基于Rabbit2000的嵌入式家庭网关设计PDA

基于Rabbit2000的嵌入式家庭网关设计

基于Rabbit2000的嵌入式家庭网关设计 2011年12月09日 来源： Internet的日益普及，信息共享程度的不断提高，使得网络和信息家电（IA）已越来越多的出现在人们的生活之中。家庭信息化网络技术也成为世界上各大家电制造厂商研发的主要方向。信息家电是将普通家用电器利用数字技术、网络技术及智能控制技术设计改进的新型家电产品。家电网络化方案如图1所示，信息家电可以实现家电互联组成一个家庭内部网络，同时这个家庭网络又可以与外部互联网相连接。从而可实现对家电的集中控制，根据个人习惯设定所有网络家电的自动起停时间与自动运转方式。同时可对家用电器的运行状态进行远程控制与故障监测，为人们提供一个高效、便捷、现代化的生活环境。 图1：家电网络化方案

家电的网络化过程有两个关键技术需要解决，一是家庭网关的设计 ；二是家庭内部组网方式的实现。目前，家庭内部基本连网方式包括有线和无线两种。其中有线方式以双绞线、电话线、电力线等最为典型。而无线方式则以HomeRF、BlueTooth为代表，它们在实现过程中各有优缺点。而嵌入式家庭网关则是家庭局域网的核心部分，它主要完成家庭内部网络各种不同通信协议之间的转换和信息的共享，以及同外部通信网络之间的信息交换功能，从而实现家庭智能设备的远程管理和控制。 系统方案的提出 作为家庭内部局域网与外部网络交换信息的中间媒介，家庭网关应实现如图2所示的基本功能。 图2 : 家庭网关基本功能

就各种功能介绍如下： ● 嵌入式TCP/IP协议栈 TCP/IP协议是一个四层协议系统，包括数据链路层、网络层、传输层和应用层，每一层负责不同的功能。其结构框图如图3所示。嵌入式TCP/IP协议栈是家庭网关和外部Internet网络通信的协议基础。在复杂系统中，TCP/IP协议栈一般都作为操作系统的一部分，通过软件实现。当前比较流行的嵌入式操作系统基本上都包含TCP/IP协议栈，适合于中高档微处理器实现。但对于一般的以8/16位微处理器和单片机为代表的低成本嵌入式系统而言，TCP/IP协议应尽可能精简，一般仅取其内核部分。鉴于单片机内部资源有限，本设计中仅实现ARP、IP、ICMP、UDP、HTTP五种协议，提供了一个从网络层到应用层的完整通道。 图3: TCP/IP协议层次结构

● 嵌入式Web服务器(WebServer) 嵌入式Web服务器是家庭网关面向外部通信网络和远程监控用户的窗口，家庭内部各种智能应用终端的信息和状态均以网页的形式通过Web服务器传送给远程监控用户，远程监控用户通过网页以CGI形式改变和控制家庭智能终端的参数和状态。根据目前技术背景和应用前景，Web服务器有三种不同的形式 ：WWW Web服务器、WAP Web服务器、电话控制服务器。WWW Web服务器是指当前应用最为广泛的以HTTP协议和CGI为基础的网络服务器；WAP Web服务器是指以移动电话为代表的移动终端所支持的无线应用协议为基础的网络服务器，是最为便捷最有前途的网络服务器 ；电话控制服务器则是指支持用户通过电话实现对家庭智能终端的监视和控制的服务程序，这种方式技术含量较低，且一般只能控制少数家庭智能终端，无法实现对复杂家庭局域网的有效控制。 ● 内部网络协议转换 智能家庭局域网的枢纽，担负着智能家庭局域网内部各种不同协议子网之间的协议转换工作，是处于智能家庭网关中与物理层接口的底层软件，也是智能家庭网关的基础。由于家庭内部网络有高速和低速之分，本设计仅侧重于以信息家电为对象的低速家庭网络，并不涉及具体的计算机网络和高速多媒体网络，故网络协议转换部分实现起来相对容易。 ● 家庭智能控制与管理程序 家庭智能控制与管理程序是智能家庭网关，乃至整个智能家庭局域网的核心，负责所有智能应用终端的控制和管理功能。家庭智能控制与管理程序不仅需要根据远程监控用户的指令完成对各种不同智能应用终端的参数设置和控制，而且还要根据各种不同智能应用终端的特性和家居生活的特点，制定一套有效合理的控制和管理策略，从而给家庭用户提供一个舒适、便捷、安全的生活环境。家庭智能控制与管理是一个涉及技术领域广泛、工程比较庞大的系统工程，研制一套切实有效的家庭智能控制与管理程序将是一个比较漫长的反复探索过程。因此，本设计仅针对某些特定类型的智能应用制定一套比较合理的智能控制和管理程序。 硬件设计实现方案 本设计采用Z-WORLD公司推出的低成本的嵌入式微控制器Rabbit 2000作为主控制器。它是一种高性能的8位微处理器，带RJ-45插口的内置10Base-T端口简化了网络连接，便于开发带以太网接口的监控、通信设备；配备有4个串行口，方便扩展连接；拥有2

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