【正文】 c d e vd e v _ t F i l e _ o p e r a t i o n so p e n ( ) r e a d ( ) I o c t l ( )?模 塊 卸 載 函 數(shù)模 塊 加 載 函 數(shù)用 戶 空 間系 統(tǒng) 調(diào) 用i n s m o dr m m o d圖 字符設(shè)備與用戶空間關(guān)系 想要設(shè)備正常工作，就必須要按圖 所示先 加載設(shè)備驅(qū)動模塊，然后才能正 確調(diào)用 open()、 read()、 write()、 ioctl()函數(shù)操作系統(tǒng)硬件設(shè)備。 一般來說， Linux 系統(tǒng)將設(shè)備分為 3 種類型：字符設(shè)備、塊設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備。 Linux 內(nèi)核本身就是一個單內(nèi)核，具有效率高的優(yōu)點，也具有可擴(kuò)展性和 可維護(hù)性差的缺陷，模塊機(jī)制就是為了彌補(bǔ)這一缺陷而設(shè)計的。設(shè)備驅(qū)動程序是 操作系統(tǒng)的一部分，通常運行在內(nèi)核層。 2020屆計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 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(yuǎn)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(yù)防小 孩墜樓模塊。用來臨時掛載光盤、移動存儲設(shè)備等。 ? /root 存放系統(tǒng)管理員（ root）的主文件夾的，即是根用戶的目錄。 ? /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(fù)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(wù)的其實文件等。 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(jìn)程、系統(tǒng)配置文件、文件系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等等的工具集、鏈接庫等等。 根文件系統(tǒng) 文件系統(tǒng)是對一個存儲設(shè)備上的數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)進(jìn)行組織的機(jī)制。一套基于 Linux內(nèi)核的完整操作系統(tǒng)叫作 Linux 操作系統(tǒng)，或是 GNU/Linux。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。在此不用自己來移植 bootloader。 bootloader位于最底層，首先被運行來引導(dǎo)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(yán)重地依賴于硬件，特別是在嵌入式世界。 （ 2） linux 內(nèi)核，特定于嵌入式平臺的定制內(nèi)核。接著在 Fedora 的終端上運行命令 gedit /etc/exports ， 編 輯 nfs 服 務(wù) 的 配 置 文 件 ， 添 加 以 下 內(nèi) 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。 在嵌入式開發(fā)環(huán)境中，通過 NFS 服務(wù)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]。 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(shè)置，這十分不利于初學(xué)者使用，也降低了開發(fā)的效率；自從 開始 (Mini2440 所配內(nèi)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(shè)置步驟。首 先安裝 vmware并下載 鏡像，安裝好 Fedora 操作系統(tǒng)。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。 YAFFS2 是第一個專門為 Nandflash 存儲器設(shè)計的嵌 入式文件系統(tǒng)，適用于大容量的存儲設(shè)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。 Linux 作為一款開源軟件，具有功能強(qiáng)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。由于操作系統(tǒng)多數(shù)是采用西文方式，是否支持雙字節(jié)編碼方式，是否遵循 GBK， GB18030 等各種國家標(biāo)準(zhǔn)，是否支持中文輸入與處理，是否提供第三方中文輸入接口是針對國內(nèi)用戶的嵌入式產(chǎn)品的必需考慮的重要因素。 Linux 免費， WinCE 等商業(yè)系統(tǒng)需要支付許可證使用費，但這都不是問題的答案。 Linux 由于其源代碼開放的天生魅力，在定制能力方面具有優(yōu)勢。而這就要求有一個高性能、高可靠的 GUI 的支持。產(chǎn)品開發(fā)不同于學(xué)術(shù)課題研究，它是以快速、低成本、高質(zhì)量的推出適合用戶需求的產(chǎn)品為目的的。良好的軟件可移植性，可以在不同平臺、不同系統(tǒng)上運行，跟操作系統(tǒng)無關(guān)。 Linux 出現(xiàn)時間較早， 現(xiàn)成資源 較多 。 選擇嵌入式操作系統(tǒng)的依據(jù) 在選擇軟件開發(fā)方式和操作系統(tǒng)的時候，不僅要考慮到對硬件系統(tǒng)的支持，還要考慮軟件開發(fā)的周期等問題。 ? Windows CE Windows CE 是微軟公司在嵌入式操縱系統(tǒng)市場上的一個重要的產(chǎn)品，它是一個開放的、可升級的 32 位操作系統(tǒng)，是基于掌上型電腦類的電子設(shè)備操作系統(tǒng)，它可以移植能夠開發(fā)多種企業(yè)和客戶類設(shè)備。它是由 PDA 操作系統(tǒng)開發(fā)的先驅(qū)者 Palm Computing 公司開發(fā)的。它基于微內(nèi)核的體系結(jié)構(gòu)、整個系統(tǒng)有四百多個相對獨立、短小精煉的目標(biāo)模塊組成，用戶可以行剪裁和配置，根據(jù)自己的需要來選擇適當(dāng)?shù)哪K。它的內(nèi)核本身并不支持文件系統(tǒng)，但它具有良好的擴(kuò)展性能，如果需要的話可以自行加入。 目前，網(wǎng)絡(luò)上無論是研究 Linux 操作系統(tǒng)還是研究嵌入式 Linux 的開發(fā)團(tuán)隊都有很多，各種相應(yīng)的程序以及文檔也比較豐富。 （ 2） 優(yōu)秀的開發(fā)工具 :嵌入式 Linux 提供了一套完整的工具鏈 （ 3） 免費，開發(fā)源代碼： Linux 是開發(fā)源碼的自由操作系統(tǒng)，用戶可以根據(jù)自己的應(yīng)用需要方便對內(nèi)核進(jìn)行修改和優(yōu)化。三極管具有良好的信號放大功能，信號經(jīng)過三極管的放大后，再接入繼電器，可以實現(xiàn)對繼電器的控制，最終實現(xiàn)對交流電路的控制 . 軟件系統(tǒng)介紹 幾種嵌入式操作系統(tǒng)的比較 目前市場上流行的嵌入式操作系統(tǒng)比較多 ,下面對其進(jìn)行性能比較 : 梁力源：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng) 16 ? 嵌入式 Linux Linux 是 1991 年由荷蘭人 LinusTorvalds 發(fā)明的，從誕生到現(xiàn)在的短短幾十年時間，Linux 已經(jīng)發(fā)展成為一個 功能強(qiáng)大、設(shè)計完善的操作系統(tǒng)，不僅在通用操作系統(tǒng)領(lǐng)域與Windows 等商業(yè)系統(tǒng)分庭抗?fàn)?，而在在新興的嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域也獲得了飛速的發(fā)展。因此，就要設(shè)計一個環(huán)節(jié)來銜接，這個銜接環(huán)節(jié)就是“功率驅(qū)動”。通常應(yīng)用于自動化的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關(guān)”。本設(shè)計采用獨立按鍵模式，連接好電路后給芯片的 23 腳一個電平信號即 可播放提前錄好的聲音。 ISD1760 語音芯片 語音報警部分采用 isd1760 語音芯片來完成 。它可以用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強(qiáng)等。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。 圖 DS18B20 引腳電路圖 MQ2 煙霧傳感器 MQ2 氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。 （ 2） GND 為電源地。 ? 測溫范圍 55℃ ~+125℃，固有測溫分辨率為 ℃。 DS18B20 的主要特征 和引腳封裝原理圖梁力源：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng) 12 如下： ? 全數(shù)字轉(zhuǎn)換及輸出。 要實現(xiàn)發(fā)短信或語音功能主要是通過開發(fā)板串口發(fā)送 AT 指令經(jīng) max232 把 TTL電平轉(zhuǎn)換成 RS232 電平并處理 TC35 反饋回來的信息來進(jìn)行的。 ? 音頻接口：模擬信號（麥克風(fēng)，耳麥，免提手柄）。 ? 頻段：雙頻 GSM900MHz 和 DCS1800 MHz(Phase 2+) 。在 GSM2020屆計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 網(wǎng)絡(luò)日臻完善的今天，它易于集成，可以在較短的時間內(nèi)花費較少的成本開發(fā)出新穎的產(chǎn)品。 ? 規(guī)格尺寸： ? 100 x 100(mm) 。 ? 系統(tǒng)時鐘源： ? 12M 無源晶振。 ? 1 個 I2C 總線 AT24C08 芯片，用于 I2C 總線測試。 ? 4 USER Leds 。 ? 1 個 USB Slave B 型接口。 ? 標(biāo)準(zhǔn)配置為統(tǒng)寶 真彩 LCD，分別率 240x320，帶觸摸屏。 ? FLASH 存儲： ? 256M Nand Flash, 掉電非易失。它采用了更多的晶體管，能夠達(dá)到兩倍以上于 ARM7 處理器的處理能力。在實際開發(fā)中先在 ARM Linux 中編寫每個模塊的驅(qū)動程序，編譯加載驅(qū)動后應(yīng)用層方能操作硬件模塊 ，手機(jī)通過收發(fā)短信的方式通過應(yīng)用層程序與硬件模塊通信達(dá)到控制硬件的目的。 系統(tǒng)總體 架構(gòu) 設(shè)計 本課題旨在設(shè)計一套智能家居系統(tǒng) ， 根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計需求， 本控制系統(tǒng)采用分布式控制方式對智能家居的各部分進(jìn)行統(tǒng)一控制，主要包括遠(yuǎn)程監(jiān)控家電 (包括臺燈、風(fēng)扇 ) 部分，具有語音提示功能的密碼鎖防盜部分，窗戶自動關(guān)窗預(yù)防小孩墜樓部分，煙霧濃度監(jiān)測自動報警部分。