【文章內(nèi)容簡介】 至 9000美元之間。 1995年美國家庭已使用先進家庭自動化設(shè)備的比率為 ％，看來市場真正啟動尚需時日。預(yù)計這五年內(nèi)，家 庭自動化的市場年平均增長率為 8％。 PARKS公司的資料亦顯示：到 2021年，家庭網(wǎng)絡(luò)市場總額可達 57億美元。據(jù)國際專家預(yù)測，到 2021年底國際智能家居的產(chǎn)品銷售額可達 500億美元。 2020年可達 1000億美元。 由于智能家居的誘人前景和巨大市場，盡管國外市場真正啟動也尚需時日，但并未能阻止企業(yè)去爭食智能家居市場。雖然每家公司的策略各不相同，但它們都堅持同樣的信念：山那邊遍地是金。 IBM公司的邁克爾。凱羅斯克說：“這是個不容 IBM公司忽視的市場機會?！? 論文結(jié)構(gòu) 第一章：概述：本章主要遠程監(jiān)控 系統(tǒng)的產(chǎn)生背景，個人工作任務(wù)，以及論文結(jié)構(gòu)。 第二章：嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境相關(guān)概念綜述：包括開發(fā)平臺的搭建，硬件選型，儀器設(shè)備詳細概述以及系統(tǒng)設(shè)計總體框架。 第三章：系統(tǒng)需求分析：主要對系統(tǒng)各功能及市場的需求分析介紹了系統(tǒng)在需求分析階段所擬定的系統(tǒng)特征。 第四章：詳細設(shè)計與實現(xiàn)：包括攝像頭驅(qū)動的詳細設(shè)計與實現(xiàn)， GPRS通訊模塊的詳細設(shè)計與實現(xiàn)， web服務(wù)器的詳細設(shè)計與實現(xiàn)以及主程序的流程詳細設(shè)計。 第五章：功能測試與總結(jié)：對各功能模塊的測試，并作針對性總結(jié)。 本章小結(jié) 本章對本論文的研究背景、課題來 源進行了說明，提出了本論文的課題任務(wù)，細致劃分了論文結(jié)構(gòu)，使讀者對本論文有初步的了解。 6 2 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境相關(guān)概念綜述 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境簡介 什么是嵌入式系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)一般指非 PC 系統(tǒng)，有計算機功能但又不能稱之為計算機的設(shè)備或器材。它是以應(yīng)用為中心，軟硬件可裁減的，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。簡單地說，嵌入式系統(tǒng)集系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與硬件于一體，類似于 PC 中 BIOS 的工作方式，具有軟件代碼小、高度自動化、響應(yīng)速度快等特 點，特別適合于要求實時和多任務(wù)的體系。嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成，它是可獨立工作的“器件”。 嵌入式系統(tǒng)幾乎包括了生活中的所有電器設(shè)備，如掌上 PDA 、移動計算設(shè)備、電視機頂盒、手機上網(wǎng)、數(shù)字電視、多媒體、汽車、微波爐、數(shù)字相機、家庭自動化系統(tǒng)、電梯、空調(diào)、安全系統(tǒng)、自動售貨機、蜂窩式電話、消費電子設(shè)備、工業(yè)自動化儀表與醫(yī)療儀器等。 嵌入式系統(tǒng)的硬件部分，包括處理器 /微處理器、存儲器及外設(shè)器件和 I/O端口、圖形控制器等。嵌入式系統(tǒng)有別于一般的計算機處理 系統(tǒng)，它不具備像硬盤那樣大容量的存儲介質(zhì)，而大多使用 EPROM、 EEPROM 或閃存 (Flash Memory)作為存儲介質(zhì)。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件 (要求實時和多任務(wù)操作 )和應(yīng)用程序編程。應(yīng)用程序控制著系統(tǒng)的運作和行為；而操作系統(tǒng)控制著應(yīng)用程序編程與硬件的交互作用。其的核心是嵌入式微處理器 [4]。 嵌入式微處理器 嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。嵌入式處理器一般就具備以下 4 個特點： (1) 對實時多任務(wù)有很強的支持能力，能完成多任務(wù)并且有較短的中斷響應(yīng)時間，從而使內(nèi)部的代碼和實時操作系統(tǒng)的 執(zhí)行時間減少到最低限度。 (2) 具有功能很強的存儲區(qū)保護功能。這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯誤的交叉作用，需要設(shè)計強大的存儲區(qū)保護功能，同時也有利于軟件診斷。 (3) 可擴展的處理器結(jié)構(gòu)，以能最迅速地開展出滿足應(yīng)用的最高性能的嵌入式微處理器。 (4) 嵌入式微處理器必須功耗很低，尤其是用于便攜式的無線及移動的計算和通信設(shè)備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此，如需要功耗只有 mW 甚至μ W 級。 ARM微處理器簡介 ARM（ Advanced RISC Machines），既可以認為是一個公司的名字，也可以認為是對一類微處理器的通稱，還可以認為是一種技術(shù)的名字。 7 1991 年 ARM 公司成立于英國劍橋，主要出售芯片設(shè)計技術(shù)的授權(quán)。目前，采用 ARM 技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)（ IP）核的微處理器，即我們通常所說的 ARM 微處理器，已遍及工業(yè)控制、消費類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場，基于 ARM 技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了 32 位 RISC 微處理器 75％以上的市場份額， ARM 技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各個方面。 ARM 公司是專門從事基于 RISC 技術(shù)芯片 設(shè)計開發(fā)的公司，作為知識產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，本身不直接從事芯片生產(chǎn)，靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計許可由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片，世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從 ARM 公司購買其設(shè)計的 ARM 微處理器核，根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當?shù)耐鈬娐?，從而形成自己?ARM 微處理器芯片進入市場。 目前，全世界有幾十家大的半導(dǎo)體公司都使用 ARM 公司的授權(quán)，因此既使得 ARM技術(shù)獲得更多的第三方工具、制造、軟件的支持，又使整個系統(tǒng)成本降低，使產(chǎn)品更容易進入市場被消費者所接受，更具有競爭力。 ARM 微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域 到目前為止， ARM 微處理器及技術(shù)的應(yīng)用幾乎已經(jīng)深入到各個領(lǐng)域： (1)工業(yè)控制領(lǐng)域：作為 32 的 RISC 架構(gòu)，基于 ARM 核的微控制器芯片不但占據(jù)了高端微控制器市場的大部分市場份額，同時也逐漸向低端微控制器應(yīng)用領(lǐng)域擴展， ARM 微控制器的低功耗、高性價比，向傳統(tǒng)的 8 位 /16 位微控制器提出了挑戰(zhàn)。 (2)無線通訊領(lǐng)域：目前已有超過 85%的無線通訊設(shè)備采用了 ARM 技術(shù)， ARM以其高性能和低成本，在該領(lǐng)域的地位日益鞏固。 (3)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：隨著寬帶技術(shù)的推廣，采用 ARM 技術(shù)的 ADSL 芯片正逐步獲得競爭優(yōu)勢。此外， ARM 在語音及視頻處理上行了優(yōu)化，并獲得廣泛支持，也對 DSP的應(yīng)用領(lǐng)域提出了挑戰(zhàn)。 (4)消費類電子產(chǎn)品： ARM 技術(shù)在目前流行的數(shù)字音頻播放器、數(shù)字機頂盒和游戲機中得到廣泛采用。 (5)成像和安全產(chǎn)品：現(xiàn)在流行的數(shù)碼相機和打印機中絕大部分采用 ARM 技術(shù)。手機中的 32 位 SIM 智能卡也采用了 ARM 技術(shù)。 除此以外， ARM 微處理器及技術(shù)還應(yīng)用到許多不同的領(lǐng)域，并會在將來取得更加廣泛的應(yīng)用。 