2 網(wǎng)關總體設計

　　現(xiàn)階段大部分的家庭網(wǎng)關聯(lián)網(wǎng)方式主要為有線接入，本文提出了一種基于ARM處理器和GSM網(wǎng)絡，以linux為操作系統(tǒng)的家庭網(wǎng)關無線接入方案，目的是能通過手機短信或者遠程終端對控制節(jié)點進行遠程控制。并使用JENNIC無線射頻模塊實現(xiàn)家庭內(nèi)部子網(wǎng)采集數(shù)據(jù)的無線傳輸。

　　網(wǎng)關系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖可以簡化為硬件層和軟件層。硬件層由高性能的微處理器和多個功能模塊組成。軟件層由嵌入式操作系統(tǒng)以及應用軟件構(gòu)成，其具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 網(wǎng)關總體架構(gòu)

　　3 家庭網(wǎng)關硬件設計

　　本次網(wǎng)關設計的硬件層主要采用嵌入式的ARM9開發(fā)平臺。嵌入式ARM處理器具有體積小，功耗低，成本低，性能高等特點，是十分優(yōu)秀的RISC處理器。其中三星公司的S3C2440是一款優(yōu)秀的ARM9核心處理器，具有400 MHz的主頻，內(nèi)部集成多個功能模塊，支持NAND-flash啟動等特點，是目前市場上最常見的嵌入式處理器芯片。因此，本系統(tǒng)擬采用S3C2440處理器為核心處理器。

　　考慮主控制器擴展出來的串行接口數(shù)量有線，程序的調(diào)試，燒寫，傳感器節(jié)點等都需要串行接口。所以，選擇了AU9254這款USB PUB芯片來實現(xiàn)USB串行口的擴展。以太網(wǎng)控制器和配合擴展的RJ 45接口主要用于與Internet網(wǎng)絡互聯(lián)。射頻收發(fā)模塊和GSM無線模塊擬采用標準的串口集成到網(wǎng)關上。人機接口打算使用LCD觸摸屏，可以方便地觀察節(jié)點的配置以及檢測環(huán)境的變化。JTAG接口將引導加載程序燒寫在網(wǎng)關中。具體的硬件架構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 網(wǎng)關硬件架構(gòu)圖

　　4 家庭網(wǎng)關軟件設計

　　4.1 構(gòu)建網(wǎng)關嵌入式Linux操作系統(tǒng)

　　網(wǎng)關系統(tǒng)硬件平臺與功能應用之間，需要專門的負責管理存儲器分配，中斷處理以及任務調(diào)度等功能的軟件模塊，這就是嵌入式操作系統(tǒng)。嵌入式操作系統(tǒng)是用來支持嵌入式應用的系統(tǒng)的軟件，包括硬件相關的底層驅(qū)動，系統(tǒng)內(nèi)核，通信協(xié)議，圖形用戶界面等。

　　本文的網(wǎng)關系統(tǒng)是面向WSN和Internet，GSM互聯(lián)的通信應用，主要完成異構(gòu)網(wǎng)絡之間的通信和控制，因此需要選擇實時的操作系統(tǒng)。在眾多的嵌入式實時操作系統(tǒng)中，從開發(fā)成本，軟件支持和代碼開放的角度考慮，本文將采用Linux操作系統(tǒng)作為網(wǎng)關的系統(tǒng)的操作系統(tǒng)。

　　4.2 建立交叉編譯環(huán)境

　　交叉編譯就是在一個平臺上生成另一個平臺上可以執(zhí)行的代碼。這里的平臺包括體系結(jié)構(gòu)和操作系統(tǒng)。同一體系結(jié)構(gòu)上可以運行不同操作系統(tǒng)。同樣，同一個操作系統(tǒng)也可以在不同的體系結(jié)構(gòu)上運行。

　　本文是在裝有Ubuntu 9.10（基于X86架構(gòu)的Linux操作系統(tǒng)）的PC機上為網(wǎng)關系統(tǒng)建立了基于ARM9的交叉編譯環(huán)境。建立之后，就可以在PC機上對將在網(wǎng)關系統(tǒng)上運行的應用程序進行編譯，從而生成可以在網(wǎng)關系統(tǒng)上運行的可執(zhí)行代碼，最后下到網(wǎng)關系統(tǒng)上。這也就是目前嵌入式程序開發(fā)的宿主機／目標機（HOST／TARGET）模式。

　　Linux交叉編譯環(huán)境的內(nèi)容，主要分為4個部分：GCC編譯器（C語言編譯器），二進制工具包（Binutils），標準C庫（Glibc）和Linux內(nèi)核頭文件。Glibc和GCC都有很多版本，需要根據(jù)實際需要選擇合適的版本。