（测试计量技术及仪器专业论文）嵌入式智能家居控制系统的研究与设计.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 智能家居系统是融合了计算机、网络、自动控制、传感等多种技术，并涉 及生态、环境、能源等多个领域的综合性系统性工程。除了要满足自动控制的 需求之外，还要实现节能、环保、人性化以及个性化。虽然这些听起来有点理 想化，但是，微电子技术和嵌入式系统技术的发展，使得这一切都可以成为可 能。本文即阐述了一种实现智能家居的系统结构以及基于嵌入式系统的智能家 居终端的实现方法。 本文通过对智能家居系统的分析，确定了总体架构设计。针对智能家居系 统的特点和所要实现的基本功能，我利用3 2 位嵌入式a r m 9 处理器$ 3 c 2 4 1 0 作为智能家居控制系统的控制核心，对控制器的核心电路进行了详细设计，包 括对$ 3 c 2 4 1 0 主控制芯片电路、存储系统电路以及电源电路的设计。按照总体 设计方案的要求，又分别对l c d 接口电路、u s b 接口电路以及无线通信模块电 路等其它外围接口电路进行了设计，完成整个系统硬件平台的搭建，并针对煤 气泄漏报警模块给出了详细的硬件设计。 本文同时详细介绍了基于宿主机一目标机交叉开发环境，在p c 机上安装 w i n d o w sc e n e t4 2 ，利用微软提供的p l a t f o r mb u i l d e r4 2 工具安装目标平台的 b s p 及定制w i n d o w sc e 操作系统内核映像，然后下载内核映象文件到a r m 9 目标板，最后利用a c t i v e s y n c 同步软件通过u s b 电缆使开发板与p c 互相通信。 利用e m b e d d e dv i s u a lc + + 4 0 开发工具完成了煤气泄漏报警模块的设计。本智 能化家居控制系统还利用无线传输技术手段，克服了有线传输技术的缺陷，通 过无线数据通讯模块的收发，实现家居信息报警及对家用电器进行选择性控制， 从而最终完成了基于$ 3 c 2 4 1 0 处理器的软硬件设计。 关键词：$ 3 c 2 4 1 0 ，智能家居系统，无线传输，w i n d o w sc e n e t 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t s m a r th o m es y s t e mi sac o m p r e h e n s i v ea n ds y s t e m a t i ce n g i n e e r i n gi n c l u d i n g t e c h n o l o g i e so fc o m p u t e r , n e t w o r k ，a u t o m a t i o n ，s e n s o r se t e ，a n di n v o l v e se c o l o g y , e n v i r o n m e n t ，e n e r g ys o u r c e sa n d e v e d _ m o r ef i e l d s i na d d i t i o nt om e e tt h ed e m a n do f a u t o m a t i o n ，i tm u s tb ee n e r g yc o n s e r v a t i o n , e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ，h u m a n i z a t i o n a n di n d i v i d u a t i o n t h o u g hi ts e e m sal i t t l ei d e a l i s t i c ，t h ep r o g r e s so fm i c r o e l e c t r o n i c s a n de m b e d d e da p p l i c a t i o nm a k ei tc o m et r u e t h ed i s s e r t a t i o nd i s c u s s e ds t r u c t u r eo f s m a r th o m e ，a n dd e s c r i b e dad e s i g no ft h ec o n t r o lt e r m i n a lb a s e do ne m b e d d e d s y s t e mt e c h n o l o g i e s b ym e a n so ft h ea n a l y s i