shí)現(xiàn)。從何圖中我們可以更直觀的看到數(shù)據(jù)源不斷的采集數(shù)據(jù)并接收來自服務(wù)器端的命令，服務(wù)器端則響應(yīng)來自網(wǎng)絡(luò)的請求與下層進(jìn)行交流。從圖可知，用戶可以在遠(yuǎn)程端通過網(wǎng)絡(luò)連接到我們的服務(wù)器，然后服務(wù)器接到請求后給用戶發(fā)送一個網(wǎng)頁，則用戶可以通過網(wǎng)頁直觀的查看各類環(huán)境參數(shù)。并按照自己的意愿對遠(yuǎn)程的家電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。通過對系統(tǒng)的分析，在整個系統(tǒng)中，關(guān)鍵的是如何數(shù)據(jù)的傳輸，本系統(tǒng)中涉及了有線傳輸和無線傳輸，有線傳輸是給遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的用戶提供服務(wù)，無線傳輸主要是路由對節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的收集。 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計在系統(tǒng)的概要設(shè)計中，已將系統(tǒng)劃分為多個模塊，并將它們按照一定的原則進(jìn)行組裝，同時確定了每個模塊的功能。詳細(xì)設(shè)計是系統(tǒng)設(shè)計的第二階段，主要確定每個模塊的具體執(zhí)行過程。 數(shù)據(jù)源端功能設(shè)計通過對數(shù)據(jù)源端功能的分析，數(shù)據(jù)是由多個節(jié)點(diǎn)提供。節(jié)點(diǎn)提供給路由端相同的數(shù)據(jù)類型。數(shù)據(jù)源端節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集是通過zigbee無線傳輸方式，路由節(jié)點(diǎn)的流程圖如圖33所示。圖33路由節(jié)點(diǎn)流程圖普通節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)流程圖如圖34所示。圖34 普通節(jié)點(diǎn)流程圖圖33中，在該數(shù)據(jù)源端，即單板LPC1114，在本系統(tǒng)中該模塊有三個作用，其一是采集本身相關(guān)的傳感模塊的數(shù)據(jù)，其二是直接與服務(wù)器建立有線連接，該模塊可以接收服務(wù)器的命令，同時不斷地給服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)。其三是與其他節(jié)點(diǎn)建立無線連接，接收其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，同時給其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送命令。即該模塊除具備普通節(jié)點(diǎn)的采集數(shù)據(jù)的功能外，還具備了路由的功能，所以可以稱為路由節(jié)點(diǎn)。圖34中，在該此數(shù)據(jù)源端中，其主要是與路由節(jié)點(diǎn)建立無線連接，當(dāng)接收到路由節(jié)點(diǎn)的命令后進(jìn)行解析，然后響應(yīng)，如果接收的命令是采集數(shù)據(jù)命令，則采集本身數(shù)據(jù)，然后發(fā)送給路由節(jié)點(diǎn)。所以本節(jié)點(diǎn)只有簡單的與路由節(jié)點(diǎn)連接，故稱為普通節(jié)點(diǎn)。如果把路由路節(jié)點(diǎn)和普通節(jié)點(diǎn)看作一個整體，即數(shù)據(jù)源端的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的話，其主要有以下的功能。（１）采集各類傳感器數(shù)據(jù)，并按照相應(yīng)的格式打包。（２）接收來自服務(wù)器端的命令。（３）發(fā)送數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)源端zigbee組網(wǎng)設(shè)計通過對數(shù)據(jù)源端多節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸方式的分析，系統(tǒng)采用zigbee無線組網(wǎng)方式，zigbee無線組網(wǎng)方式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖35所示。圖35 zigbee拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從圖35 zigbee拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖中可知，路由單板是根據(jù)各單板節(jié)點(diǎn)的ID號來區(qū)別各個單板節(jié)點(diǎn)的。所以單板節(jié)點(diǎn)在定義數(shù)據(jù)包時要在數(shù)據(jù)包的頭部增加自身的ID號，這樣路由單板在接收到數(shù)據(jù)包后只要解析數(shù)據(jù)頭部的ID就可以區(qū)分接收的數(shù)據(jù)包是哪塊單板發(fā)送的。