第26卷 第11期

2010年6月

甘肃科技

Vol.26 No.11Jun. 2010

基于嵌入式技术的家庭网关设计

刘宇刚

(贵州师范大学院机电工程学院,贵州贵阳550014)

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摘 要:家庭网关是嵌入式技术与智能家庭网络技术结合的产物,它用于家庭网络与外部网络之间的互连。以ARM核的32位嵌入式微处理器作为硬件平台,结合无线蓝牙通信技术,对硬件系统结构及接口电路进行设计,构建了家庭网关的软件平台,移植嵌入式操作系统Clinux,实现了一个方便、实用的家庭网关。关键词:家庭网关;嵌入式;S3C2410;Clinux中图分类号:TP311.52

随着网络技术和信息家电的飞速发展,越来越多的家庭要求建立家庭网络。家庭网关是整个家庭网络的核心,它主要实现Internet接入、远程控制,以及连接家庭内部异构子网的功能。基于PC机方案的家庭网关不仅成本较高,而且要求计算机一直处于开机并可进行通信的状态,还不能在计算机上运行干扰通信任务的软件和硬件。所以,为适应普通用户,家庭网关应设计为基于廉价的非PC机设备。以ARM核的32位嵌入式微处理器作为硬件平台,结合无线蓝牙通信技术,对硬件系统结构及接口电路进行设计,构建了家庭网关的软件平台,移植嵌入式操作系统Clinux,实现了一个方便、实用的家庭网关。

图1 家庭网关硬件平台

括串口、以太网、USB、IIS、IIC、RS485、红外、CAN总线接口、鼠标等接口,另外还支持丰富的存储设备,如:SD卡、MMC卡、CF卡和硬盘等。它是整个家庭网关硬件设计的核心部分,要完成信息无线网络中各种不同通信协议之间的转换和信息共享,以及同外部Internet之间的数据交换功能,同时还负责信息家电网络中设备的管理和控制。

S3C2410是32位处理器,它理论上可以寻址的空间范围是4GB,但其中有3GB的空间都预留给处理器内部的寄存器和其他设备了,留给外部可寻址分为是1GB,也就是0x00000000~0x3FFFFFFF,总共应该有30根地址线。这1GB的空间,处理器又根据所支持设备的特点,将它等分为8份,每一份有128MB,称为一个Bank,为操作方便独立给每个Bank一个片选信号(nGCS7~nGCS0),这8个片选信号可以看作处理器内部30根地址线的最高3位所做的地址译码结果,正因为此处理器最后实际输出的地址线只有A26~A0。本系统采用2MB的NorFlash作为系统的启动Flash,地址空间为0x00000000~0x00100000。

1 硬件结构设计

为了实现信息家电内部网络与外部网络的联系和信息交互,在信息家电内网和外网之间需要一个家庭网关,管理和控制各种信息家电设备。家庭网关是智能家居系统的重要组成部分,是家庭网络的

核心,是整个家居设备控制和家庭信息控制的核心。

家庭网关采用无线蓝牙通信技术,以高性价比的AM9微处理器为核心。硬件开发平台选用三星的ARM9微处理器S3C2410开发板和外扩USB蓝牙适配器构成。硬件平台主要由以下五大部分组成:MCU主控模块、Ethernet接入模块、存储模块、基于USB接口的蓝牙模块、人机界面模块,其总体结

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构如图1所示。

其中主控制器(MCU)采用三星的ARM9微处理器S3C2410,主频高达203MHz,外部接口丰富,包