．引言

家庭網絡化是社會信息化的重要組成部分。家庭網絡系統可實現各種智能家電、安全設備等的連接和管理，向人們提供方便、靈活和高效的網絡服務。目前家庭網絡系統主要有兩種解決方案：基于PC和基于嵌入式系統。

在以PC作為家庭網絡核心的解決方案中，PC提供家庭網絡與Internet之間的連接，并通過控制外設提供各種服務。PC的優勢是功能強大靈活，擁有眾多軟件支持，軟件升級方便。但PC并不是專門為家庭網絡設計，所以在應用中存在一些局限：功耗較大；成本較高，如果考慮24小時運行，則對硬盤、電源、主板等很多部件有更高的要求，成本進一步增加；同家庭網絡的交互與控制行為被限制在鍵盤、鼠標與顯示器附近的一個小區域內，移動性差，很不方便；實時性能不能滿足某些特殊應用的要求。

采用嵌入式家庭網絡系統解決方案不僅可以很好地解決上面的問題，而且同基于PC的系統相比，嵌入式系統的硬件和軟件都是針對特定應用高效設計的，穩定可靠，可長時間運行；功耗非常低；設備成本和運行成本較低；體積小，可分布性強；可工作于惡劣的環境中；如果運行專門的實時操作系統，則具有優秀的實時性能。

本文第1節描述家庭網絡系統的結構，第2節實現一種基于ARM和嵌入式Linux的原型系統，包括硬件平臺和軟件平臺的設計。第3節介紹系統的功能和運行機制。第4節給出結論。

1． 系統結構

我們的家庭網絡系統主要包括三方面功能：網絡通訊、媒體娛樂和家庭控制。系統由網絡服務子系統、娛樂子系統和控制子系統組成。

網絡服務子系統包括一個Web服務器，若干嵌入式文件服務器（包括嵌入式多媒體文件服務器和嵌入式傳感器數據服務器，分別用來存儲多媒體文件和傳感器數據）以及網絡設備接口。它們為整個系統提供媒體娛樂、家庭控制等網絡服務以及設備間多樣化的網絡通訊支持。（以下對嵌入式Web服務器和嵌入式文件服務器簡稱為Web服務器和文件服務器。）娛樂子系統是一個便攜式多媒體終端，（今后可以加入其它的智能娛樂設備）它是用戶和整個系統之間的交互界面，用戶通過它享受系統提供的多媒體娛樂服務，遠程監控控制子系統。（以下對便攜式多媒體終端簡稱為終端。）控制子系統由數據采集與控制板、數字/模擬傳感器、數字/模擬控制器等組成。它可以采集智能家電、安全設備的數據并存儲在板上的Flash和/或上傳到傳感器數據服務器中，并對它們進行直接的控制。

目前，家庭網絡尚處于初級階段，與智能家電、安全設備的完全整合存在一些商業與技術問題。調查也顯示家庭網絡中最受關注的是媒體的網絡化。基于以上的分析，我們設計實現了基于ARM和嵌入式Linux的家庭網絡原型系統。它包含了完整的娛樂和網絡服務子系統。由于缺少配套的智能家電和安全設備的支持，我們的控制子系統只有數據采集與控制板，各種傳感器、數控單元和繼電器，沒有實際的監控對象。

2．系統設計

2.1系統硬件平臺

ARM是一種高性能、低功耗、低成本的RISC技術，目前已廣泛應用于汽車電子、消費電子、工業控制、網絡設備、無線產品等領域。

2.1.1終端、文件服務器和Web服務器

終端、文件服務器和Web服務器三種硬件平臺都基于三星公司的S3C2410A（基于ARM920T核）。它采用雙哈佛緩存結構，具有16KB指令緩存和數據緩存，最高運行頻率266MHz，尺寸小、功耗低、功能齊全、控制外設方便。內部集成了大量功能模塊，如MMU、LCD控制器（同時支持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、三星公司獨特的NAND Flash Boot Loader等。

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

2.1.2數據采集與控制板

數據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實現了家庭網關服務器。工作溫度-40°C～85°C。

在服務過程中，用戶只能看到Web服務器，文件服務器對用戶是隱藏的。這增加了整個系統的安全性，避免了用戶對文件服務器的錯誤操作，也增加了文件服務器配置的靈活性和分布性。

家庭控制服務

家庭控制服務實現數據采集與控制板和Web服務器之間的信息交流和遠程監控功能。

數據采集與控制板將采集到的數據先存儲到板上的Flash，然后根據用戶的需要實時或定時地發送到Web服務器。Web服務器再將數據發送到傳感器數據服務器。傳感器數據服務器記錄下數據，并且更新數據記錄列表。

數據采集與控制板上的數據采集模塊會對某些采集量進行閾值檢測，如果發現采集量超過閾值，立刻向Web服務器發出警告或利用AO、DO驅動設備進行下一步處理。Web服務器收到警告后，輸出用戶設定的報警音樂并且通過GSM/GPRS發送短信通知用戶。

用戶可以通過終端登陸Web服務器的監控頁面，選擇遠程監控服務，如查看傳感器數據、初始化設備、喚醒系統、設置檢測對象和閾值、報警處理、輸出控制等。相應的命令通過GSM/GPRS發送到控制子系統。AT91FR40162將對命令進行解析，然后完成或驅動C8051F020完成相應的功能。

結束語

本文提出的嵌入式家庭網絡系統解決方案低成本，低功耗，可分布性強，功能豐富，能同時滿足媒體娛樂和家庭控制的需要。基于ARM和嵌入式Linux的原型系統跨越了多硬件平臺和多軟件平臺，既充分利用了各平臺的優點，也在一定程度上模擬了未來Embedded Everywhere中多平臺共存的情況。經過系統測試，原型系統可長期穩定運行，非常適合家庭網絡應用。

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