當(dāng)路由單板在給某個單板節(jié)點(diǎn)發(fā)送命令時，也是只要在命令的頭部加上要控制的單板節(jié)點(diǎn)的ID號。所有單板節(jié)點(diǎn)在接收到數(shù)據(jù)后，解析數(shù)據(jù)頭部ID號，如果解析的ID號與自己ID號相符則執(zhí)行該命令，如果解析的ID號與自己的不相符則丟棄該命令。新節(jié)點(diǎn)的加入如圖36所示。圖36 新節(jié)點(diǎn)加入圖新節(jié)點(diǎn)加入的詳細(xì)流程圖如圖37所示。圖37 新節(jié)點(diǎn)加入流程圖從圖37可以很直觀的了解到新節(jié)點(diǎn)動態(tài)加入的流程。設(shè)計這一功能的優(yōu)點(diǎn)是增加系統(tǒng)的實(shí)用性與擴(kuò)展性。這樣，系統(tǒng)的適用能力更強(qiáng)，可以自動識別新節(jié)點(diǎn)和舊節(jié)點(diǎn)，這一設(shè)計使得系統(tǒng)可以在節(jié)點(diǎn)流動性大的區(qū)域可靠的使用。新節(jié)點(diǎn)加入過程中， 系統(tǒng)服務(wù)器端各功能設(shè)計通過對系統(tǒng)整體分析得知，系統(tǒng)服務(wù)器承載著大部分的數(shù)據(jù)處理，單板只負(fù)責(zé)簡單的命令執(zhí)行。根據(jù)這一設(shè)計思想，系統(tǒng)設(shè)計出了圖38所示的系統(tǒng)流程圖，該圖主要描述了服務(wù)器端的數(shù)據(jù)流程，其主要是作為遠(yuǎn)程客戶端和數(shù)據(jù)源端連接的紐帶，同時處理比較復(fù)雜的工作，比如處理來自數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)以及響應(yīng)來自網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程客戶端的連接。其主要有以下功能：（1）接收來自單板的數(shù)據(jù)（2）接收來自遠(yuǎn)程客戶端的命令（3）給單板發(fā)送命令系統(tǒng)服務(wù)端整體流程如圖38所示。圖38服務(wù)器端流程圖 系統(tǒng)客戶端各功能設(shè)計圖39 客戶端流程圖圖39主要描述了客戶端網(wǎng)頁的簡單流程，從圖中可以看出系統(tǒng)客戶端的主要功能有以下兩點(diǎn)。（1）一個動態(tài)網(wǎng)頁，動態(tài)顯示遠(yuǎn)程單板數(shù)據(jù)（2）實(shí)現(xiàn)相關(guān)控制按鈕 本章小結(jié)系統(tǒng)設(shè)計是每個系統(tǒng)的靈魂所在，這一章分為概要設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計兩個部分，通過對系統(tǒng)的概要設(shè)計得出來系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能圖以及系統(tǒng)的控制流圖，這是整個系統(tǒng)的核心，它直接展示了系統(tǒng)的功能以及整個系統(tǒng)的控制流。在詳細(xì)設(shè)計階段，主要闡述服務(wù)器端和客戶端在各個功能上的設(shè)計過程，這個階段為系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。4 嵌入式ARMLinux環(huán)境建立絕大多數(shù)的軟件開發(fā)都是本機(jī)開發(fā)、調(diào)試，本機(jī)運(yùn)行的方式進(jìn)行，但是這種方式不適合于嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)，因?yàn)閷τ谇度胧较到y(tǒng)的開發(fā)，它沒有足夠的資源在本機(jī)運(yùn)行開發(fā)工具和調(diào)試工具。因此在宿主機(jī)上搭建一個好的開發(fā)環(huán)境是很關(guān)鍵的一步，它的成敗直接影響下一步的進(jìn)展。根據(jù)需求分析確定了系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境是嵌入式Linux操作系統(tǒng)。根據(jù)需求分析和嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，得出了系統(tǒng)所需的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖41所示。圖 41 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖論文設(shè)計的嵌入式實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)主要分為四個層次： （1）基于S3C2440A處理器的硬件平臺。 （2）加載程序uboot，主要初始化處理器及存儲器等硬件設(shè)備。 （3）ArmLinux內(nèi)核的裁剪、移植，設(shè)備驅(qū)動的加載以及文件系統(tǒng)的建立。 （4）boa服務(wù)器的移植和應(yīng)用程序的開發(fā)：包括數(shù)據(jù)采集、傳輸和網(wǎng)頁動態(tài)顯示。