ARM 微處理器的特點 采用 RISC 架構(gòu)的 ARM 微處理器一般具有如下特點： (1) 體積小、低功耗 、低成本、高性能； (2) 支持 Thumb（ 16 位） /ARM（ 32 位）雙指令集，能很好的兼容 8 位 /16 位器 件； (3) 大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快； 8 (4) 大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成； (5) 尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高； (6) 指令長度固定 ARM 微處理器的系列 ARM 微處理器目前包括下面幾個系列，以及其它廠商基于 ARM 體系結(jié)構(gòu)的處理器，除了具有 ARM 體系結(jié)構(gòu)的共同特點以外，每一個系列的 ARM 微處理器都有各自的特點和應(yīng)用領(lǐng)域。 (1) ARM7 系列 (2) ARM9 系列 (3) ARM9E 系列 (4) ARM10E 系列 (5) SecurCore 系列 (6) Inter 的 Xscal (7) Inter 的 StrongARM 其中， ARM ARM ARM9E 和 ARM10 為 4 個通用處理器系列，每一個系列提供一套相對獨特的性能來滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。 SecurCore 系列專門為安全要求較高的應(yīng)用而設(shè)計。 Linux 操作系統(tǒng)簡介 Linux操作系統(tǒng)是可以運行在許多不同類型的計算機上的一種操作系統(tǒng)的“內(nèi)核”。在所有操作系統(tǒng)中， Linux是發(fā)展最快、應(yīng)用最廣泛的。它是提供命令行或者程序與計算機硬件之間接口的軟件的核心部分。 Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核管理以下事情：比如內(nèi)存采用什么方法以及在什么時候打開或者關(guān)閉文件、哪一個進程或者程序可以獲得計算機的中央處理單元（ CPU）等等。 雖然大多數(shù) Linux 系統(tǒng)運行在 PC 平臺上，但 Linux 也可以作為嵌入式系統(tǒng)的可靠主力。 Linux 流行的“ backtobasics”方法使得它的安裝和管理比 UNIX 更加簡單靈活，這對于那些 UNIX 專家們來說又是一個優(yōu)點，他們已經(jīng)因為 Linux 中有許多命令和編程接口同傳統(tǒng)的 UNIX 一樣而賞識它了。典型的壓縮包裝 Linux 系統(tǒng)經(jīng)過打包，在擁有硬盤和大容量內(nèi)存的 PC 機上運行，嵌入式系統(tǒng)可不要這么高的配置。一個功能完備的 Linux 內(nèi)核要求大約 1 MB 內(nèi)存。而 Linux 微內(nèi)核只占用其中很小一部分內(nèi)存，包括虛擬內(nèi)存和所有核心的操作系統(tǒng)功能在內(nèi)，只需占用 Pentium CPU 系統(tǒng)的 100 K 內(nèi)存。只要有 500 K 的內(nèi)存，一個有網(wǎng)絡(luò)棧和基本實用程序的完全的 Linux 系統(tǒng)就可以在一臺 8 位總線（ SX）的 Intel 386 微處理器上運行的很好了。由于內(nèi)存要求常常是需要的應(yīng)用所決定的，比如 Web 服務(wù)器或者 SNMP 代理， Linux 系統(tǒng)甚至可以僅使用 256 KB ROM 和 512 KB RAM 進行工作。因此它是一個瞄準嵌入式市場的輕量級操作 9 系統(tǒng)。 與傳統(tǒng)的實時操作系統(tǒng)相比（ RTOS），采用象嵌入式 Linux 這樣的開放源碼的操作系統(tǒng)的另外一個好處是 Linux 開發(fā)團體看來會比 RTOS 的供應(yīng)商更快地支持新的 IP 協(xié)議和其它協(xié)議。例如，用于 Linux 的設(shè)備驅(qū)動程序要比用于商業(yè)操作系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動程序多，如 網(wǎng)絡(luò)接口卡（ NIC）驅(qū)動程序以及并口和串口驅(qū)動程序。 核心 Linux 操作系統(tǒng)本身的微內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)相當簡單。網(wǎng)絡(luò)和文件系統(tǒng)以模塊形式置于微內(nèi)核的上層。