【導(dǎo)讀】通過WSNs在茶園建立旱情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將大大提高茶園集約化、自動(dòng)化管理。而WSNs要真正投入使用，則不能完全孤立存在，需要通過網(wǎng)關(guān)設(shè)備接入外部。網(wǎng)絡(luò)，提供用戶對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程訪問和監(jiān)測(cè)。本文提出了一種基于嵌入式系統(tǒng)茶園WSNs旱情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)方案。路主要包括存儲(chǔ)器系統(tǒng)、串行通信接口、以太網(wǎng)接口、PCMCIA接口和其他電路系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了DB51標(biāo)準(zhǔn)接口單元，為其他數(shù)據(jù)傳輸方式的添加預(yù)留了接口。為數(shù)據(jù)信息的傳輸載體，向遠(yuǎn)程終端發(fā)送傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)。保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)撵`活性、實(shí)時(shí)性、可靠性和適應(yīng)性。

　　

【正文】 口電路如圖 所示。 AVSS01nELCS2EECS3EESK4EEDATAOUT5EEDATAIN6nCHAIPSEL7DVSS18DVDD19DVSS1A10DMARQ211nDMACK212DMARQ113nDMACK114DMARQ015nDMACK016nCSOUT17SD1518SD1419SD1320SD1221DVDD222DVSS223SD1124SD1025S D 926S D 827n M E M W28n M E M R29IN T R Q 230IN T R Q 131IN T R Q 032n IO C S 1633n M E M C S 1 634IN T R Q 335n S B H E36S A 037S A 138S A 239S A 340S A 441S A 542S A 643S A 744S A 845S A 946S A 1047S A 1148n R E F R E S H49S A 1250SA1351SA1452SA1553SA1654DVSS355DVDD356DVSS3A57SA1758SA1859SA1960nIOR61nLOW62AEN63IOCHRDY64SD065SD166SD267SD368DVDD469DVSS470SD471SD572SD673SD774RESET75n T E S T76n S L E E P77n B S T A T /n H C l78D I+79D I80C I+81C I82DO+83DO84AVDD285A V S S 286T X D +87T X D 88A V S S 189AVDD190R X D +91R X D 92R E S93A V S S 394AVDD395A V S S 496X T A L 197X T A L 298n L I N K E / nH C 099n L A N L E D1 00U9C S 89 0 0U1C S 89 0 0ld d r[ 0. ..9 ]L A D D R [ 0. ..9 ]L A D D R 0L A D D R 1L A D D R 2L A D D R 3L A D D R 4L A D D R 5L A D D R 6L A D D R 7L A D D R 8L A D D R 9L A D D R 1 0L A D D R 1 1L A D D R 1 2L A D D R 1 3L A D D R 1 4L A D D R 1 5L A D D R 1 6L A D D R 1 7L A D D R 1 8L A D D R 1 9LDATA0LDATA1LDATA2LDATA3LDATA4LDATA5LDATA6LDATA7L D A T A 8L D A T A 9L D A T A 1 0L D A T A 1 1L D A T A 1 2L D A T A 1 3L D A T A 1 4L D A T A 1 5V D D 33L N W B E 1E IN T 9n E e M Rn M E M Wn E e M Rn M E M WE IN T 9V D D 33R 3 23 30R 3 33 30Y1D1L IN KD2L IN KR 3 14 .9 9 KR X D +R X D T X D +T X D V D D 33V D D 33R 2 94 .7 kV D D 33V D D 33R E S E TL A D D R [ 0. .7 ]L A D D R [ 0. .7 ] 圖 CS8900 芯片接口電路 PCMCIA 接口電路 本開發(fā)板 PCMCIA 接口通過專用擴(kuò)展芯片 CLPD6710 擴(kuò)展而得，芯片的片選讀寫連接到 CPU 的 nGCS2 引腳上，對(duì)應(yīng)內(nèi)存空間： 0x100000000x17FFFFFF。