1 引言

　　隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息通信技術(shù)向普通家庭生活的不斷普及，如何將消費(fèi)電子、計(jì)算機(jī)和通信融為一體，已成為人們非常關(guān)心的一個(gè)問(wèn)題。智能家電網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)家用電器的網(wǎng)絡(luò)化、智能化管理。通過(guò)該系統(tǒng)將家中的網(wǎng)絡(luò)電器與互聯(lián)網(wǎng)和GPRS網(wǎng)絡(luò)相連，這樣無(wú)論何時(shí)何地，用戶都可以通過(guò)該系統(tǒng)遠(yuǎn)程操縱家用電器；本文提出的基于嵌入式Web服務(wù)器的智能家居系統(tǒng)正好滿足這一需求。

　　2 硬件設(shè)計(jì)

　　智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求是PC機(jī)遵循802．3和HPPTD等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)主控制器的Web服務(wù)器，登錄主控制器，通過(guò)電力線構(gòu)成的家庭小型局域網(wǎng)絡(luò)或串口，發(fā)送指令給從控制器進(jìn)而控制家電，同時(shí)利用監(jiān)控家電的傳感器將家電狀態(tài)返回至PC，如圖1所示。

　　2．1 控制器選擇

　　DSP數(shù)學(xué)信號(hào)處理器具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度，但在音頻、USB、SD卡等接口功能擴(kuò)展較弱。而單片機(jī)系列的ARM920T具有5級(jí)指令流水線．處理速度為1．1 MHz，內(nèi)置MMU(Memory Management Unit)、獨(dú)立的16 KB數(shù)據(jù)Cache、16 KB指令Cache和高速AMBA(Advanced Microcon-troller Bus Architecture)總線接口等功能。DSP和一般8位單片機(jī)相比，它具有更全面的通用功能，支持實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)、串口接口、網(wǎng)卡接口等功能，還具有16／32位RISC體系結(jié)構(gòu)和ARM指令集。

　　2．2 網(wǎng)卡接口設(shè)計(jì)

　　該系統(tǒng)需要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或電力線進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，而Web服務(wù)器設(shè)計(jì)也必須通過(guò)網(wǎng)絡(luò)收發(fā)數(shù)據(jù)，要求數(shù)據(jù)處理速度快。根據(jù)這些要求，該系統(tǒng)采用DAVICOM公司的DM9000AEP作為網(wǎng)卡的設(shè)計(jì)器件。

　　RJ-45采用HanRun公司的可對(duì)信號(hào)濾波的HR911105A接口，這樣可節(jié)約印刷板，并有效地減小電磁干擾。ARM920T與網(wǎng)卡DM9000AEP接口設(shè)計(jì)如圖2所示。圖中16根數(shù)據(jù)線相連；命令選擇引腳CMD，為高電平時(shí)，選擇數(shù)據(jù)端口，CMD為低電平時(shí)，選擇地址通道；IOR#為讀信號(hào)引腳；IOW#為寫(xiě)信號(hào)引腳；CS#片選信號(hào)與ARM920T的片選信號(hào)線nGCS3相連。

　　2．3 串口接口設(shè)計(jì)

　  為滿足要求，該系統(tǒng)采用Sipex的窄體SP3232串行通信器件。該器件支持滿載120 Kb／s的傳輸速率，可在中斷或DMA兩種模式下工作，每個(gè)通道包含64 K字節(jié)的發(fā)送FIFO和接收FIFO。該器件特點(diǎn)就是采用電荷泵技術(shù)：由4只外接電容組成，采用4相電壓轉(zhuǎn)換技術(shù)，保持輸出對(duì)稱的5．5 V電壓。即使輸入電壓VCC在3．0~5．5 V范圍內(nèi)，電荷泵仍可提供5．5 V穩(wěn)定電壓，這樣可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作。有益于智能家居系統(tǒng)整體的良好運(yùn)行。串口接口設(shè)計(jì)如圖3所示。

　　2．4 存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)

　　完整操作系統(tǒng)的啟動(dòng)離不開(kāi)引導(dǎo)程序。Windows CE5．O引導(dǎo)加載程序(BootLoader)由NANDFlash的地址0x00000000處開(kāi)始執(zhí)行。完成硬件初始化，建立系統(tǒng)的內(nèi)存空間映射圖，終BootLoader把操作系統(tǒng)內(nèi)核映像加載到RAM中；采用HY公司的兩片HY57V561620CTP作為SDRAM，通過(guò)nGCS6連接到ARM920T引腳，起始地址為0x30038000．同時(shí)SDRAM還支持自動(dòng)更新和掉電模式，保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作。

　　2．5 智能家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　傳感器信號(hào)線與ARM920T的中斷引腳EINT8相連。當(dāng)傳感器信號(hào)到來(lái)時(shí)，通過(guò)中斷引腳向ARM920T申請(qǐng)中斷服務(wù)程序，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向用戶報(bào)警。系統(tǒng)框圖如圖4所示。

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　3．1 內(nèi)核創(chuàng)建及裁剪

　　Windows CE上Web Server的通信協(xié)議是HTTP協(xié)議，HTTP的消息機(jī)制是基于請(qǐng)求一應(yīng)答模式。HTTP協(xié)議工作原理：數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到DM9000AEP的以太網(wǎng)控制器后，經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)部控制器的TCP／IP堆棧對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，然后對(duì)其打包或解包，但這些數(shù)據(jù)包還必須經(jīng)Web服務(wù)器處理。

