嵌入式家电设备管理信息系统的研究

嵌入式家电设备管理信息系统的研究

周英妮金炳奎

广东美的厨房电器制造有限公司528311

摘要：以信息家电为代表的互联网时代嵌入式产品，不仅为嵌入式市场展现了美好前景，注入了新的生命力，同时也对嵌入式系统技术，特别是软件技术提出新的挑战。因此，本文对嵌入式家电设备管理信息系统进行了研究。

关键词：嵌入式家电；设备管理；信息系统

引言

随着Internet的普及与发展，微处理器的性价比越来越高，家庭信息化与智能化的趋势日益明显，越来越多的人开始追求家庭生活的高效、便捷，新一代的智能家庭孕育而生。家电远程控制系统作为智能家庭的核心部分，对家庭数字化的普及具有重要的现实意义。

1、嵌入式设备概述

嵌入式设备主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件和嵌入式软件系统组成，它是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”。嵌入式处理器主要由一个单片机或微控制器（MCU）组成。相关支撑硬件包括显示卡、存储介质（ROM和RAM等）、通讯设备、IC卡或信用卡的读取设备等。嵌入式系统有别于一般的计算机处理系统，它不具备像硬盘那样大容量的存储介质，而大多使用闪存（FlashMemory）作为存储介质。嵌入式软件包括与硬件相关的底层软件、操作系统、图形界面、通讯协议、数据库系统、标准化浏览器和应用软件等。

2、家庭电器的内部网络

目前，家庭内部组网有多种方式，从传输介质上来看主要分有线和无线两种：有线方式主要有电话线、电力线、光纤等；无线方式主要有红外、蓝牙技术等。但是家庭电器具有多样性，并且要求稳定和低成本，鉴于这种特点本文中我们应用一种新的组网方式，由于这种技术的家庭领域应用很少，因此才说其新。我们采用的是最早应用于汽车行业作为CAN的辅助总线的LIN总线。由于LIN协议的突出特点是协议对硬件的依赖程度低，成本低廉，可以基于普通单片机的通用串口等硬件资源以软件方式实现，几乎所有的为控制都具备LIN必须的硬件资源，因此可以广泛应用于智能家电系统内部网络的数据通信等。

3、LIN总线技术在实现智能家电控制中所具有的优势

目前，实现智能家居系统的传输方式包括电子载波的X-10和CEBUS、电话线的HomePNA、LonWorks总线、R485总线和CAN总线等。这些有线实现方案有各自的技术特点，适用于要求不用的数据传输速率和数据传输范围的不同场合。与其他总线技术相比，LIN总线技术所具有的突出优点就是不需要单独的硬件控制器，可以用普通的单片机以软件的方式来实现LIN的协议，从而可以大大降低智能家电系统的硬件成本。另外一个突出优点就是它是一个但数据总线，在家庭网络中的架构上可以减少室内的布线量，很迎合家庭装修美观的要求。而且LIN具备完备的通信协议，完全可以满足家庭网络内部的数据采集、家用电器控制等比较简单的数据通信的需要。两者完美的结合，决定了LIN总线将会在未来的家庭网络通信的有线方式中占据重要的地位。

4、嵌入式家电设备管理信息系统中家庭网关的设计

4.1系统硬件需求

主控模块由CPU，ROM，DRAM和SDRAM组成。CPU是家庭信息控制平台的核心，负责各子系统的初始化和各部分的协调工作。ROM中包含自举代码和基本操作系统程序，在系统启动时，由CPU控制将ROM中的操作系统、ELF或其他格式的二进制用户应用服务程序与数据装入DRAM的相应位置，然后开始运行。

主控制器采用韩国三星公司的ARM处理器S3C2410，它基于ARM920T核且由9ARMTDMI、存储管理单元（MMU）和高速缓存三部分组成。其中，MMU可以管理虚拟内存，高速缓存由独立的16KB地址和16KB数据高速Cache组成。ARM920T有两个内部协处理器：CP14和CP15。CP14用于调试控制，CP15用于存储系统控制以及测试控制。

4.2系统实现

嵌入式网关主要是把内部的RS232的数据和外部Internet的数据交互。当网关接收到远程主机的访问请求，它从RS-232串口读取，并做一些处理，经过Linux系统调用内核、BSDsocket、传输层和网络层，在网络层添加相应的逻辑地址和其它的数据，封装成IP数据报，在MAC层添加物理地址，然后由网卡芯片添加其它的相应的MAC帧数据，然后由硬件输出数据。

4.2.1嵌入式Linux的移植

使用makemenuconfig把所有不需要的选项去掉，如floppy、SMP、MTRR、SCSI等；把blockdevice移除，只留下oldIDEdevice；把所有的characterdevice移除；把所有的filesystem移除，只留下ext2；不需要sound，同时把embeddedboard常用的driver加进去。

4.2.2串口的操作

串行口是计算机一种常用的接口，具有连接线少，通讯简单，得到广泛的使用。常用的是RS-232，它已成为计算机、外设、交换机和许多通讯设备的标准接口。Linux从一开始对RS-232提供了很好的支持。

4.2.3Web服务器

Web服务器原理从功能上来讲，Web服务器监听用户端的服务请求，根据用户请求的类型提供相应的服务。用户端使用Web浏览器和Web服务器进行通信。Web服务器在接收到用户端的请求后，处理用户请求并返回需要的数据。服务器主进程监听设定的端口，一旦有浏览器的请求到达，则建立连接并返回新的套接口描述符交由子进程处理。子进程读取请求并分解出URL、请求方法，再由所请求文件扩展名对应的MIME类型判断，如是静态文本则直接读取并发送给浏览器；如是CGI脚本，则新开一个子进程执行该脚本，处理脚本运行结果并返回浏览器；在一定时延后无后续请求则关闭该连接。

4.3系统测试

至此，基于Linux的嵌入式网关己基本做好了，并进行了测试。测试过程如下：在进行测试前，首先要设置开发的IP地址和端口号；先把系统加电，通过JTAG或者串行口把程序下载到开发板中，然后根据bootloader的设置启动系统；系统启动以后，嵌入式网关的守护进程开始工作；打开客户端的浏览器（如IE等），输入嵌入式Linux系统的IP地址和端口号，当成功与服务器连接以后，这样客户端和服务器就可以完成交互功能，实现网络测控。通过选择要测量的项目，表单将信息递交给服务器，服务器接收到请求后，解析请求并作相应处理，然后将处理结果返回给客户端，这样就完成一次处理过程。

结束语

综上所述，嵌入式Linux系统一般可分为软件系统和硬件系统两个部分，硬件系统包含控制电路、控制板，以及涵盖机械的其他附属设备。软件系统是嵌入式系统的必要部分，专门从事硬件的驱动、控制处理或界面处理，以提升硬件产品的价值，是嵌入式系统产品不可或缺的重要部分。

参考文献

[1]纪秀辉.嵌入式家电设备管理信息系统的研究[J].电脑知识与技术，2010.

[2]刘礼建.张广明.基于ZigBee无线技术的智能家居管理系统设计[J].计算机技术与发展，2011.

[3]廖中原.王超.骆德汉.等.基于LPC2214的嵌入式智能家居控制终端的设计[J].计算机技术与发展，2014.