【導讀】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！第三浪潮，大國紛紛將其納為重點領域，顯而易見，它將影響到政治，軍事，經(jīng)濟，環(huán)境等方方面面，必在未來極大地改變人們的生活。物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術的重要組成部分。顧名思義，“物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。實現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。其在2020年的產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過2600. 智能醫(yī)療、智能農(nóng)業(yè)、智能環(huán)保和智能家居等。產(chǎn)品便利化的發(fā)展，未來智能家居市場潛力巨大。智能家居的基本目標是將家庭中各種信息相關的通信設備、家用電器和家用安防。持這些家庭設施與住宅環(huán)境的和諧與協(xié)調。智能家居系統(tǒng)將擁有更豐富的內容，系統(tǒng)也越來越復雜，功能也越來越齊全。在當前市場中，智能家居相比傳統(tǒng)家居、建材行業(yè)所占的市場份額還是微乎其微。隨著信息技術和Inter技術的飛速發(fā)展，智能家居技術在實現(xiàn)成

　　

【正文】 文輸入與處理，是否提供第三方中文輸入接口是針對國內用戶的嵌入式產(chǎn)品的必需考慮的重要因素。 智能家居系統(tǒng)并不需要很嚴格的實時性，而且在本系統(tǒng)的設計中，關鍵任務將可以由可編程器件實現(xiàn)，僅向系統(tǒng)提供一個狀態(tài)信息。操作系統(tǒng)的主要目的是方便開發(fā)友好的人機界面，縮短開發(fā)周期，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 嵌入式操作系統(tǒng)選擇了嵌入式Linux[10]。 Linux 作為一款開源軟件，具有功能強大，與硬件兼容性好， 可任意裁減等諸多特點，同時在 Linux 系統(tǒng)下支持很多開源軟件，在一定程度上減小了開發(fā)的難度。【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ 在版本方面，選擇 內核的 arm linux，該內核在原有內核的基礎上進行了一定程度的裁減，同時也是專門支持 ARM 系統(tǒng)芯片的 Linux 版本，這也為后期的進一步裁減做好了鋪墊的工作。 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。目前， Mini2440 開發(fā)板支持 Yaffs2。 YAFFS2 是第一個專門為 Nandflash 存儲器設計的嵌 入式文件系統(tǒng)，適用于大容量的存儲設備；并且是在 GPL（ GeneralPublicLicense）協(xié)議下發(fā)布的，可在其網(wǎng)站免費獲得源代碼。 CRAMFS 文件系統(tǒng)是專門針對閃存（如 NorFlash)設計的只讀壓縮的文件系統(tǒng)，采用實時解壓縮方式，小巧且速度快。 本設計采用 YAFFS2 文件系統(tǒng)，可以讀寫保存。系統(tǒng)主要采用 C 語言作為基本開發(fā)語言，在嵌入式開發(fā)中，語言的可移植性很重要。因為 Linux 是用 C 語言編寫的，對 C 語言有良好的函數(shù)庫的支持，其編譯出的代碼精簡，具有運行速度快和對底層開發(fā)支持好的特點。 本章小 結 本章通過對智能家居的分析，確定了系統(tǒng)總體架構設計，然后針對其方案進行軟硬件選型。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) 。 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ 第 3 章 建立 Linux 開發(fā)環(huán)境 搭建開發(fā)環(huán)境 安裝虛擬機、 Linux 操作系統(tǒng)、源代碼及其他工具 本設計是在虛擬機上安裝 Linux操作系統(tǒng) Fedora 版本而進行。首 先安裝 vmware并下載 鏡像，安裝好 Fedora 操作系統(tǒng)。 在操作終端上創(chuàng)建工作目錄 /opt/FriendlyARM/mini2440，在此終端上解壓安裝源代碼，此次用的是內核自帶的內核源代碼 : 。此次設計用開發(fā)板自動的 armqtopia 設計 qt 運行界面。 建立交叉編譯環(huán)境 在 Linux 平臺下，要為開發(fā)板編譯內核，圖形界面 Qtopia， bootloader，還有其他一些應用程序，均 需要交叉編譯工具鏈。 之前的系統(tǒng)，要使用不同的編譯器版本才能正常編譯各個部分，因此要在開發(fā)過程不斷切換設置，這十分不利于初學者使用，也降低了開發(fā)的效率；自從 開始 (Mini2440 所配內核已為最新的 )，我們把交叉編譯器統(tǒng)一為，下面是它的安裝設置步驟。 (1)將 復制到某個目錄下如 tmp\，然后進入到該目錄，執(zhí)行解壓命令： cd /tmp tar xvzf –C / (2) Step2：把編譯器路徑加入系統(tǒng)環(huán)境變量，運行命令 gedit /root/.bashrc 編輯 /root/.bashrc 文件，在最后一行添加： export PATH=$PATH: /opt/FriendlyARM/toolschain/保存退出， 注銷系統(tǒng)后，使設置生效，重新登錄系統(tǒng) (不必重啟機器，開始 logout 即可 )，在命令行輸入 armlinuxgcc – v，若沒有輸出錯誤信息即表示建立交叉編譯環(huán)境成功。 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ 配置網(wǎng)絡文件系統(tǒng) NFS NFS 是 Network File System 的簡寫，即網(wǎng)絡文件系統(tǒng)， NFS 允許一個系統(tǒng)在網(wǎng)絡上與他人共享文件。通過使用 NFS，用戶和程序可以像訪問本地文件一樣訪問別的系統(tǒng)上的文件。 在嵌入式開發(fā)環(huán)境中，通過 NFS 服務器，可以把 NFS 作為根文件系統(tǒng)來啟動開發(fā)板，通過使用 NFS 作為根文件系統(tǒng)，不僅使開發(fā)板的“硬盤”變得很大，還可以減少程序燒寫的次數(shù)，提供程序開發(fā)速度 [11]。下面介紹 NFS 服務器的安裝和配置。 ? 首先安裝 NFS 服務器 一般情況下系統(tǒng)默認按照好 NFS 服務，系統(tǒng)不默認安裝 的話，只需要下載兩個安裝包安裝即可： ? nfsutils*(包括基本的 NFS 命令與監(jiān)控程序 ) ? portmap*(支持安全 NFS RPC 服務的連接 ) ? 接著需要共享 Linux 系統(tǒng)和開發(fā)板目錄。 必須解壓安裝好 root_qtopia 目標板文件系統(tǒng)包。接著在 Fedora 的終端上運行命令 gedit /etc/exports ，編輯 nfs 服務的配置文件，添加以下內容/opt/FriendlyARM/mini2440/rootfs_qtopia_qt4 * （ rw,sync,no_root_squash ） ，其中/opt/FriendlyARM/**/rootfs_qtopia_qt4 表示 nfs 共享目錄。 ? 最后啟動 NFS 服務。 在命令行下運行以下命令即可： /etc/。 嵌入式軟件開發(fā)層次 本設計的軟件系統(tǒng) 一個嵌入式 Linux 系統(tǒng)從軟件角度來看可以分為三個層次： （ 1） 引導加載程序，包括固化在固件中的 boot 程序 (可選 )，和 Bootloader 部分兩大部分。 （ 2） linux 內核，特定于嵌入式平臺的定制內核。 （ 3） 文件系統(tǒng)，包括了系統(tǒng)命令和應用程序。一個同時裝有 BootLoader、內核的啟動參數(shù)、內核映像和根文件系統(tǒng)映像的固態(tài)存儲設備的典型空間分配結構圖如圖 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ 圖 空間分配結構圖 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（引導加載程序）是系統(tǒng)加電后運行的第一段軟件代碼 [12]。通過這段代碼實現(xiàn)硬件的初始化，建立內存空間的映射圖，為操作系統(tǒng)內核準備好硬件環(huán)境并引導內核的啟動。 bootloader位于最底層，首先被運行來引導操作系統(tǒng)運行，很容易可以看出 bootloader 是底層 程序所以它的實現(xiàn)嚴重地依賴于硬件，特別是在嵌入式世界。因此，在嵌入式世界里建立一個通用的 BootLoader 幾乎是不可能的。盡管如此，一些功能強大、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可的、較為通用的的 bootloader 實現(xiàn)。 此次開發(fā)板引導程序用的是 Supervivi，它是友善之臂基于 vivi 改進的一個簡單易用的 Bootloader。在此不用自己來移植 bootloader。 定制 Linxu 內核 Linux 是最受歡迎的自由電腦操作系統(tǒng)內核 。它是一個用 C 語言寫成，符合 POSIX標準的類 Unix 操作系統(tǒng)。 Linux 最早是由芬蘭黑客 LinusTorvalds 為嘗試在英特爾 x86架構上提供自由免費的類 Unix 操作系統(tǒng)而開發(fā)的。該計劃開始于 1991 年，在計劃的早期有一些 Minix 黑客提供了協(xié)助，而今天全球無數(shù)程序員正在為該計劃無償提供幫助。技術上說 Linux 是一個內核?！皟群恕敝傅氖且粋€提供硬件抽象層、磁盤及文件系統(tǒng)控制、多任務等功能的系統(tǒng)軟件。一個內核不是一套完整的操作系統(tǒng)。一套基于 Linux內核的完整操作系統(tǒng)叫作 Linux 操作系統(tǒng)，或是 GNU/Linux。 Linux 內核源代碼很龐大，想要短時間內讀懂大部分內核源代碼幾乎是不可能的，此次設計用的是開發(fā)板自帶的內核，版本號是 。