so fs m a r th o m es y s t e m , t h ed i s s e r t a t i o nd e s i g n e dt h e g l o b a ls t r u c t u r e a i m i n ga tc h a r a c t e ra n df u n c t i o no fs m a r th o m es y s t e m ，i tu t i l i z e d t h e3 2 - b i te m b e d d e da r m p r o c e s s o r $ 3 c 2 4 10a st h ec o n t r o l l i n gc o r eo ft h es m a r t h o m es y s t e mi nt h i sd i s s e r t a t i o n i td e s i g n e dc o r ec i r c u i to fc o n t r o l l e ri nd e t a i l ， i n c l u d i n g $ 3 c 2 4 10c o n t r o l l e rc h i pc i r c u i t ，m e m o r ys y s t e mc i r c u i ta n dp o w e rc i r c u i t t om e e tt h ed e m a n do fg l o b a lp r o j e c td e s i g n , i td e s i g n e dl c di n t e r f a c ec i r c u i t ， k e y b o a r dc i r c u i t ，w i r e l e s st r a n s m i s s i o nm o d u l ec i r c u i t ，o t h e rp e r i p h e r a li n t e r f a c e sa n d e s t a b l i s h e sa l lt h es y s t e mh a r d w a r ep l a t f o r m t h e ni tp r o v i d e dt h ed e t a i ld e s i g no ft h e l e a k i n ga n dw a r n i n gm o d u l eo fc o a lg a s m e a n w h i l e ，t h e d i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e dt h e o v e r l a p p i n gd e v e l o p m e n t e n v i r o n m e n tb a s e do nt h eh o s tc o m p u t e r - t a r g e tc o m p u t e r i ti n s t a l l e dw i n d o w s c e n e t4 2o nt h ep c ，u s e dt h et o o lo fp l a t f o r mb u i l d e r4 2t oc u s t o m i z et h eb s po f t a r g e tp l a t f o r ma n dt h ei m a g eo fw i n d o w sc e ，d o w n l o a d e dt h ei m a g eo fk e r n e lt o t a r g e tc o m p u t e ro fa r m 9 ，u t i l i z e dt h es o f t w a r eo fa c t i c e s y n ct om a k et h et a r g e t c o m p u t e rc o m m u n i c a t ew i t hp cb yt h eu s bc a b l e i tu s e dt h ed e v e l o p m e n tt o o lo f e m b e d d e dv i s u a lc + + 4 0t oc o m p l e t et h es o f t w a r ed e s i g no ft h em o d u l eo fl e a k i n g a n dw a r n i n go fc o a lg a s t h i ss m a r th o m es y s t e ma l s ou s e dw i r e l e s st r a n s m i s s i