．引言

家庭網(wǎng)絡(luò)化是社會(huì)信息化的重要組成部分。家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)各種智能家電、安全設(shè)備等的連接和管理，向人們提供方便、靈活和高效的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。目前家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要有兩種解決方案：基于PC和基于嵌入式系統(tǒng)。

在以PC作為家庭網(wǎng)絡(luò)核心的解決方案中，PC提供家庭網(wǎng)絡(luò)與Internet之間的連接，并通過控制外設(shè)提供各種服務(wù)。PC的優(yōu)勢(shì)是功能強(qiáng)大靈活，擁有眾多軟件支持，軟件升級(jí)方便。但PC并不是專門為家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，所以在應(yīng)用中存在一些局限：功耗較大；成本較高，如果考慮24小時(shí)運(yùn)行，則對(duì)硬盤、電源、主板等很多部件有更高的要求，成本進(jìn)一步增加；同家庭網(wǎng)絡(luò)的交互與控制行為被限制在鍵盤、鼠標(biāo)與顯示器附近的一個(gè)小區(qū)域內(nèi)，移動(dòng)性差，很不方便；實(shí)時(shí)性能不能滿足某些特殊應(yīng)用的要求。

采用嵌入式家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)解決方案不僅可以很好地解決上面的問題，而且同基于PC的系統(tǒng)相比，嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都是針對(duì)特定應(yīng)用高效設(shè)計(jì)的，穩(wěn)定可靠，可長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行；功耗非常低；設(shè)備成本和運(yùn)行成本較低；體積小，可分布性強(qiáng)；可工作于惡劣的環(huán)境中；如果運(yùn)行專門的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，則具有優(yōu)秀的實(shí)時(shí)性能。

本文第1節(jié)描述家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，第2節(jié)實(shí)現(xiàn)一種基于ARM和嵌入式Linux的原型系統(tǒng)，包括硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)。第3節(jié)介紹系統(tǒng)的功能和運(yùn)行機(jī)制。第4節(jié)給出結(jié)論。

1．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

我們的家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要包括三方面功能：網(wǎng)絡(luò)通訊、媒體娛樂和家庭控制。系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)子系統(tǒng)、娛樂子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)組成。

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)子系統(tǒng)包括一個(gè)Web服務(wù)器，若干嵌入式文件服務(wù)器（包括嵌入式多媒體文件服務(wù)器和嵌入式傳感器數(shù)據(jù)服務(wù)器，分別用來存儲(chǔ)多媒體文件和傳感器數(shù)據(jù)）以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口。它們?yōu)檎麄€(gè)系統(tǒng)提供媒體娛樂、家庭控制等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)以及設(shè)備間多樣化的網(wǎng)絡(luò)通訊支持。（以下對(duì)嵌入式Web服務(wù)器和嵌入式文件服務(wù)器簡(jiǎn)稱為Web服務(wù)器和文件服務(wù)器。）娛樂子系統(tǒng)是一個(gè)便攜式多媒體終端，（今后可以加入其它的智能娛樂設(shè)備）它是用戶和整個(gè)系統(tǒng)之間的交互界面，用戶通過它享受系統(tǒng)提供的多媒體娛樂服務(wù)，遠(yuǎn)程監(jiān)控控制子系統(tǒng)。（以下對(duì)便攜式多媒體終端簡(jiǎn)稱為終端。）控制子系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集與控制板、數(shù)字/模擬傳感器、數(shù)字/模擬控制器等組成。它可以采集智能家電、安全設(shè)備的數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在板上的Flash和/或上傳到傳感器數(shù)據(jù)服務(wù)器中，并對(duì)它們進(jìn)行直接的控制。

目前，家庭網(wǎng)絡(luò)尚處于初級(jí)階段，與智能家電、安全設(shè)備的完全整合存在一些商業(yè)與技術(shù)問題。調(diào)查也顯示家庭網(wǎng)絡(luò)中受關(guān)注的是媒體的網(wǎng)絡(luò)化?；谝陨系姆治?，我們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于ARM和嵌入式Linux的家庭網(wǎng)絡(luò)原型系統(tǒng)。它包含了完整的娛樂和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)子系統(tǒng)。由于缺少配套的智能家電和安全設(shè)備的支持，我們的控制子系統(tǒng)只有數(shù)據(jù)采集與控制板，各種傳感器、數(shù)控單元和繼電器，沒有實(shí)際的監(jiān)控對(duì)象。

