基于Arm-Linux的智能传感器中央控制系统的设计与实现

论文摘要

网络技术和数字信息新技术的发展为实现家庭生活智能化提供了强有力的技术支撑;传感器技术的发展提供了家庭设备和家庭网络进行信息交换的技术基础;而计算机技术和嵌入式技术的发展为实现对接入家庭网络的各类设备的监测、控制和管理提供了技术支持。新技术的产生使人们对生活和工作的环境提出新的需求。以家庭网关为主导,将现有和将来可能的硬件设备纳入家庭网络,并且实现智能化服务和管理是数字家庭未来发展的主要方向。由于传统的家庭网关很难将分散于家庭各处的传感设备连接到一起,因此,本文提出了中继器的设计概念,将其从常规的复杂家庭网关中分离出来,实现了对分散于家庭各处的传感器设备进行更为智能化的管理。中继器需要完成的基本功能包括:对于接入的传感器设备,能够将其迅速融入整个系统中,实现即插即用;根据采集信息的变化自动进行模仿人为分析、操作等功能;与家庭网关通信,提供远程控制、查询、管理等功能。本控制系统核心部分采用S3C2410为处理器,嵌入式实时Linux为操作系统,极大地提高了控制系统的稳定性。本文详细地介绍了传感器中央控制系统的硬件、软件设计,并且详细地介绍了软件的具体实现。另外,本文还提出了基于自主通讯协议的家庭网络通信方式,有效地提高了控制系统的实时性与可靠性。本论文基于和日本NTT研究所合作的科研项目“家庭传感器及开关接入的中继系统设计”为技术背景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略语
• 第一章 绪论
• 1.1 背景与需求分析
• 1.2 传感器技术与数字家庭网络
• 1.3 中央控制系统的组成及其必要性
• 1.4 论文内容安排
• 1.5 本章总结
• 第二章 嵌入式系统环境的搭建
• 2.1 核心板外围硬件的扩展
• 2.2 BOOTLOADER 的修改与移植
• 2.2.1 Bootloader 所完成的作用
• 2.2.2 Bootloader 与内核启动参数
• 2.2.3 修改Bootloader 代码
• 2.3 嵌入式文件系统的移植
• 2.4 PC 端开发环境的建立
• 2.5 本章总结
• 第三章 控制系统总体设计
• 3.1 家庭网络的底层通信
• 3.1.1 家庭网络底层通信的选型
• 3.1.2 家庭网络的拓扑结构
• 3.2 中继器的概念
• 3.3 中继器接入部分设计
• 3.3.1 接入模块功能设计
• 3.3.2 接入模块基本设计
• 3.3.3 接入设备的软件状态设计
• 3.4 中继器控制部分设计
• 3.4.1 中继控制部分硬件框架
• 3.4.2 中继控制部分软件设计
• 3.4.2.1 软件接口描述
• 3.4.2.2 软件功能设计
• 3.5 家庭网关
• 3.6 传感器设备的信息结构描述
• 3.7 自主通讯协议
• 3.7.1 应用层协议设计
• 3.7.2 数据链路层协议
• 3.7.3 物理层设计
• 3.8 本章总结
• 第四章 系统软件的具体实现
• 4.1 总线数据交互模块
• 4.1.1 Linux 下串口驱动程序的编写
• 4.1.2 Linux 下对硬件内存的访问
• 4.1.2.1 驱动程序中内存的分配
• 4.1.2.2 硬件I/O 内存的操作
• 4.1.3 Linux 下串口的应用编程
• 4.1.4 系统总线接口部分（R5232）软件流程
• 4.2 网络数据交互模块
• 4.3 数据信息处理模块
• 4.3.1 总线数据处理流程
• 4.3.2 网络数据处理流程
• 4.4 嵌入式数据库
• 4.4.1 嵌入式数据库的选取
• 4.4.2 Sqlite3 的跨平台移植
• 4.4.3 Sqlite3 的使用简介
• 4.4.4 嵌入式数据库的具体设计
• 4.5 嵌入式网络服务器
• 4.5.1 Boa 的交叉移植与配置
• 4.5.2 CGI 交互应用程序
• 4.6 中继器软件总流程
• 4.7 中继控制部分软件实现中的几个问题
• 4.7.1 共享资源的冲突避免
• 4.7.2 监控端程序的超时机制
• 4.7.3 程序的可重入问题
• 4.7.4 多线程的应用
• 4.8 本章小结
• 第五章 系统测试设计
• 5.1 硬件单元测试
• 5.1.1 近端接入模块通信测试（R5485）
• 5.1.2 远端接入模块通信测试（RF）
• 5.2 软件单元测试
• 5.3 系统整体测试
• 5.4 本章总结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间完成的学术论文