o n t e c h n o l o g yt oo v e r c o m et h ed e f e c to fw i r e dt r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g y t h r o u g ht h e r e c e i v i n ga n ds e n d i n go fw i r e l e s sd a t at r a n s m i s s i o nm o d u l e ，i tr e a l i z e dt h eh o m e w a r n i n gi n f o r m a t i o na n ds e l e c t i v ec o n t r o lo fh o u s e h o l da p p l i a n c e s f i n a l l y , t h e n 武汉理工大学硕士学位论文 d e s i g no f h a r d w a r ea n ds o f t w a r eb a s e do l l $ 3 c 2 4 1 0p r o c e s s o rw a sc o m p l e t e d k e y w o r d s ：$ 3 c 2 4 1 0 ，s m a r th o m es y s t e m ，w i r e l e s st r a n s m i s s i o n ，w i n d o w sc e n e t i l i 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 科。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交 论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部内容，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 二十一世纪是高速变革的信息时代，社会的信息化唤起了人们对住宅智能 化及家庭智能化的要求，智能住宅已成为中国房地产市场的主流。计算机行业 和家电行业、电信行业、安防监控行业的互相渗透、互相融合，使信息时代直 接勾勒于家居生活己成为现实。建设部要求根据不同消费者的需要，推动家居 数字化、建筑智能化技术及产品的发展，到2 0 1 0 年全国大中城市中6 0 的住宅 要实现智能化，由此可见中国智能家居市场潜力巨大。 “智能家居 ( s m a r th o m e ) ，又称智能住宅。它利用先进的计算机嵌入式 系统和网络通讯技术，将家庭中的各种设备( 如照明系统、环境控制、安防系 统、网络家电) 通过家庭网络连接到一起。一方面，智能家居将让用户有更方 便的手段来管理家庭设备，比如，通过无线遥控器、电话、互联网或者语音识 别方式控制家用设备，更可以执行场景操作，使多个设备形成联动；另一方面， 智能家居内的各种设备相互间可以通讯，不需要用户指挥也能根据不同的状态 互动运行，从而给用户带来最大程度的高效、便利、舒适与安全。与普通家居 相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家 庭生活空间；还由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方 位的信息交互功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式， 帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资 金l 。 智能家居是近几年产生并迅速崛起的一种新型家居住宅，而家居的智能化 是其最重要最基本的内容，它是建筑艺术、生活理念与信息技术、电子技术等 现代技术的完美综合。它不仅已经成为一个国家经济实力和科学技术的综合标 志之一，而且也是人类社会住宅发展的必然趋势。但是，当前的智能家居产品 大都基于有线通信技术，系统成本高，设计周期长，维护不方便，较难适应当 前的发展形式，同时智能家居技术在我国还是刚刚起步，许多技术标准都还不 统一，还有很多工作需要做。因此加强这方面的研究，如何选取合适的技术， 进行合理的方案设计，进而组建一种符合我国国情的、具有自主知识产权的智 武汉理一1 ：大学硕士学位论文 能家居系统己成为当前智能家居领域中极富挑战的课题。本设计课题就是在这 种背景下，经导师细心指导后选定的。 应该注意，家居智能化与家居信息化和家居自动化，家庭的网络化等有一 定的区别。