宋珍偉 焦玉全

基于VxWorks的智能家居控制系統(tǒng)

宋珍偉 焦玉全

信息化網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的發(fā)展以及家電智能化技術(shù)的進(jìn)步，為遠(yuǎn)程控制家里的電器設(shè)備以及遠(yuǎn)程安防報(bào)警提供了條件，因此構(gòu)建一個(gè)基于Web的智能家居控制平臺(tái)，只要有網(wǎng)絡(luò)的地方，通過Internet登陸家居網(wǎng)頁(yè)就可以控制家里的各種電器。經(jīng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性和實(shí)用性，基本實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控的功能。

智能家居；vxworks；webserver；arm

本文提出了基于工業(yè)以太網(wǎng)以及ARM處理器為核心，以VxWorks為嵌入式操作系統(tǒng)的EWS控制平臺(tái)設(shè)計(jì)方案，構(gòu)建一個(gè)基于Web的智能家居控制平臺(tái)，著重研究智能控制系統(tǒng)的核心—基于ARM核的智能網(wǎng)關(guān)軟硬件設(shè)計(jì)，也就是在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制平臺(tái)中構(gòu)建嵌入式 Web服務(wù)器(EWS)。在此核心的基礎(chǔ)上通過 HTTP協(xié)議和 Web 頁(yè)面形式就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)家居的遠(yuǎn)程控制，內(nèi)嵌于平臺(tái)的Web 服務(wù)器可以向任何接入它所在網(wǎng)絡(luò)的合法用戶提供統(tǒng)一的基于嵌入式瀏覽器方式的操作和控制界面，用戶所熟悉的瀏覽器也成了家居的最前端控制平臺(tái)，從而達(dá)到控制各種家電的目的。

1 硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)硬件基于ARM7TDMI核微處理器44box芯片，擴(kuò)展一片F(xiàn)lash用于存儲(chǔ)VxWorks操作系統(tǒng)、一片8M HY57V651620，網(wǎng)絡(luò)芯片采用RTL8019AS，附帶電路為系統(tǒng)電源電路和串口通訊電路以及家電控制模塊，安防報(bào)警等，如圖1.1所示。

圖1.1 硬件整體框圖

采用的S3C44BOX芯片是韓國(guó)Samsung公司出品的一款A(yù)RM(Advanced RISC Machines)微控制器，CPU核心為ARM7TDMI。支持在線仿真和實(shí)時(shí)調(diào)試采用SAMBA2總線結(jié)構(gòu)，最高頻率為66MHZ。S3C44BOX具有非常豐富的外圍資源，集成LCD控制器、12C總線控制器、I2S總線控制器、2個(gè)串口控制器、2個(gè)通用DMA(Direct Memory Access)控制器、8個(gè)10位ADC(Analog to Digital Converter)通道、71個(gè)通用I/O引腳等。S3C44B0X 中的系統(tǒng)管理能夠通過S/W 控制每組的訪問時(shí)間、數(shù)據(jù)總線寬度，ROM/SRAM 組的訪問時(shí)間和FP/EDO/SDRAM 組被系統(tǒng)管理寄存器中的BANKCON0-7 和BANKCON6-7 控制。組6-7 的類型需要相同。每組ROM/SRAM/DRAM 的數(shù)據(jù)寬度受BWSCON 控制寄存器控制。ROM 組0 用于Boot ROM 組，因此組0 受H/W 控制，OM[1:0]用于這個(gè)目的的。當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，通過專用的命令，LDMIA和STMIA對(duì)BWSCON,BANKCON0-7,BANKSIZE, MRSRB6/7實(shí)施控制。從而通過與SST39VF160芯片和HY57V641620存儲(chǔ)器接口電路通信實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)模塊的設(shè)計(jì)。