驅(qū)動程序和其它部件可在運行時作為可加載模塊編譯到或者是添加到內(nèi)核。這為構(gòu)造定制的可嵌入系統(tǒng)提供了高度模塊化的構(gòu)件方法。而在典型情況下該系統(tǒng)需結(jié)合定制的驅(qū)動程序和應(yīng)用程序以提供附加功能。嵌入式系統(tǒng)也常常要求通用的功能，為了避免重復(fù)勞動，這些功能的實現(xiàn)運用了許多現(xiàn)成的程序和驅(qū)動程序，它們可以用于公共外設(shè)和應(yīng)用。 Linux 可以在外設(shè)范圍廣泛的多數(shù)微處理器上運行， 并早已經(jīng)有了現(xiàn)成的應(yīng)用庫。 Linux 正在嵌入式開發(fā)領(lǐng)域穩(wěn)步發(fā)展。因為 Linux 使用 GPL，所以任何對將 Linux 定制于 PDA、掌上機或者可佩帶設(shè)備感興趣的人都可以從因特網(wǎng)免費下載其內(nèi)核和應(yīng)用程序，并開始移植或開發(fā)。許多 Linux 改良品種迎合了嵌入式／實時市場。它們包括 RTLinux（實時 Linux）、 uclinux（用于非 MMU 設(shè)備的 Linux）、 Montavista Linux（用于 ARM、MIPS、 PPC 的 Linux 分發(fā)版）、 ARMLinux（ ARM 上的 Linux）和其它 Linux 系統(tǒng)。 GPRS 無線通訊簡介 GPRS（ General Packet Radio Service）是通用分組無線業(yè)務(wù)的簡稱，采用的是基于 GSM 系統(tǒng)的無線高速數(shù)據(jù)分組傳輸技術(shù)，目前理論傳輸速率為 115kbps。 GPRS 業(yè)務(wù)于2021 年 7 月開始在國內(nèi)移動通信業(yè)推出，第一期工程在全國東部 16 個省的 25 個城市開通并進入試商用。試商用的 GPRS 系統(tǒng)能夠提供傳輸速率為 30～ 50 kbps 的分組業(yè)務(wù)。GPRS 的出現(xiàn)，很大程度是為多媒體、互聯(lián)網(wǎng)通信服務(wù)，將從根本上改變原有的 GSM 的基于話 音服務(wù)。 GPRS 基本原理是，當用戶上傳或下載互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)不是利用當時承載服務(wù)所采用的電路連接，而是利用分組將數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳送，達到多用戶間對網(wǎng)絡(luò)資源的共享，同時網(wǎng)絡(luò)運營機構(gòu)還可以最大限度地使用現(xiàn)有 GSM 設(shè)備，避免了 GSM 設(shè)備投資的浪費。另外，數(shù)據(jù)傳送使用 GPRS，而語音傳送使用 GSM，使下載資料和通話可以同時進行。為此，它不但可以為 GPRS 用戶提供 GSM 移動電話通信的所有功能，更為突出的是為 GPRS 用戶提供了一種更快捷，更方便，更便宜，更持久的移動上網(wǎng)方式。 GPRS 目前被認為是移動通信 從第二代向第三代過渡的重要一環(huán)。 GPRS 基本原理是，當用戶上傳或下載互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)不是利用當時承載服務(wù)所采用的電路連接，而是利用分組將數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳送，達到多用戶間對網(wǎng)絡(luò)資源的共享，同時網(wǎng)絡(luò)運營機構(gòu)還可以最大限度地使用現(xiàn)有 GSM 設(shè)備，避免了 GSM 設(shè)備投資的浪費。 10 另外，數(shù)據(jù)傳送使用 GPRS，而語音傳送使用 GSM，使下載資料和通話可以同時進行。為此，它不但可以為 GPRS 用戶提供 GSM 移動電話通信的所有功能，更為突出的是為 GPRS 用戶提供了一種更快捷，更方便，更便宜，更持久的移動上網(wǎng)方式。 GPRS 目前被認為是移動通信從第二代向第三代過渡的重要一環(huán) [5]。 嵌入式開發(fā)平臺搭建 ARM 處理器選型 如前文所述 ARM 微處理器目前包括下面 ARM7,ARM9,ARM9E,ARM10E,SecurCore, Xscale, StrongARM 等幾個系列 . 鑒于當前電子市場上的情況 ,在此我主要討論一下ARM7 與 ARM9 這兩種主流處理器的特點及應(yīng)用領(lǐng)域。 ARM7 微處理器系列 : ARM7 系列微處理器為低功耗的 32 位 RISC 處理器，最適合用于對價位和