在住宅中为住户提供一个宽带上网接口，家居信息化的条件即已具 备，但这做不到家居智能化；电饭煲可定时烧饭煲汤，录像机可定时预录预定 频道的电视节目，这些仅仅是家电自动化。信息化和自动化是家居智能化的前 提和条件，实现智能化还需对记录、判别、控制、反馈等过程进行处理，并将 这些过程在一个平台实现集成，能按人们的需求实现远程自动控制。智能化应 服务于人们的居家生活，因此应更全面、更富有人性化。智能家居就是以住宅 为平台，兼备建筑设备、网络通讯、信息家电和设备自动化，集系统、结构、 服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。 1 2 国内外智能家居研究现状及发展方向 1 2 1 国外智能家居的研究现状 2 0 世纪7 0 年代开始，国外许多国家开始针对家庭网络进行研究。自从世界 上第l 幢智能建筑1 9 8 4 年在美国出现后，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东 南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居的方案。智能家居在美国、 德国、新加坡、日本等国都有广泛的应用。新加坡模式的家庭智能化系统包括 三表抄送功能、安防报警功能、可视对讲功能、监控中心功能、家电控制功能、 有线电视接入、住户信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布线箱、宽带网 接入和系统软件配置等。 几年前一些经济比较发达的国家提出了“智能住宅的概念，住宅智能化 是智能家居的先导，智能家居是住宅智能化的核心。那么达到一个什么样的标 准才可以称之为智能化家庭呢? 智能化家庭与智能大厦概念与定义一样，至今 尚没有取得一致的认同。美国电子工业协会于1 9 9 8 年编制了第1 个适用于家庭 住宅的电气设计标准，即家庭自动化系统与通讯标准，也有称之为家庭总线 系标准( h b s ) 。在新加坡有近3 0 个社区( 住宅小区) 近5 0 0 0 户的家庭采用了 “家庭智能化系统 ，美国已有近4 0 0 0 0 户家庭安装了这一类的“家庭智能化系 统”。三星公司从2 0 0 3 年春节后，开始在中、韩两国同时推出其智能家居系统， 2 武汉理t 犬学硕士学位论文 通过机顶盒和网络，将家居自动控制、信息家电、安防设备以及娱乐和信息中 心这四部分集成一个全面的、面向宽带互联网的家居控制网络。 1 2 2 国内智能家居的研究现状 同国外相比，我国对家庭网络和信息家电的相关产品的研制起步较晚。从 中国的国情来看，其中实用型与舒适型应当成为住宅建设的主流，因为实用型 住宅主要面向国内目前低收入者，舒适型面向中等偏上收入者。但是住宅是一 项使用寿命较长、一次投资较大的特殊商品，因此，建设时的标准必须具有一 定的超前性。 我国将住宅小区智能化定义为：利用4 c ( 即计算机、通讯与网络、自控、 i c 卡) 技术，通过有效的传输网络，将多元信息服务与管理、物业管理与安防、 住宅智能化系统集成，为住宅小区的服务与管理提供高技术的智能化手段，以 期实现快捷高效的超值服务与管理，提供安全舒适的家居环境。 目前智能家居一般要求有三大功能单元：第一，要求有一个家庭布线系统； 第二，必须有一个兼容性强的智能家居中央处理平台( 家庭信息平台) ；第三， 真正的智能家庭生活至少需要三种网络的支持：宽带互联网、家庭互联网和家 庭控制网络。 我国从1 9 9 7 年初开始制定 小康住宅电气设计( 标准) 导则( 讨论稿) 。在 导则中规定了小康住宅小区电气设计总体上应满足以下要求：高度的安全 性，舒适的生活环境，便利的通讯方式，综合的信息服务，家庭智能化系统。 同时也对小康住宅与小区建设在安全防范、家庭设备自动化和通讯与网络配置 等方面提出了三级设计标准，即：第一级为“理想目标”，第二级为“普及目标一， 第三级为“最低目标 1 2 l 。根据我国国情、民情，实现“智能化家居几步走 ， 可兼顾、激活目前家庭里已经大量存在的非智能家电；方便需要通过电视实现 上网的几千万人，特别适于智能家居的d i y ；对家庭电器具有多种功能开发、 信息处理增值、人机保护等功能。但智能家居是一个大的社会系统工程，建立 起清晰的产业链还尚需时日。 1 2 3 智能家居发展的主要方向 从技术角度看，智能家居是融合了计算机、网络、自动控制、传感等多种 3 武汉理工大学硕士学位论文 技术，并涉及生态、环境、能源等多个领域的综合性系统性工程，其实现归根 到底是基于策略的自动控制和信息交换，所以，智能家居系统也就是一个综合 了信息流和控制流的网络系统。智能家居的发展离不开相关技术的进步，相关 技术的飞跃也必然改变智能家居的面貌。