2．系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)硬件平臺(tái)

ARM是一種高性能、低功耗、低成本的RISC技術(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于汽車電子、消費(fèi)電子、工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、無線產(chǎn)品等領(lǐng)域。

2.1.1終端、文件服務(wù)器和Web服務(wù)器

終端、文件服務(wù)器和Web服務(wù)器三種硬件平臺(tái)都基于三星公司的S3C2410A（基于ARM920T核）。它采用雙哈佛緩存結(jié)構(gòu)，具有16KB指令緩存和數(shù)據(jù)緩存，最高運(yùn)行頻率266MHz，尺寸小、功耗低、功能齊全、控制外設(shè)方便。內(nèi)部集成了大量功能模塊，如MMU、LCD控制器（同時(shí)支持STN和TFT LCD）、USB Host/Device控制器、觸摸屏接口、SD/MMC接口、IIC總線接口、IIS總線接口、三星公司獨(dú)特的NAND Flash Boot Loader等。

三種硬件平臺(tái)共有的配置包括S3C2410A、64MB PC133 SDRAM、64MB NAND Flash、RS232、10Mb以太網(wǎng)卡、USB Host/Device、USB無線網(wǎng)卡等。此外，終端配備了3.5寸260K色TFT LCD、觸摸屏、PS/2鍵盤和鼠標(biāo)、音頻解碼芯片和128MB SD卡。文件服務(wù)器配備了128MB SD卡、U盤和移動(dòng)硬盤。Web服務(wù)器配備了音頻解碼芯片。

2.1.2數(shù)據(jù)采集與控制板

數(shù)據(jù)采集與控制板可能工作在較惡劣的露天條件下，所以我們采用海思3531實(shí)現(xiàn)了家庭網(wǎng)關(guān)服務(wù)器。工作溫度-40°C～85°C。

在服務(wù)過程中，用戶只能看到Web服務(wù)器，文件服務(wù)器對(duì)用戶是隱藏的。這增加了整個(gè)系統(tǒng)的安全性，避免了用戶對(duì)文件服務(wù)器的錯(cuò)誤操作，也增加了文件服務(wù)器配置的靈活性和分布性。

家庭控制服務(wù)

家庭控制服務(wù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制板和Web服務(wù)器之間的信息交流和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

數(shù)據(jù)采集與控制板將采集到的數(shù)據(jù)先存儲(chǔ)到板上的Flash，然后根據(jù)用戶的需要實(shí)時(shí)或定時(shí)地發(fā)送到Web服務(wù)器。Web服務(wù)器再將數(shù)據(jù)發(fā)送到傳感器數(shù)據(jù)服務(wù)器。傳感器數(shù)據(jù)服務(wù)器記錄下數(shù)據(jù)，并且更新數(shù)據(jù)記錄列表。

數(shù)據(jù)采集與控制板上的數(shù)據(jù)采集模塊會(huì)對(duì)某些采集量進(jìn)行閾值檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)采集量超過閾值，立刻向Web服務(wù)器發(fā)出警告或利用AO、DO驅(qū)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行下一步處理。Web服務(wù)器收到警告后，輸出用戶設(shè)定的報(bào)警音樂并且通過GSM/GPRS發(fā)送短信通知用戶。

用戶可以通過終端登陸Web服務(wù)器的監(jiān)控頁面，選擇遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)，如查看傳感器數(shù)據(jù)、初始化設(shè)備、喚醒系統(tǒng)、設(shè)置檢測(cè)對(duì)象和閾值、報(bào)警處理、輸出控制等。相應(yīng)的命令通過GSM/GPRS發(fā)送到控制子系統(tǒng)。AT91FR40162將對(duì)命令進(jìn)行解析，然后完成或驅(qū)動(dòng)C8051F020完成相應(yīng)的功能。

結(jié)束語

本文提出的嵌入式家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)解決方案低成本，低功耗，可分布性強(qiáng)，功能豐富，能同時(shí)滿足媒體娛樂和家庭控制的需要?；?/span>ARM和嵌入式Linux的原型系統(tǒng)跨越了多硬件平臺(tái)和多軟件平臺(tái)，既充分利用了各平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)，也在一定程度上模擬了未來Embedded Everywhere中多平臺(tái)共存的情況。經(jīng)過系統(tǒng)測(cè)試，原型系統(tǒng)可長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，非常適合家庭網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。