【正文】 嵌入式網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)到實(shí)際的應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走，隨著ZigBee廠家芯片的量產(chǎn)和物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的不斷完善，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)必將遍布世界各個(gè)角落，人們的生產(chǎn)和生活方式也必將隨之產(chǎn)生巨大的變化。（4）熟悉了軟硬件平臺(tái)的搭建，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新競(jìng)賽套件做了深入了解和學(xué)習(xí)。（2）收集分析和歸納整理了有關(guān)ZigBee的歷史、現(xiàn)狀以及最新進(jìn)展等方面的文獻(xiàn)資料和數(shù)據(jù)，對(duì)ZigBee技術(shù)有了比較清楚的認(rèn)識(shí)和了解。硬件平臺(tái)選用了奧爾斯物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新競(jìng)賽套件IOVT2530，以TI公司新一代移動(dòng)應(yīng)用處理器OMAP3530作為物聯(lián)網(wǎng)嵌入式網(wǎng)關(guān)處理器，基于ZigBee協(xié)議搭建了星型無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，給出了嵌入式網(wǎng)關(guān)的總體設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了ZigBee網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的連接和數(shù)據(jù)通信以及WSN的B/S構(gòu)架下的遠(yuǎn)程控制。6 總結(jié)和展望基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)受到越來(lái)越多的關(guān)注，應(yīng)用也愈加廣泛。圖514 溫濕度及光照信息節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)程控制端界面勾選相應(yīng)的選項(xiàng)，可以實(shí)現(xiàn)PC機(jī)對(duì)無(wú)線節(jié)點(diǎn)模塊的遠(yuǎn)程控制。網(wǎng)頁(yè)控制上面有溫濕度及光電信息節(jié)點(diǎn)和電壓電流的顯示以及 LED 燈、繼電器、蜂鳴器的控制，控制的時(shí)候 程序要保持運(yùn)行狀態(tài)。其中每一組ZigBee網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)有相同的PANID號(hào)，而各個(gè)節(jié)點(diǎn)的MAC地址各不相同（如IEEE項(xiàng)所示），協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)地址為0，其他通信節(jié)點(diǎn)模塊節(jié)點(diǎn)地址由協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡(luò)時(shí)發(fā)放，RSSI代表接收信號(hào)強(qiáng)度，LQI表示無(wú)線連接質(zhì)量。然后可以點(diǎn)擊“掛起”保存，這樣以后都不用再重新注冊(cè)了。3) 點(diǎn)擊 Web 按鈕，變?yōu)?NoWeb，確保電腦與網(wǎng)關(guān)在同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)，設(shè)置電腦和開(kāi)發(fā)板 IP 處于同一網(wǎng)段，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁(yè)控制之前需要先注冊(cè)一下 。通過(guò)按鈕可以對(duì)此節(jié)點(diǎn)上的蜂鳴器和 LED燈進(jìn)行控制。圖511 網(wǎng)關(guān)多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件連接● 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 文件拷貝到 CORTEX A8DB 開(kāi)發(fā)板上并雙擊打開(kāi)，可以看到0節(jié)點(diǎn)是協(xié)調(diào)器，通過(guò)點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕進(jìn)行控制1）溫濕度及光電傳感器節(jié)點(diǎn)，點(diǎn)擊“采樣開(kāi)始”，可以采集溫濕度及光電數(shù)據(jù)。