不难看出智能家居的主要发展趋势就 是下述几点p j ： 信息化：信息技术，尤其是网络技术的发展，不仅是一场技术革命，也极 大地改变了人们的思维模式和行为模式。建筑智能化的重要特征就是：网络化、 智能化、人性化、个性化。人们接受智能化产品融入自己的工作和生活，不再 是为了好奇，而是需求。智能化系统、宽带综合布线系统带给人们的不仅是产 品，更重要的是体现了一种服务模式和服务理念。 网络化：基于网络环境的综合应用，包括物业管理、安防、商务等。在简 化管理流程的同时，方便人们的日常生活。 标准化：改变目前“各自为政 的情况，使不同厂家的产品可以互操作， 方便在解决方案中采取适合质量等级的产品，组建个性化的系统。 模块化：基于标准的接口规范，设计独立的功能模块，增强系统的可维护 性、可扩展性，简化系统集成的过程。 绿色：智能化建筑的绿色生态发展，主要包括节能、无污染( 空气污染、 噪声污染、电磁污染等) ，资源的循环、回收利用。安全、舒适的休闲、工作环 境是主要的目的。 整合：在此引用耗资6 0 0 0 万美元建造高科技别墅的比尔盖茨的观点，他说 独立的智能家居早晚会被取代，未来的智能住宅最大的特色即为“整合 ，将由 一套完整的网络服务将房屋内的灯光、保安、音频、视频等一系列自动化程序 整合在一起。 智能家居最终目的是让家庭更舒适，更方便，更安全，更符合环保。随着 人类消费需求和住宅智能化的不断发展，今天的智能家居系统将拥有更加丰富 的内容，系统配置也越来越复杂。智能家居包括网络接入系统、防盗报警系统、 消防报警系统、电视对讲门禁系统、煤气泄露探测系统、远程抄表( 水表、电 表、煤气表) 系统、紧急求助系统、远程医疗诊断及护理系统、室内电器自动 控制管理及开发系统、集中供冷热系统、网上购物系统、语音与传真( 电子邮 件) 服务系统、网上教育系统、股票操作系统、视频点播、付费电视系统、有 线电视系统等等，各种新鲜的名词逐渐成为智能家居中的组成部分1 4 j 。 4 武汉理工大学硕七学位论文 1 3 研究的目的与意义 基于调研结果和家居的发展特点和现状可以看出，虽然目前智能家居系统 有了一定的发展，出现了一系列的产品，但总体还处于市场发展初期，特别是 缺乏统一的标准和权威的产品出现。而随着经济的发展，信息技术的进步，人 们对家庭环境必然提出越来越高的要求。家居监控系统作为智能化家居的一个 重要组成部分，也将起到更加重要的作用。 随着计算机技术，通讯技术，网络技术的快速发展，消费电子产品正逐渐 与计算机、通讯技术密切结合在一起：同时随着人们生活质量的同益提高，人 们对家庭安全、家居智能化的要求也越来越高，需要将家庭安全、家庭智能化 和家庭通讯与网络设施集成在一起。 将高科技产品应用于住宅和物业管理已经成为当今商品房的一大卖点。随 着计算机普及和信息产业的发展，人们对居住环境的要求不断提高，智能家居 越来越成为中国家居市场的主流。目前，中国已在经济发达地区如北京、深圳、 广州、上海等地建立了一批智能住宅小区，而且正快速地向其他地区辐射。建 设部已将智能化住宅小区列为国家重点发展方向【5 1 。预计未来5 到l o 年可以形 成主流市场。智能家居将大大改变人们的生活方式和工作方式，带动房地产业、 智能化装修、小区服务中心、传统家电企业等相关产业的发展。家居数字化、 建筑智能化及相关技术产品正在得到发展，智能化家居将逐步走入人们的生活。 目前美国的智能建筑、智能家居一直处于国际领先地位，国内的智能家居 产品大多数照搬或简单改装国外产品。由于我国家居生活与国外相差甚大，因 此开发适合我国家居特色的智能家居产品显得非常重要，嵌入式家居项目的应 用前景也是非常广阔的。 1 4 本论文研究的主要内容 本文将从理论和系统设计两个方面对智能家居控制系统的问题进行深入的 研究，将控制系统分为现场控制级( 主机) 和多个控制对象级( 分机) 。现场控 制级设备( 主机) 能够收集到控制对象( 分机) 的各种信息，对这些数据进行 处理，并能够在设定的条件下产生报警。通过该系统，可以得到家居的各种运 行状态( 如房间温度、湿度，煤气泄漏报警等) ，并能根据现场情况做出相应的 5 武汉理工人学硕士学位论文 调整控制( 如照明及家电控制等) 。为了实现该目的，论文研究的主要内容如下： 1 对智能家居系统的硬件进行设计，完成外围电路的设计。 2 对与智能家居相关的嵌入式技术和基于无线传输的通讯技术进行深入研 究。 3 利用p l a t f o r mb u i l d e r 完成b s p 安装、w i n d o w sc e n e t 操作系统定制及 s d k 的创建。 4 利用e v c 开发工具最终实现了煤气泄漏报警模块的人机交互界面。 6 武汉理t 大学硕十学位论文 第2 章智能家居控制系统的总体方案设计 2 1 家居控制系统功能定义 智能家居系统采用电子传感技术、计算机技术和信息传输技术，对用户提 供全方位的服务，同时对住房内情况进行监控和实时管理。