智能家居系統(tǒng)大部分時間都在運行，必須高度重視系統(tǒng)的安全性、可靠性和容錯能力，保證系統(tǒng)正常安全使用、質(zhì)量、性能良好，具備應(yīng)付各種復(fù)雜環(huán)境變化的能力。 用戶界面及其 他需求 分析 智能家居相關(guān)的設(shè)備都是跟人們生活息息相關(guān)的， 因而智能家居系統(tǒng)必須要求用2020屆計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 戶界面友好，用戶體驗效果良好，并且使用戶可以很容易掌握 操作流程 ，同時要求實用、舒適和 有個性等 。 （ 2） 在家居的門口安裝了 4*4 鍵盤，當(dāng)用戶輸入正確的密碼可以把門打開，用戶通過其他非法手段比如撬開鎖時，系統(tǒng)及時啟動報警模塊，達(dá)到防盜的功能。在軟件方面，出現(xiàn)了豐富的支持嵌入式設(shè)備的軟件，使嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)的難度降低，出現(xiàn)了大量專注于嵌入式的企業(yè)，使嵌入式開發(fā)中能得到良好的技術(shù)支持。最后簡單介紹了本智能家居系統(tǒng)的基本內(nèi)容 和設(shè)計思路。而且 在現(xiàn)在這個注重綠色環(huán)保的世界里，智能地 為住戶控制好空氣的濕度、溫度等，檢查分析空氣成分，讓住戶安心入住。 本 課題研究的目的和意義 根據(jù)前面提到的一些調(diào)查結(jié)果及數(shù)據(jù)可以看出，雖然目前智能家居系統(tǒng)有了一定的發(fā)展，并且市場上也開始出現(xiàn)相應(yīng)的產(chǎn)品，但從總體的發(fā)展來看，不容樂觀，特別是統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)威產(chǎn)品的缺乏嚴(yán)重影響了家居智能化的發(fā)展。其智能家居控制系統(tǒng)主要有以下三個部分： A 系列：遵循 EIB 協(xié)議的家庭控制產(chǎn)品，適用于中高檔住宅區(qū)。目前，主要采梁力源：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng) 4 用國外的一些技術(shù)產(chǎn)品，但也有一些企業(yè)推出了自己的產(chǎn)品，主要有： （ 1） e 家庭（海爾），該系列產(chǎn)品以海爾電腦作為控制中心，各種網(wǎng)絡(luò)家電作為終端設(shè)備，海爾移動電話作為移動數(shù)字控制中心。 1999 年，建設(shè)部勘察設(shè)計司、建設(shè)部住宅產(chǎn)業(yè)化辦公室聯(lián)合組織實施全國住宅小區(qū)智能化技術(shù)示范工程，標(biāo)志著我國住宅小區(qū)智能化進(jìn)入了一個新階段。但是由于系統(tǒng)架構(gòu)、靈活性及產(chǎn)品價格等方面還難以達(dá)到要求，所以目前在國內(nèi)還較少應(yīng)用。 （ 2） EIB 系統(tǒng)（德國），該系統(tǒng)采用預(yù)埋總線及中央控制方式實現(xiàn)控制功能。 目前市場上出現(xiàn)得智能家居控制系統(tǒng)主要有： （ 1） X10 系統(tǒng)（美國），該系統(tǒng)是利用電力線作為網(wǎng)絡(luò)平臺，采用集中控制方式實 現(xiàn)。 在智能家居系統(tǒng)研發(fā)方面，美國及一些歐洲國家一直處于領(lǐng)先地位。 2020 年，新加坡有近 30 個社區(qū)的約 5000 戶家庭采用了這種家庭智能化系統(tǒng)，而美國的安裝住戶高達(dá) 4 萬戶。 最后是家居智能化（歐洲稱為 Smart Home，美國稱為 Wise House）階段，這個時期是面向系統(tǒng)設(shè)計的階段，系統(tǒng)通過家庭分布總線把住宅內(nèi)各種與信息相關(guān)的通信設(shè)備、家用電器、報警裝置并到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中進(jìn)行集中的監(jiān)控、管理，保持家電與環(huán)境的協(xié) 調(diào)，提供生活、工作、學(xué)習(xí)以及娛樂的各種優(yōu)質(zhì)服務(wù)，營造一種溫馨舒適的家庭氛圍。 它能夠自動控制和管理家電設(shè)備，對家庭環(huán)境的安全進(jìn)行監(jiān)控報警，并且能夠為梁力源：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng) 2 住戶提供安全舒適、高效便利的學(xué)習(xí)生活及工作環(huán)境。 智能家居是現(xiàn)代社會最熱門的話題之一，它的目標(biāo)是通過網(wǎng)絡(luò)等信息通信技術(shù)手段實現(xiàn)對家居電器等的智能控制，使其能夠按照人們的設(shè)定工作運行，而不論距離的遠(yuǎn)近。在我國，智能家居這一概念推廣較晚，約在 90 年代末家居智能化系統(tǒng)才得以進(jìn)入國內(nèi)，但發(fā)展速度驚人，至今已存在相當(dāng)數(shù)量的智能化小區(qū)及住宅。它既能給我們營造了溫馨舒適、安全便捷的生活環(huán)境，還能夠?qū)译娫O(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)控以及管理，當(dāng)家庭安全問題出現(xiàn)后還能及時 給我們相應(yīng)的警報。 該設(shè)計 通過對智能家居系統(tǒng)的分析，確定了總體架構(gòu)設(shè)計。不僅要求辦公自動化、智能化，也需要家居生活逐漸地變得自動和智能起來。 在當(dāng)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。建設(shè)