首先把內核代碼解壓安裝 在 工 作目 錄 /opt/FriendlyARM/mini2440 ， 進 入 內 核代 碼根 目 錄， 執(zhí) 行“ cp config_mini2440_t35 .config_t35‖使用缺省的配置文件。然后執(zhí)行“ make menuconfig‖，打開內核配置界面，配置好內核后通過執(zhí)行“ make zImage‖命令編譯內核，編譯結束后【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ 在 /arch/arm/boot 目錄下生成 Linux 內核映像文件 zImage。 根文件系統(tǒng) 文件系統(tǒng)是對一個存儲設備上的數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)進行組織的機制。這種機制有利于用戶和操作系統(tǒng)的交互。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，所有應用用戶程序，都沒有辦法運行。 根文件系統(tǒng)，是 Linux/Unix 系統(tǒng)啟動的一個重要的組成部分，也是操作系統(tǒng)正常工作的必要組成部分。 Linux 要在一個分區(qū)上存放系統(tǒng)啟動所必需的文件，如 Init 進程、系統(tǒng)配置文件、文件系統(tǒng)及網(wǎng)絡系統(tǒng)等等的工具集、鏈接庫等等。這些存放在同一個分區(qū)中的基本且必需的文件合起來稱為根文件系統(tǒng)。根文件系統(tǒng)的基本目錄結構一般包括： /bin， /sbin， /etc， /proc， /dev， /bin， /usr， /lib， /tmp 等，如有需要可再添加。下面做簡單介紹： ? /bin 存放 root 與普通賬號的命令，由于這些命令在掛接其他文件系統(tǒng)之前就可以使用，所以 /bin 目錄和根文件系統(tǒng)在同一個分區(qū)中。 ? /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，它們用于啟動系統(tǒng)和修復系統(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、各種服務的其實文件等。 ? /lib 存放共享庫和可加載（驅動程序），共享庫用于啟動系統(tǒng)。運行根文件系統(tǒng)中的可執(zhí)行程序。 ? /home 系統(tǒng)默認的用戶文件夾，它是可選的，對于每個普通用戶，在 /home 目錄下都有一個以用戶名命名的子目錄，里面存放用戶相關的配置文件。 ? /root 存放系統(tǒng)管理員（ root）的主文件夾的，即是根用戶的目錄。 ? /usr 存放的是共享、只讀的程序和數(shù)據(jù)，這表明 /usr 目錄下的內容可以在 多個主機間共享，這些主要也符合 FHS 標準的。 ? /var 存放可變的數(shù)據(jù)，比如 spool目錄（ mail,news）， log 文件，臨時文件。 ? /mnt 存放臨時掛載某個文件系統(tǒng)的掛接點，通常是空目錄，也可以在里面創(chuàng)建一引起空的子目錄，比如 /mnt/cdram /mnt/hda1 。用來臨時掛載光盤、移動存儲設備等。 ? /tmp 存放臨時文件，通常是空目錄，一些需要生成臨時文件的程序用到的 /tmp 目錄【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ 下，所以 /tmp 目錄必須存在并可以訪問。 本章小結 本章主要介紹了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺搭建過程。分別對虛擬機安裝 ，交叉編譯環(huán)境、在 Linux 服務器上安裝交叉編譯工具鏈、嵌入式 Linux 內核的配置和編譯， YAFFS32文件系統(tǒng)的實現(xiàn) ，以及嵌入式軟件開發(fā)層次等。 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ 第 4 章 系統(tǒng)的實現(xiàn) 本智能家居系統(tǒng)分幾個模塊組成： GSM 遠程控制模塊，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，預防小 孩墜樓模塊。每個硬件模塊在嵌入式開發(fā)中稱為設備，每個設備想要 運行都要在 Linux 內核中編寫設備驅動程序。所謂設備驅動程序就是控制與管理硬件設備數(shù)據(jù)收發(fā)的軟件，它是應用程序與硬件設備溝通的橋梁。從本質上講設備驅動程 序主要負責硬件設備的數(shù)據(jù)讀寫、參數(shù)配置與中斷處理。設備驅動程序是 操作系統(tǒng)的一部分，通常運行在內核層。應用層通過系統(tǒng)調用進入內核層，內核層根據(jù)系統(tǒng)調用號來調用驅動程序對應的接口函數(shù)。 Linux 驅動程序運行的原理 如圖 所示。 應 用 程 序系 統(tǒng) 調 用用 戶 態(tài)驅 動 程 序硬 件 接 口 / 總 線內 核 態(tài) 圖 驅動程序運行原理 Linux 中的大部分驅動程序，是以內核模塊的形式編寫的，內核模塊是 Linux 內核向外部提供的一個接口。 Linux 內核本身就是一個單內核，具有效率高的優(yōu)點，也具有可擴展性和 可維護性差的缺陷，模塊機制就是