接口如圖 所示 。 茶園旱情監(jiān)測(cè) WSNs 網(wǎng)關(guān) 通過該接口 ，直接連 GRRS 無線網(wǎng)卡遠(yuǎn)程接入數(shù)據(jù)中心。 20 系統(tǒng)本地連接接口 USB 接口電路 S3C2410X 提供了兩個(gè)主 USB 接口，和一個(gè)從 USB 接口，其中的一個(gè)主 USB 接口和從 USB 接口是復(fù)用的，開發(fā)板可用跳線來選擇使用主 USB 還是從 USB。兩個(gè)主USB 口用來接 U 盤、 USB 鼠標(biāo)、 USB 鍵盤等 USB 設(shè)備，從 USB 用來和工作站連接，在 Linux 系統(tǒng)開發(fā)時(shí)和主機(jī)通訊，下載 Linux 內(nèi)核等。電路如圖 所示。 圖 PCMCIA 接口電路 圖 USB 接口電路 21 串口電路 S3C2410X 內(nèi)部集 成有三路串口，串口 1 通常在系統(tǒng)調(diào)試的時(shí)候會(huì)用到，串口 2和串口 3 可以連接各種串口設(shè)備， 將 的串口信號(hào)通過 MAX3232 串口電平轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)備 RS232 電平即可，如圖 所示。本網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)用串口 2 連接擴(kuò)展的DB51 針匯聚節(jié)點(diǎn)接口。 圖 串口電路 JTAG 接口電路 S3C2410 內(nèi)部集成 JTAG 接口，支持 JTAG 調(diào)試，電路設(shè)計(jì)時(shí)直接將 JTAG 信號(hào)引出即可。電路如圖 所示。 圖 JTAG 接口電路 電源模塊 網(wǎng)關(guān)內(nèi)部需要 5V， 和 三種電壓，外部供電電源為交流 220V，通過變壓器和整流橋轉(zhuǎn)換為直流后經(jīng)過 7805 芯片產(chǎn)生 5V的直流，再分別經(jīng)過 和 產(chǎn)生 和 的直流，作為基站的電源系統(tǒng)。 7805 和 LM1117 的 22 最大輸出電流都可以達(dá)到 800mA，可以為基站提供足夠的功率。電路如圖 所示。 圖 電源電路 匯聚節(jié)點(diǎn)接口設(shè)計(jì) 在本課題中，匯聚節(jié)點(diǎn) MICAz 通過 DB51 針的連接器與 開發(fā) 板上的 DB9 串口COM2 連接，其中用于串行通信的信號(hào)為 TXC、 RXC，電源信 和地信號(hào)分別為 VCC和 GND。匯聚節(jié) 點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)的接 口如圖 所示。 圖 匯聚節(jié)點(diǎn)接口 23 GPRS 無線上網(wǎng)卡 aircard750 說明 本課題 使用了 aircard750 無線上網(wǎng)卡作為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù) GPRS 數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠布?，實(shí)物如 圖 所示。 該卡 系全球無線網(wǎng)卡業(yè)的先鋒加拿大 Sierra Wireless 公司研制開發(fā) ，廣泛應(yīng)用于筆記本、 PDA 等手持設(shè)備作為連入互聯(lián)網(wǎng)的 GPRS 終端設(shè)備。支 持 GPRS12 標(biāo)準(zhǔn)， 4 條上行通道和 4 條下行通道。上、下行速率最高可達(dá)到 ，同步支持 GPRS 數(shù)據(jù)、短信息和語(yǔ)音功能 。 支持 900/1800、 1900Mhz 三 個(gè)無線電 頻段，GPRS/GSM 雙網(wǎng)絡(luò)支持。 360 度可旋轉(zhuǎn)天線，信號(hào)捕獲能力 強(qiáng) 。 接口是 標(biāo)準(zhǔn) PCMCIA尺寸 。開發(fā)使用時(shí)，直接 連接 S3C2410 開發(fā)板的 PCMCIA 槽 。在下一章里，本文將介紹如何在網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)里實(shí)現(xiàn) aircard750 的驅(qū)動(dòng)和 PPP 遠(yuǎn)程接入。除此之外，利用aircard750 實(shí)現(xiàn) GPRS 數(shù)據(jù)傳輸還需要一張開通了 GPRS 業(yè)務(wù)的 SIM 卡。 本章小結(jié) 本章介紹了茶園 WSNs 旱情監(jiān)測(cè)網(wǎng)關(guān) 所使用的嵌入式 開發(fā)板硬件資源和相關(guān)電路設(shè)計(jì)，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了網(wǎng)關(guān)與匯聚節(jié)點(diǎn)的接口電路 ，并 介紹了遠(yuǎn)程無線接入數(shù)據(jù)中心所用的網(wǎng)卡 aircard750。 