SmartRF Flash Programmer下載界面如圖510所示，其中核心程序見(jiàn)附錄。各個(gè)節(jié)點(diǎn)模塊對(duì)應(yīng)的下載固件如下表所示： 節(jié)點(diǎn)編號(hào)對(duì)應(yīng)模塊CC2530 下載固件名稱1智能主板或插有RS232擴(kuò)展板的電源板模塊2其他模塊1) 按照以下圖59方法連接硬件，將CC2530仿真器的一端通過(guò)USB線（A型轉(zhuǎn)B型）連接到 PC機(jī)，另一端通過(guò)10Pin下載線連接到智能主板的CC2530 JTAG口（J203），打開(kāi)節(jié)點(diǎn)模塊電源。通過(guò)下拉框手動(dòng)選擇某個(gè)節(jié)點(diǎn)，可以看到此節(jié)點(diǎn)當(dāng)前信息并進(jìn)行控制。 （2）協(xié)調(diào)器會(huì)發(fā)起一次 Zigbee PRO網(wǎng)，并持續(xù)檢測(cè)是否有節(jié)點(diǎn)加入或離開(kāi)本網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的建立和維護(hù)外，還負(fù)責(zé)與上位機(jī)進(jìn)行通信，包括向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)和接收上位機(jī)的數(shù)據(jù)并無(wú)線轉(zhuǎn)發(fā)給下面各個(gè)節(jié)點(diǎn)。圖57 硬件系統(tǒng)連接 網(wǎng)關(guān)多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)通過(guò)嵌入式網(wǎng)關(guān)與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的配合，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集，嵌入式網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)觀察、維護(hù)與管理以及PC機(jī)對(duì)無(wú)線節(jié)點(diǎn)模塊的遠(yuǎn)程控制?！?協(xié)調(diào)器和通信節(jié)點(diǎn)程序下載使用IAR 開(kāi)發(fā)環(huán)境成功編譯和連接工程，并且沒(méi)有錯(cuò)誤信息提示后，需要連接硬件系統(tǒng)對(duì)各ZigBee模塊進(jìn)行程序下載。電源板及智能主板采用部分相同的電路設(shè)計(jì)（當(dāng)然物理尺寸不同），其中，電源板可認(rèn)為是智能主板的一個(gè)設(shè)計(jì)子集，如下圖556所示：圖55 智能主板圖56 電源板● 需要完成如下硬件環(huán)境的搭建：協(xié)調(diào)器：將一個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)模塊插入到帶LCD的智能主板的相應(yīng)位置，將溫濕度及光電傳感器模塊插入到智能主板的傳感及控制擴(kuò)展口位置。無(wú)線傳感網(wǎng)通信節(jié)點(diǎn)可作為路由器或者終端設(shè)備，路由器主要負(fù)責(zé)找尋、建立以及修復(fù)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的路由信息，并負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文，網(wǎng)絡(luò)終端具有加入、退出網(wǎng)絡(luò)的功能，并可以接收和發(fā)送網(wǎng)絡(luò)報(bào)文，但終端設(shè)備不允許路由轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文。電源板或智能主板：即實(shí)現(xiàn)無(wú)線節(jié)點(diǎn)模塊與傳感及控制模塊的連接，又實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)供電，目前主要兩節(jié)電池供電，保留外接電源接口，可以直接由直流電源供電。其結(jié)構(gòu)如下圖 53 所示：圖 53無(wú)線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)無(wú)線節(jié)點(diǎn)模塊：主要由射頻單片機(jī)構(gòu)成，MCU 是 TI 的 CC2530， 載頻，棒狀天線。 