網(wǎng)絡(luò)模塊采用RTL8019AS芯片，其內(nèi)部寄存器分NE2000寄存器組和PnP寄存器組，其中NE2000寄存器組又分為4頁(yè)，都映射到16個(gè)I/O地址空間上。系統(tǒng)通過命令寄存器(CR)中的PS1和PS0位來訪問不同的頁(yè)，通過16位I/O地址來訪問頁(yè)內(nèi)寄存器，使芯片在全雙工模式下，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同時(shí)接收和發(fā)送成功完成了對(duì)網(wǎng)絡(luò)模塊的設(shè)計(jì)。由多種不同類型的傳感器對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行采集，對(duì)家電狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)于家電的控制采用紅外模塊來完成，采用SC9012紅外發(fā)射芯片來完成，當(dāng)控制端接收到相應(yīng)命令之后，發(fā)送電路就按一定的編碼在輸出端產(chǎn)生串行編碼的脈沖，該脈沖再經(jīng)驅(qū)動(dòng)由紅外線發(fā)光二極管發(fā)射到空間。家電的接收端接收到光信號(hào)后，經(jīng)過解碼，達(dá)到控制家電的目的。

2 軟件設(shè)計(jì)

ARM平臺(tái)軟件實(shí)現(xiàn)是本設(shè)計(jì)的另一個(gè)重點(diǎn)，軟件的設(shè)計(jì)基于VxWorks操作系統(tǒng)主要有GoAhead WEB服務(wù)器移植、Go Forms程序的設(shè)計(jì)和網(wǎng)頁(yè)制作。

2.1VxWorks操作系統(tǒng)平臺(tái)構(gòu)建。

VxWorks內(nèi)核與其它操作系統(tǒng)相比具有非常突出的優(yōu)點(diǎn)，快速的任務(wù)上下文切換、最小的同步開銷、最小的中斷延時(shí)，這也是本文使用該操作系統(tǒng)的原因之一。在VxWorks中，BSP向VxWorks提供與硬件環(huán)境的基本接口，負(fù)責(zé)在加電時(shí)完成硬件的初始化，為VxWorks訪問硬件驅(qū)動(dòng)程序提供支持，并將VxWorks中與硬件有關(guān)的以及與硬件無關(guān)的軟件進(jìn)行集成，由BSP向上提供虛擬的硬件平臺(tái)。因此，對(duì)于VxWorks操作系統(tǒng)而言板級(jí)支持包是非常重要的，針對(duì)目標(biāo)板的BSP開發(fā)實(shí)際上是指針對(duì)特定目標(biāo)板硬件進(jìn)行的BSP移植。對(duì)于VxWorks的移值分為二個(gè)不同層次，第一是針對(duì)處理器的移植，風(fēng)河公司據(jù)不同種類的CPU提供對(duì)應(yīng)的參考包；第二是針對(duì)具體目標(biāo)板，由開發(fā)人員定制BSP包。本文BSP設(shè)計(jì)也主要是針對(duì)第二部分 。

由BSP生成的BOOTROM完成最少的系統(tǒng)初始化，只對(duì)加載過程中所需的設(shè)備初始化和添加驅(qū)動(dòng)，然后通過網(wǎng)口將VxWorks映像加載到RAM的RAM_LOW_ADRS中，然后跳轉(zhuǎn)到VxWorks映像裝入點(diǎn)，從而正常啟動(dòng)VxWorks。在VxWorks基礎(chǔ)之上編寫網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序以及構(gòu)建TFFS文件系統(tǒng)。

2.2WebServer服務(wù)器。

Goahead是一款適合嵌入式的web Server, 支持asp,cgi,embedded JavaScrip等腳本語(yǔ)言, 這款WEB服務(wù)器非常小巧，編譯后不含SSI僅要求60K內(nèi)存，它的輸出通常也是面向一些小屏幕設(shè)備。在性能方面，使用一顆24MHz的68040處理器，它的響應(yīng)速度為20次/秒，使用266MHz的Pentium處理器可以達(dá)到50次/秒的響應(yīng)速度。使用的VxWorks開發(fā)環(huán)境是Tornado2.2，把goAhead所有的源碼加到VxWorks image編譯環(huán)境中去，從而實(shí)現(xiàn)Goahead的移植工作。GoAhead WebServer實(shí)現(xiàn)了稱之為GoForms的標(biāo)準(zhǔn)CGI內(nèi)存表單處理器，GoForms非常適合于嵌入式操作系統(tǒng)，這也是本文采用GoForms的原因之一。

