一种嵌入式无线智能家居网关系统的设计方案

　　2 网关总体设计

　　现阶段大部分的家庭网关联网方式主要为有线接入，本文提出了一种基于ARM处理器和GSM网络，以linux为操作系统的家庭网关无线接入方案，目的是能通过手机短信或者远程终端对控制节点进行远程控制。并使用JENNIC无线射频模块实现家庭内部子网采集数据的无线传输。

　　网关系统的总体结构图可以简化为硬件层和软件层。硬件层由高性能的微处理器和多个功能模块组成。软件层由嵌入式操作系统以及应用软件构成，其具体结构如图2所示。

图2 网关总体架构

　　3 家庭网关硬件设计

　　本次网关设计的硬件层主要采用嵌入式的ARM9开发平台。嵌入式ARM处理器具有体积小，功耗低，成本低，性能高等特点，是十分优秀的RISC处理器。其中三星公司的S3C2440是一款优秀的ARM9核心处理器，具有400 MHz的主频，内部集成多个功能模块，支持NAND-flash启动等特点，是目前市场上最常见的嵌入式处理器芯片。因此，本系统拟采用S3C2440处理器为核心处理器。

　　考虑主控制器扩展出来的串行接口数量有线，程序的调试，烧写，传感器节点等都需要串行接口。所以，选择了AU9254这款USB PUB芯片来实现USB串行口的扩展。以太网控制器和配合扩展的RJ 45接口主要用于与Internet网络互联。射频收发模块和GSM无线模块拟采用标准的串口集成到网关上。人机接口打算使用LCD触摸屏，可以方便地观察节点的配置以及检测环境的变化。JTAG接口将引导加载程序烧写在网关中。具体的硬件架构图如图3所示。

图3 网关硬件架构图

　　4 家庭网关软件设计

　　4.1 构建网关嵌入式Linux操作系统

　　网关系统硬件平台与功能应用之间，需要专门的负责管理存储器分配，中断处理以及任务调度等功能的软件模块，这就是嵌入式操作系统。嵌入式操作系统是用来支持嵌入式应用的系统的软件，包括硬件相关的底层驱动，系统内核，通信协议，图形用户界面等。

　　本文的网关系统是面向WSN和Internet，GSM互联的通信应用，主要完成异构网络之间的通信和控制，因此需要选择实时的操作系统。在众多的嵌入式实时操作系统中，从开发成本，软件支持和代码开放的角度考虑，本文将采用Linux操作系统作为网关的系统的操作系统。

　　4.2 建立交叉编译环境

　　交叉编译就是在一个平台上生成另一个平台上可以执行的代码。这里的平台包括体系结构和操作系统。同一体系结构上可以运行不同操作系统。同样，同一个操作系统也可以在不同的体系结构上运行。

　　本文是在装有Ubuntu 9.10（基于X86架构的Linux操作系统）的PC机上为网关系统建立了基于ARM9的交叉编译环境。建立之后，就可以在PC机上对将在网关系统上运行的应用程序进行编译，从而生成可以在网关系统上运行的可执行代码，最后下到网关系统上。这也就是目前嵌入式程序开发的宿主机／目标机（HOST／TARGET）模式。

　　Linux交叉编译环境的内容，主要分为4个部分：GCC编译器（C语言编译器），二进制工具包（Binutils），标准C库（Glibc）和Linux内核头文件。Glibc和GCC都有很多版本，需要根据实际需要选择合适的版本。