家庭網關係統

家庭網關係統以arm核的32位嵌入式微處理器作為硬體平台，結合無線通信技術，通過移植嵌入式作業系統mclinux，並在其上開發相應的驅動程式、應用程式和嵌入式web伺服器，實現了一個方便、實用的家庭網關。 它以三星公司的32位risc處理器s3c44b0x為核心，通過外擴存儲器(flash / sdram)、藍牙模組、液晶顯示屏、小鍵盤、乙太網接口模組、電話語音控制模組和紅外收發模組等來構建硬體平台，並可實現多種控制方式。

基本介紹

• 中文名：家庭網關係統
• 家庭網關：微處理器

工作原理

(1) 在本地用鍵盤及顯示器進行控制：系統設有16按鍵和一塊128×32點陣的液晶顯示器，便於用戶在本地進行狀態的設定和查詢，如數據查詢、電器控制等。 　(2) 在本地的紅外遙控：通過具有自學習功能的紅外遙控模組，能實現室內家電的紅外遙控。 　(3) 遠程的電話語音控制：這是一種基於公共電話交換網(pstn)的電話遠程控制，用於電話的指令控制，如遠程控制家電、電話報警等。 　(4) 基於internet的遠程控制：採用瀏覽器端/伺服器端結構(b/s結構)，用戶可直接用windows自帶的ie瀏覽器作為客戶端程式，以達到隨時隨地進行遠程控制的目的。 　無線通信技術是實現家庭網路最理想的技術，它可以省去在家庭內部重新布線的麻煩。在本家庭網關的設計中，採用藍牙模組作為無線通信模組與底層的各功能模組相互通訊。

系統模組

藍牙模組：在本方案中，藍牙硬體晶片採用愛立信公司的rok 101008 模組。家庭網關採用在clinux作業系統下安裝bluez以配合藍牙模組，並基於l2cap層建立相關協定的方式進行開發。 　電話語音控制模組：採用雙音頻撥號晶片dtmf8870、語音合成晶片isd1420、鈴流檢測晶片電路以及89c51等來組成電話語音控制模組。 　紅外遙控模組：系統中增加了紅外接收模組和紅外發射模組。紅外接收模組選用ba5302，紅外信號從其頂部輸入，經過放大、整形、解調後，被轉換成ttl電平的數位訊號;紅外發射模組將剛才學習到的紅外原碼進行調製並傳送出去，在這裡採用軟體編碼的方法產生調製信號，因此電路很簡單。

接口電路

flash存儲器接口電路：flash晶片用來存儲家庭網關中的嵌入式作業系統、家庭網路伺服器、cgi網關應用程式以及支持各種服務所需的檔案系統。在系統中採用一片hy29lv160構建16位的flash存儲器系統，其存儲容量為2mb。系統上電或復位後從此獲取指令並開始執行，因此將flash存儲器配置到rom/sram/flash bank0。 　sdram接口電路：嵌入式作業系統的存在需要有一定量的動態ram，解壓縮後的作業系統將從flash搬移至sdram，駐留記憶體;同時，用戶堆疊、運行數據也都會放在sdram中。s3c44b0x晶片提供的8k快取遠遠不能滿足要求。考慮到實際套用的需求，設計中選擇了三星的k4s281632d，它的數據寬度是16 位,由4 個bank 組成，存儲容量為16 mb。s3c44b0x的bank6和bank7 支持sdram，因此可以方便連線。在匯流排寬度控制暫存器bwscon 中設定bank6 的數據寬度為16 位，在bank6 控制暫存器bankcon6中設定mt = 0x3， trcd= 0x0，scan = 0x01，在存儲容量暫存器banksize中設定bk76map = 0x110 即可。 　10/100m乙太網接口電路：s3c44b0x內部已包含了乙太網mac控制，但並未提供物理層接口，因此，需外接一片物理層晶片以提供乙太網的接入通道。在本設計中選用的是rtl8201。由於s3c44b0x片內已有帶mii接口的mac控制器，而rtl8201也提供了mii接口，各種信號的定義也很明確，因此rtl8201與s3c44b0x的連線比較簡單，在連線時只需將兩塊晶片的相應引腳互連即可。值得注意的是，使用cmos工藝的rtl8201不能直接與rj45接口相連，由於電平信號的不同以及網路衝擊信號的存在，兩者之間需要隔離及電平信號轉換的元件，本設計中選用了網路變壓器hr61h58l。 　串列接口電路：為完成和家庭內部網路的藍牙通信模組、紅外發射與接收模組以及電話語音控制模組的通信，家庭網關需要有異步串列通信接口，由於s3c44b0x只有兩個異步串口，因此需要對串口進行擴展。本設計中選用一片st16c554 晶片進行串口擴展。由於s3c44b0x系統的lvttl電路所定義的高、低電平信號與rs-232-c標準所定義的高、低電平信號不同，兩者間要進行通信必須經過信號電平的轉換。在這裡採用max202將串口數據信號轉換成ttl電平，再通過st16c554輸出中斷請求。4個串口的中斷請求進行或運算，產生irq信號intreq，經cpld再與cpu的終端控制器相連。 　iic接口電路：s3c44b0x內含一個iic匯流排主控器，可方便地與各種帶有iic接口的器件相連。在該系統中，外擴一片at24c01作為iic存儲器。at24c01提供128位元組的eeprom存儲空間，可用於存放少量在系統掉電時需要保存的數據，比如家庭網關的參數設定和用戶身份驗證碼等。

軟體平台

建立clinux開發環境基於clinux作業系統的套用開發環境一般是由目標系統硬體開發板(s3c44b0x的開發板)和宿主pc機所構成。目標板所用到的作業系統的核心編譯、應用程式的開發和調試需要通過宿主pc機來完成。兩者之間一般通過串口、並口或乙太網接口來建立連線關係。首先，要在宿主機上安裝標準linux作業系統，之後就可以建立交叉開發環境。從網上下載工具鏈，並將交叉編譯器安裝到宿主機上。還要根據家庭網關的需要重新配置、編譯核心，進行mclinux移植。成功後可看到mclinux-samsung/images目錄下有兩個核心檔案：image.ram和image.rom。將image.rom燒寫入rom/sram/flash bank0對應的flash存儲器中，當系統復位或上電時，核心會自解壓到sdram，並開始運行。這樣一個嵌入式套用開發平台就搭建成功了。