編寫相應(yīng)的控制程序，如：燈光、家電、報(bào)警以及視頻監(jiān)控等,通過GoForms表單實(shí)現(xiàn)對(duì)各模塊控制程序的調(diào)用，同時(shí)設(shè)計(jì)網(wǎng)頁(yè)界面，用戶可以通過見頁(yè)界面對(duì)家庭環(huán)境設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制。

3 調(diào)試分析

3.1文件系統(tǒng)調(diào)試。

將Flash SST39VF160劃分為兩部分前512K [0x00000000-0x00080000]用于存放bootrom，后1536K [0x00080000-0x001FFFFF]建立TFFS用于存放VxWorks操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序，tffsDevFormat對(duì)Flash格式化，TFFS格式化完成，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器中的內(nèi)容就顯得很有規(guī)律，我們可據(jù)此判斷格式化是否成功。使用usrTffsConfig對(duì)文件系統(tǒng)進(jìn)行配置，成功后，可以通過devs查看Tffs文件系統(tǒng)的掛載信息。

在文件系統(tǒng)建立成功之后，通過在目標(biāo)開發(fā)板上啟動(dòng)FTP服務(wù)，將編譯好的VxWorks映象下載到文件系統(tǒng)中。在DOS模式下登陸開發(fā)板進(jìn)入文件系統(tǒng)目錄可以看到具有讀寫屬性的下載成功的 VxWorks映像。

3.2WebServer 調(diào)試結(jié)果。

圖3.1 網(wǎng)頁(yè)控制界面

網(wǎng)頁(yè)控制界面如圖3.1所示。

在瀏覽器中輸入http://192.166.0.2/ ,可以看到一個(gè)網(wǎng)頁(yè)控制界面，說明WebServer已經(jīng)構(gòu)建完畢。在系統(tǒng)控制界面中，已實(shí)現(xiàn)部分功能如照明系統(tǒng)的燈光單獨(dú)控制，可以對(duì)房間的燈進(jìn)行單獨(dú)開啟和關(guān)閉控制，不影響其它房間當(dāng)前狀態(tài)；控制智終端復(fù)位，系統(tǒng)出現(xiàn)故障狀態(tài)下，可以對(duì)家居控制器進(jìn)行遠(yuǎn)程操作；通風(fēng)系統(tǒng)控制?？梢姾诵牟糠忠呀?jīng)完成，完全可根據(jù)不同電器的特性，編寫一個(gè)控制程序加入到WebServer當(dāng)中去，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)家電的控制。

4 總結(jié)

本文基于ARM芯片以及VxWorks實(shí)現(xiàn)了一個(gè)Web服務(wù)器系統(tǒng)，完成了VxWorks移植、串口網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)編寫、Tffs文件系統(tǒng)構(gòu)建、相應(yīng)控制程序編寫等。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了家居控制系統(tǒng)的基本功能，為進(jìn)一步的開發(fā)做好了準(zhǔn)備。

[1]宋珍偉. Vxworks監(jiān)控系統(tǒng)研究[J]. 景德鎮(zhèn)高專學(xué)報(bào)，2009(4)：7-8.

[2]宋珍偉. 基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)程智能家居系統(tǒng)[J]. 科技廣場(chǎng)，2005(10)：97-98.

[3]程敬原.VxWorks軟件開發(fā)項(xiàng)目實(shí)例完全解析[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005，10.

[4]陳智育，等.VxWorks程序開發(fā)實(shí)踐[M].北京：人民郵電出版社，2004，5.

ClassNo.:TP332.3DocumentMark:A

(責(zé)任編輯：蔡雪嵐)

ResearchonSmartHomeControlSystemBasedonVxWorks

Song Zhenwei Jiao Yuquan

The fast development of information, network technology as well as intelligent household appliance offers facilities for the remote control of home appliances and Safeguard Alarming System. This thesis constructs a Smart Home Control Platform based on web through which home appliances can be easily controlled via Logging on the website of it if only the internet is available. Tested, this system has good stability and practicality. The functional goal of remote device monitoring has been achieved.

smart home；vxworks；webserver；arm

宋珍偉，碩士，講師，南通農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇·南通。郵政編碼：226007

1672-6758(2011)11-0067-2

TP332.3

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