圖 aircard750 24 4 網(wǎng)關(guān) Linux 平臺(tái) 的建立 在完成 網(wǎng)關(guān) 系 硬件平臺(tái)的搭建后， 要讓網(wǎng)關(guān)正常運(yùn)行 必須完成 開發(fā)環(huán)境的建立、系統(tǒng)的引導(dǎo)和 Linux 操作系統(tǒng)在 ARM 平臺(tái)上的移植工作。 開發(fā)環(huán)境的建立 在嵌入式開發(fā)過程中有宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)的角色之分：宿主機(jī)是執(zhí)行編譯、鏈接、定制過程的計(jì)算機(jī)；目標(biāo)機(jī) 指運(yùn)行嵌入 軟件的硬件平臺(tái)。首先須把應(yīng)用程序轉(zhuǎn)換成可以在目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行的二進(jìn)制代碼。這一過程包含三個(gè)步驟：編譯、鏈接、定址 。編譯過程由交叉編譯器實(shí)現(xiàn)。所謂 交叉 編譯器就是運(yùn)行在一個(gè)計(jì)算機(jī)平臺(tái)上并為另一個(gè)平臺(tái)產(chǎn)生代碼的編譯器。交叉編譯的硬件環(huán)境如圖 所示 。 如上所述，嵌入式系統(tǒng) 軟件必須借助于其它的設(shè)備或平臺(tái)輔助開發(fā) ， 建立“宿主機(jī) — 目標(biāo)機(jī)”模式交叉開發(fā)平臺(tái)。 本設(shè)計(jì) 采用提供開發(fā)板公司提供的交叉編譯器，這樣可靠性會(huì)比較高。 用實(shí)驗(yàn)室一臺(tái) PC 作為宿主機(jī)安裝好 Linux 操作系統(tǒng) Fedora6， 里面建立一個(gè)能編譯 armlinux 內(nèi)核及驅(qū)動(dòng)、應(yīng)用程序等開發(fā) 環(huán) 境的步驟如下。 1)在宿主機(jī)上安裝 Fedora6 操作系統(tǒng)。 2)先將光盤掛 載，然后將 光盤目錄 /linux 中的 、 和 拷貝到 /usr/S3C2410/新建 目錄下： mount /dev/cdrom /mnt/cdrom mkdir /usr/s3c2410 */建立一個(gè)新目錄 cp /mnt/cdrom/linux/ /usr/S3C2410 cp /mnt/cdrom/linux/ /usr/S3C2410 3)然后進(jìn)入到該目錄，執(zhí)行解壓命令： cd /usr/S3C2410 tar xvzf \ tar xvzf \ 執(zhí)行該命令，將把 armlinuxgcc( 版本 和 ）分別安裝到 圖 交叉開發(fā)硬件環(huán)境 25 /usr/local/arm/ 和 /usr/local/arm/ 目錄，其中 版本是用來編譯 VIVI 的， 版本是用來編譯內(nèi)核的，兩個(gè)版本均可以用來編譯應(yīng)用程序 。 4)運(yùn)行命令 PATH=$PATH:/usr/local/arm/。 5)重啟系統(tǒng)后 設(shè)置生效，到此交叉環(huán)境已經(jīng)成功安裝。并把開發(fā)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)所需要的VIVI Bootloader、 Linux kernel、 JFFS2 文件系統(tǒng)源碼一并拷貝到宿主機(jī) Federo 環(huán)境下。 Bootloader 的移植 Bootloader 相當(dāng)于 PC 機(jī)主板上的 BIOS， 它是嵌入式系統(tǒng)上電后執(zhí)行的 第一個(gè)程序，并由它最終將操作系統(tǒng)啟動(dòng)起來并將控制權(quán)交給操作系統(tǒng) （孫天澤 ， 20xx）。一些 ARM 平臺(tái)可以用同一種 Bootloader， 但是總的說來每一個(gè)特定系統(tǒng) Bootloader 都會(huì)有所不同。 Bootloader 引導(dǎo)程序最基本的功能是對(duì)硬件系統(tǒng)的初始化和內(nèi)核啟動(dòng)參數(shù)設(shè)置并啟動(dòng)內(nèi)核。 Bootloader 的主要功能有 ： ? 初始化 CPU 的主頻、 SDRAM、中斷、串口等硬件 ； ? 啟動(dòng) Linux 內(nèi)核并提供一個(gè) RAMDISK； ? 通過串口下載內(nèi) 核或 RAMDISK 到目標(biāo)板； ? 將修改過的內(nèi)核或 RAMDISK 寫入到 Flash 內(nèi) ； ? 為用戶提供一個(gè)命令接口。 Bootloader 引導(dǎo)程序分為 stagel 和 stage2 兩個(gè)階段。依賴于 CPU 的體系機(jī)構(gòu)的代碼，比如設(shè)備初始化等，放在 stagel 中，采用 ARM 匯編語(yǔ)言來實(shí)現(xiàn) 。 stage2 用 C語(yǔ)言來實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能，同時(shí)代碼具有更好的可讀性和可移植性。 ? Bootloader 的 stagel stag