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的搭建及組網(wǎng)實(shí)現(xiàn) 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境的搭建宿主 PC 機(jī)上搭建Windows Embedded CE ：① 安裝 Visual Studio 2005(含有Platform Builder for CE ) ② 安裝 Visual Studio 2005 Team Suite Service Pack 1 ③ 安裝 Visual Studio 2005 SP1 Update for Vista（如果需要的話） ④ 安裝 Windows Embedded CE ⑤ 安裝 Windows Embedded CE Service Pack 1 ⑥ 安裝 Windows Embedded CE R2 ⑦ 安裝 Windows Embedded CE R3 ⑧ 安裝 Update 升級(jí)包PC 機(jī)上搭建ZigBee通信節(jié)點(diǎn)模塊下載環(huán)境：① 安裝 IAR EW8051集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（C/C++交叉編譯器和調(diào)試器） ② 安裝 SmartRF Flash Programmer軟件（閃存編程器） 在進(jìn)行相關(guān)軟件的安裝之前，務(wù)必保證開(kāi)發(fā)機(jī)上系統(tǒng)所在盤有足夠的空間，建議系統(tǒng)盤至少有 8GB的總空間，并在安裝這一切軟件之前至少有 4GB 的剩余空間 硬件模塊簡(jiǎn)介及硬件環(huán)境的搭建● 硬件模塊簡(jiǎn)介物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)IOVT2530如圖52所示：圖52物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)IOVT2530物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)IOVT2530 的功能特點(diǎn)如下： 1) 具有 USB高速下載，支持IAR 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境；2) 具有在線下載、調(diào)試、仿真功能； 3) 提供 ZigBee協(xié)議棧源代碼； 4) 所有例子程序以源代碼方式提供； 5) 配置靈活，可根據(jù)需求選配多種擴(kuò)展模塊，如傳感器模塊； 6) 采用 C51 編程，入手快； 7) 具有液晶顯示，直觀明了； 8) 支持3種輸入電源共存于同一系統(tǒng)，包括外接電源、鋰電池和干電池； 9) 硬件系統(tǒng)及軟件代碼程序自主設(shè)計(jì)完成，提供硬件原理圖和接口通訊協(xié)議。通過(guò) Platform Builder for CE ，開(kāi)發(fā)人員可以完成對(duì)一個(gè)基于 Windows Embedded CE 的嵌入式操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、創(chuàng)建、生成、測(cè)試、調(diào)試等工作。Windows Embedded CE Builder for CE ，它是一個(gè) Visual Studio 2005 插件，通過(guò)它可以幫助開(kāi)發(fā)人員非常方便地搭建一個(gè)基于Windows Embedded CE 的目標(biāo)設(shè)備軟件平臺(tái)。 12)內(nèi)核調(diào)試器：用于調(diào)試一個(gè)定制的操作系統(tǒng)鏡像。 10)模擬器工具：允許可以在模擬器上進(jìn)行程序的調(diào)試。 8)基本的配置：提供了一個(gè)創(chuàng)建的操作系統(tǒng)的起點(diǎn)。 6)Windows CE Test Kit：主要用于驅(qū)動(dòng)程序的測(cè)試。 4)自動(dòng)的依賴性檢查：可以保證支撐一個(gè)平臺(tái)所需的所有特性都被包含在操作系統(tǒng)鏡像中。 2)創(chuàng)建 BSP 向?qū)В河糜趧?chuàng)建一個(gè)新的 BSP(板級(jí)支持包)。作為一款內(nèi)核定制和驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，Platform Builder for CE 主要包含了如下一組開(kāi)發(fā)工具。 Platform Builder for CE Platform Builder 是微軟公司推出的一款用于嵌入式平臺(tái)定制和驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)的工具。Visual Studio 2005 是一款集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，不僅支持一般性的桌面應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)， Web 程序、XML Web Services 程序開(kāi)發(fā)，還可以進(jìn)行嵌入式設(shè)備的相關(guān)程序開(kāi)發(fā)，包括針對(duì)所有 Windows CE 操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、Pocket PC應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)、SmartPhone 應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)等。 ．NET 框架是微軟公司希望在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的新紀(jì)元讓人們更方便地運(yùn)行程序和使用服務(wù)而提出的一種新的框架。 可以在FCTL寄存器中使能Flash預(yù)取。 Flash預(yù)取默認(rèn)是不使能的，提高了CPU高達(dá)33%的性能。但是，由于與標(biāo)準(zhǔn)8051使用不同的指令定時(shí)，現(xiàn)有的帶有定時(shí)循環(huán)的代碼可能需要修改。除了速度改進(jìn)之外，增強(qiáng)的8051內(nèi)核也包含了下列增強(qiáng)的架構(gòu)： 1) 第二數(shù)據(jù)指針； 2) 擴(kuò)展了18個(gè)中斷源。每個(gè)指令周期中的一個(gè)時(shí)鐘周期與標(biāo)準(zhǔn)8051每個(gè)指令周期中的12個(gè)時(shí)鐘周期相對(duì)應(yīng)，并且取消了無(wú)用的總線狀態(tài)，因此其指令執(zhí)行速度比標(biāo)準(zhǔn)8051快。 圖51 CC2530芯片引腳● 增強(qiáng)型8051內(nèi)核CC2530集成了增強(qiáng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8051內(nèi)核MCU核心。CC2530芯片如圖51所示，它采用6 mm6 mm的QFN封裝，共有40個(gè)引腳。根據(jù)芯片內(nèi)置內(nèi)存的不同容量，CC2530擁有三種不同的版本：CC2530F32/F64/F128/F256，編號(hào)后綴分別代表了芯片具 32KB,64KB,128KB或256KB的閃存。除了通過(guò)優(yōu)秀的RF性能、選擇性和業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)8051MCU內(nèi)核，支持一般的低功耗無(wú)線通信，CC2530還可以配備TI的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)兼容或?qū)Ｓ械木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧（RemoTI, ZStack, 或SimpliciTI）來(lái)簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)，使你更快的獲得市場(chǎng)。5 軟硬件平臺(tái)的搭建及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) CC2530芯片概述CC2530是一個(gè)兼容IEEE ，、ZigBee PRO和ZigBeeRF4CE標(biāo)準(zhǔn)。（5） 拔除SD卡，后重新啟動(dòng)系統(tǒng)。（3） 分別按[a]、[b]和[c]，寫XLDR、EBOOT和NK映像。超級(jí)終端輸出啟動(dòng)打印信息，按[SPACE]進(jìn)入EBOOT菜單。●映像更新（1） 按住BOOT鍵，后插入SD卡重新啟動(dòng)系統(tǒng)。Windows CE正在憑借微軟公司強(qiáng)大的市場(chǎng)營(yíng)銷手段、穩(wěn)定的產(chǎn)品性能和獨(dú)具特色的嵌入式產(chǎn)品，深入到了工業(yè)控制領(lǐng)域，已經(jīng)成為工業(yè)控制領(lǐng)域重要的技術(shù)手段之一。 目前， 程序開(kāi)發(fā)人員已經(jīng)可以利用Visual ，開(kāi)發(fā)基于Windows CE 的患者監(jiān)護(hù)儀、影像設(shè)備、遠(yuǎn)程和本地醫(yī)療診斷設(shè)備等嵌入式產(chǎn)品，在提高醫(yī)院工作效率的同時(shí)，極大地方便了患者和醫(yī)生?；?Windows CE 的嵌入式產(chǎn)品可以滿足工業(yè)、儀器、控制系統(tǒng)領(lǐng)域等穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的使用要求，它可以被應(yīng)用在流程自動(dòng)化系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人等關(guān)鍵設(shè)備上。 WindowsCE在嵌入式領(lǐng)域的應(yīng)用在這里所指的嵌入式領(lǐng)域一般包括儀器、工業(yè)自動(dòng)化控制、醫(yī)療、信息終端等。微軟的 VisualStudio2005 平臺(tái)全面支持 WindowsCE下的應(yīng)用開(kāi)發(fā)， 這有助于那些 PC 機(jī)的開(kāi)發(fā)者轉(zhuǎn)到嵌入式應(yīng)用上來(lái)，意味著廣大的 PC 機(jī)程序員都可以成為 WindowsCE 的后備開(kāi)發(fā)者，當(dāng)然也就為豐富 WindowsCE 平臺(tái)下的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。