根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計，將分以下三個步驟實(shí)現(xiàn)，這一章只實(shí)現(xiàn)其中的前兩步，其它的部分的實(shí)現(xiàn)在后續(xù)章節(jié)展開。實(shí)現(xiàn)步驟如下：（1）ArmLinux交叉開發(fā)環(huán)境的建立。（2）嵌入式ArmLinux的裁剪和移植：其中包括啟動加載程序UBoot的移植、內(nèi)核的裁剪與移植、設(shè)備驅(qū)動模塊的加載、文件系統(tǒng)的移植。（3）boa服務(wù)器移植。（4）外界環(huán)境數(shù)據(jù)的采集，傳輸。 ArmLinux交叉編譯工具鏈的建立 與主流軟件開發(fā)相同，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)同樣需要用到編譯器、鏈接器、解釋程序、集成開發(fā)環(huán)境以及諸如此類的開發(fā)工具。但是在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，由于執(zhí)行應(yīng)用程序的平臺(目標(biāo)機(jī))與創(chuàng)建應(yīng)用程序的平臺(宿主機(jī))并不兼容，因此，需要交叉開發(fā)工具進(jìn)行交叉編譯。[9]。建立過程如下：（1） 以超級用戶的身份登錄Linux操作系統(tǒng)，然后在/opt目錄下新建arm目錄。（2） ，并執(zhí)行解壓。（3） 在宿主機(jī)中設(shè)置環(huán)境變量使得系統(tǒng)能自動調(diào)用已建立好的工具，具體的設(shè)置 方法為：修改環(huán)境變量PATH的值。 Linux內(nèi)核的裁剪與移植嵌入式系統(tǒng)的硬件資源畢竟有限，不能直接將Linux操作系統(tǒng)作為嵌入式硬件平臺上的操作系統(tǒng)，需要針對具體的應(yīng)用進(jìn)行內(nèi)核的配置和裁減，使整個系統(tǒng)能夠存放到容量較小的 Flash中。Linux的動態(tài)模塊加載方式使 Linux的裁剪極為方便，高度模塊化使得添加和刪減非常容易。結(jié)合該系統(tǒng)在開發(fā)中所需要的功能，Linux內(nèi)核的裁剪與移植過程中涉及到的目錄有：include/ 、arch/ 、drivers/ 、fs/。移植的過程為：（1） 在根目錄新建/tool目錄，將ARM Linux源代碼解壓至該目錄下。（2） 進(jìn)入內(nèi)核所在目錄，修改配置文件和系統(tǒng)時鐘（3） 拷貝默認(rèn)配置文件，cp arch/arm/configs/s3c2410_defconfig .config（4） 編譯ARMLinux內(nèi)核,在終端輸入：make menuconfig。將會出現(xiàn)如下界面。內(nèi)核配置如圖42所示。圖42 內(nèi)核配置圖然后對內(nèi)核進(jìn)行裁剪和配置,配置完成后在終端輸入 make uImage 開始編譯內(nèi)核。然后把cp arch/arm/boot/uImage /tftpboot/ NFS網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)與BOA服務(wù)器的制作 NFS網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)制作NFS網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)可以使得系統(tǒng)調(diào)試開發(fā)更容易進(jìn)行，只需要將經(jīng)過交叉編譯器編譯之后生成的可執(zhí)行文件通過NFS掛載到板子上為調(diào)試做好準(zhǔn)備，避免反復(fù)的燒寫可執(zhí)行文件到FLASH中，造成時間浪費(fèi)和FlASH壽命的縮短。如圖4圖4圖45所示為最小文件系統(tǒng)的簡單制作過程。 menuconfig具體配置如圖43所示。圖43 busybox配置圖1為開發(fā)板設(shè)置編譯器前綴 armnonelinuxgnueabi，如圖44所示。圖44 busybox配置圖2文件系統(tǒng)的ionice配置設(shè)置如圖45所示。圖45 busybox配置圖3 配置完成后直接編譯根文件系統(tǒng)，最后在根文件系統(tǒng)上增加系統(tǒng)啟動的shell文件。 BOA服務(wù)器的移植boa 服務(wù)器是一個 web 服務(wù)器，在嵌入式系統(tǒng)中使用比較廣泛。同時移植簡單，我們可以在網(wǎng)上下載一個BOA服務(wù)器的源碼，然后根據(jù)編譯的前面制作的文件系統(tǒng)做適當(dāng)?shù)男薷南嚓P(guān)的文件代碼，最后通過相關(guān)的命令就可以完成對BOA服務(wù)器編譯。編譯好BOA服務(wù)器后，把編譯的BOA服務(wù)器復(fù)制到之前制作好的網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)的文件夾內(nèi)。具體做法是創(chuàng)建boa服務(wù)器存放目錄mkdir /opt/rootfs/var/boa ，并將 boa源碼目錄下的 拷貝到/opt/rootfs/etc/boa 目錄下 ，然后把虛擬機(jī)下的etc/。最后把說需網(wǎng)頁