　　3．2 Web服務(wù)器設(shè)計(jì)

　　HTTPD服務(wù)器的工作流程如圖5所示。系統(tǒng)采用HTTPD多線程并發(fā)服務(wù)器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想，其工作特點(diǎn)是為每個(gè)客戶機(jī)請(qǐng)求分配一個(gè)線程，即服務(wù)器在同時(shí)處理多人請(qǐng)求。由每個(gè)線程處理客戶機(jī)的請(qǐng)求。在請(qǐng)求處理完畢后，子線程退出。服務(wù)器接收子線程的退出信號(hào)為其他的客戶機(jī)請(qǐng)求分配資源。

　　圖5中，HTTPD服務(wù)器由main()函數(shù)開(kāi)始，首先配置文件，設(shè)置用戶ID函數(shù)和組ID函數(shù)，通過(guò)getopt(argc,argv，"s：f：p：u：g：")函數(shù)獲取配置選項(xiàng)，讀取配置。其中：s為standalone服務(wù)器運(yùn)行方式；f為config_fie即配置文件；p為端口號(hào)，HTTPD默認(rèn)端口號(hào)為80；u為用戶ID即uid；g為組ID，即gid。

　　然后判斷是否工作在standalone．服務(wù)器運(yùn)行方式上，如果是則運(yùn)行standalone_main()函數(shù)，如果不是則訪問(wèn)process request()函數(shù)。

　　在process_request()函數(shù)中，首先初始化當(dāng)前時(shí)間，然后讀取并處理HTTP請(qǐng)求消息的方法Method字段，讀取HTTP請(qǐng)求消息的URL字段。主要通過(guò)strcpy_nocrlf()，getparents()，translate_name()這3個(gè)函數(shù)對(duì)HTIP請(qǐng)求消息的URL字段進(jìn)行解析，依據(jù)宏LDGGING決定是否打開(kāi)日志。調(diào)用send_note()發(fā)送請(qǐng)求的文件給客戶端。

　　3．3 Web服務(wù)器通信方案設(shè)計(jì)

　　在WINCE系統(tǒng)上開(kāi)發(fā)Web服務(wù)器，并通過(guò)Web服務(wù)器與串口設(shè)備進(jìn)行通信的方案有ASP方案、CSP方案和Socket方案。綜合比較，通用WINCE5．0系統(tǒng)不支持ASP控件；Socket主要是C／S方式的，需要安裝客戶端；而CSP方案在不要求美觀的情況下，無(wú)需安裝客戶端就可訪問(wèn)系統(tǒng)。系統(tǒng)則采用該種方案。

　　CSP方案就是將C語(yǔ)言編寫(xiě)的網(wǎng)絡(luò)和串口通信程序嵌入到HTML當(dāng)中，這也是嵌入式網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)常用的方案。具體流程如下：

　　(1)在定制內(nèi)核的過(guò)程中需要將HTTPD服務(wù)器添加到Platform builder中，遵守HTTP的請(qǐng)求-應(yīng)答規(guī)則。

　　(2)編寫(xiě)CSP通信程序，通過(guò)PC機(jī)訪問(wèn)Windows CE的Web服務(wù)器，打開(kāi)串口，執(zhí)行串口控制或網(wǎng)絡(luò)通信。直接將C語(yǔ)言嵌入到HTML/XML等模板文件中。

　　(3)編寫(xiě)好CSP通信文件后，用eyBuild開(kāi)發(fā)包提供的CSP2BIN工具將CSP源文件生成C程序的源文件，再鏈接上eyBuild提供的CGI運(yùn)行庫(kù)，在VC6．0中編譯就可生成在Windows CE平臺(tái)運(yùn)行的CGI程序。

　　(4)將在＼website＼cgi-bin生成的Intelligenthome．cgi文件拷貝到Windows CE系統(tǒng)的＼windows＼www＼文件夾下面，連接PC機(jī)便可從PC機(jī)訪問(wèn)Windows CE系統(tǒng)，進(jìn)而了解傳感器信號(hào)，控制家電。

　　4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的開(kāi)發(fā)與研究，該智能家居系統(tǒng)能夠完成簡(jiǎn)單的指令與數(shù)據(jù)通信，并可將可控家電的信息保存在SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)中。

參考文獻(xiàn):

[1]. GPRS datasheet http://hbjingang.com/datasheet/GPRS_1594650.html.
[2]. ARM920T datasheet http://hbjingang.com/datasheet/ARM920T_139814.html.
[3]. RISC datasheet http://hbjingang.com/datasheet/RISC_1189725.html.
[4]. DM9000AEP datasheet http://hbjingang.com/datasheet/DM9000AEP_1402391.html.
[5]. HR911105A datasheet http://hbjingang.com/datasheet/HR911105A_1055027.html.
[6]. HY57V561620CTP datasheet http://hbjingang.com/datasheet/HY57V561620CTP_1135969.html.
[7]. CSP datasheet http://hbjingang.com/datasheet/CSP_2363263.html.