作為桌面操作系統(tǒng) Windows 的繼承者，WindowsCE 繼承了它的操作簡(jiǎn)易性，其友好的界面使用慣了 Windows 的用戶可以很快的上手，這個(gè)一直是 WindowsCE 系列的一大優(yōu)勢(shì)。Windows CE 還有一個(gè)分支WindowsMobile， 用于智能手機(jī)和其它掌上設(shè)備，只支持 ARM 平臺(tái)。WindowsCE提供的功能模塊組件豐富，尤其是在圖形界面接口GUI和多媒體方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，適用于信息設(shè)備。WINCE開(kāi)發(fā)相對(duì)較容易，開(kāi)發(fā)周期短，內(nèi)核完善，主要是應(yīng)用層開(kāi)發(fā)；第二，是核心調(diào)試工具不全，調(diào)試不太方便，尚沒(méi)有很好的用戶圖形界面，WINCE的GUI豐富，開(kāi)發(fā)工具強(qiáng)大；第三，與某些商業(yè)OS 一樣，嵌入式Linux占用較大的內(nèi)存，當(dāng)然，人們可以去掉部分無(wú)用的功能來(lái)減小使用的內(nèi)存，但是如果不仔細(xì)，將引起新的問(wèn)題；第四，有些Linux的應(yīng) 用程序需要虛擬內(nèi)存，而嵌入式系統(tǒng)中并沒(méi)有或不需要虛擬內(nèi)存，所以并非所有的Linux應(yīng)用程序都可以在嵌入式系統(tǒng)中運(yùn)行。第七，Linux在內(nèi)核結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中考慮適應(yīng)系統(tǒng)的可裁減性的要求，WindowsCE在內(nèi)核結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中并未考慮適應(yīng)系統(tǒng)的高度可裁減性的要求。如果今天采用Linux環(huán)境開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，那么將來(lái)更換CPU時(shí)就不會(huì)遇到更換平臺(tái)的困擾。第五，Linux不僅支持x86芯片，還是一個(gè)跨平臺(tái)的系統(tǒng)。第四，Linux是開(kāi)放源代碼的OS，在價(jià)格上極具競(jìng)爭(zhēng)力，適合中國(guó)國(guó)情。第二，Linux的源代碼隨處可得，注釋豐富，文檔齊全，易于解決各種問(wèn)題。 價(jià)格包括開(kāi)發(fā)購(gòu)買價(jià)格和使用價(jià)格（如使用時(shí)是否需要購(gòu)買Licence）。 交叉開(kāi)發(fā)工具的集成性（包括是否提供編輯器、編譯器、鏈接器、調(diào)試器、仿真器、工程管理器等）與開(kāi)放性。 提供的外圍硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的種類數(shù)量。支持的嵌入式處理器的種類數(shù)量。通常，嵌入式操作系統(tǒng)將最小依賴于硬件的低級(jí)代碼設(shè)計(jì)成板級(jí)支持包BSP，則進(jìn)行移植工作時(shí)，只需改變相應(yīng)的依賴于硬件的BSP和其它一些外圍硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，無(wú)需修改操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序。 提供的裁減粒度越小，用戶對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)配置的靈活性則越大。(2)外掛模塊/組件的豐富性 可能的外掛模塊/組件包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)、文件系統(tǒng)（如TFFS）、各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧、圖形界面管理、電源管理、POSIX標(biāo)準(zhǔn)兼容接口等。 嵌入式操作系統(tǒng)的選擇標(biāo)準(zhǔn)(1)內(nèi)核的大小與性能 內(nèi)核大小是衡量嵌入式操作系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)之一，一般只有幾十KB到幾KB，微內(nèi)核是一種較好的機(jī)制與策略分離的開(kāi)放式內(nèi)核模式。 嵌入式網(wǎng)關(guān)操作系統(tǒng)方案的選擇隨著嵌入式系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)的多樣化和復(fù)雜化，傳統(tǒng)的前后臺(tái)控制程序已經(jīng)不能很好地滿足系統(tǒng)要求，需要引入嵌入式操作系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)軟/硬件資源進(jìn)行合理、高效的分配和管理。在使用小于4 mm2 的硅片及低功耗的6