它包括家庭内部信 息传输系统、家庭报警系统及显示系统和智能传感、执行设备等几个部分。 智能家居系统应具有以下性甜6 】： ( 1 ) 火警、烟警、有毒气体泄露报警。 ( 2 ) 阀控功能：水、煤气等电动阀的通断控制。 ( 3 ) 室内空气温度、湿度等的自动调节功能。 ( 4 ) 洗衣机、热水器等各类家用电器开关控制。 ( 5 ) 声音和光电报警。 ( 6 ) 远程控制及报警。 2 2 系统总体架构设计 在系统整体方案中，采用了一台主机和多台分机，其家居控制系统结构如 图2 一l 。 本论文仅研究设计智能家居的现场控制部分，主机图中的g s m 和g p r s 等 远程通讯模块作为以后系统的扩展升级。主机m c u 选用a r m 9 芯片$ 3 c 2 4 1 0 ， 因其具有丰富的功能端口而适合设计要求和日后扩展。分机采用1 6 位单片机 m s p 4 3 0 f 1 4 9 ，是考虑到此芯片的低功耗性能，所以具有超低功耗的m s p 单片 机可以完成分机家居现场的控制功能。报警信息的采集就是对各传感器的信息 采集，比如温湿度传感器、气敏传感器等；对各种家电的控制是通过控制连接 在家电电源的继电器来实现；现场控制手动命令是通过触摸屏来实现【7 1 。 7 武汉理工大学硕士学位论文 传感器 控制单元 如煤7 t 阀fj 通断 分机m c u l 图2 - 1 家居控制系统结构图 该控制系统由一个主机和多个分机组成。主机作为现场控制设备能够收集 到分机的各种信息，对这些数据进行处理，并能够在设定的条件下产生报警。 通过该系统，可以得到家居的各种运行状态( 如房间温度、湿度、煤气泄漏报 警等) ，并可以通过触摸屏实时显示，同时系统能根据现场情况做出相应的调整 控制( 如照明及家电控制等) 。主机和分机之间采用无线传输的方式进行通讯， 这样可以省去传统的家居内走线的弊端，从而具有低成本和组网方便的优势。 在无线传输技术的选择上，参考比较以下几种技术【8 1 ： ( 1 ) 蓝牙( b l u e t o o t h ) ：蓝牙技术起源于1 9 9 8 年，是爱立信、m m 、英特尔、 诺基亚和东芝公司联合为设备间无线传送数据创建的一项标准。蓝牙技术是一 种无线数据与语音通信的开放性全球规范，它以低成本的短距离无线连接为基 础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接。蓝牙工作在全球通用 2 4 g h z i s m ( i n d u s t r i a ls c i e n t i f i cm e d i c a l ) 频段。蓝牙的数据速率为1 m b s 。蓝 牙可以支持异步数据信道、3 个同时进行的同步话音信道，还可以用一个信道同 时传送异步数据和同步话音。每个话音信道支持6 4 k b p s 同步话音链路，异步信 道可以支持多种不对称连接。其终极理想是使不同厂家生产的便携式硬件能够 8 武汉理工大学硕士学位论文 在无线连接的情况下，在近距范围内具有交互信息和交叉操作的可能性。 ( 2 ) 射频技术( i 江) ：射频( r a d i of r e q u e n c y ，简称l 心) 技术是一种无线 通信技术，其利用电磁波为载波来传输信息。r f 技术使用几个特定频率中的一 个频率传输数据，相邻的w l a n 用不同频率。其产品既可工作在1 8 - - 1 9 g h z 的 特许频带，也可以在低功率的情况下工作于i s m ( i n d u s t r i a l s c i e n t i f i c m e d i c a l ， 工业科学医学) 频段。在中等衰减的建筑物中，r f 信号一般可穿透一至三堵 墙。它可用于室外、开放或封闭的室内办公环境。目前使用的射频芯片大多工 作在4 3 3 8 6 8 9 1 5 2 4 0 0 m h z 频段，2 4 g h z 的高频段使服务器与终端之间的通讯 速率可达1 2 m b p s ，而且这个频段由于干扰小，在绝大部分国家都不受无线管制。 ( 3 ) i r d a ：k d a ( i n f f a r 创ld a t aa s s o c i a t i o n ) 是由红外线数据标准协会制订的 一种利用红外线进行通信的点对点的通信技术。i r d a 传输速率从初期f i r 的 4 m b p s 提高至目前的v f i r 的1 6 m b p s ，接收角度也由3 0 度扩展到1 2 0 度。该技 术已经出现多年，软、硬件技术都已经比较成熟，k d a 在市场( 如手机、笔记 本、电子词典等) 得到了广泛的应用，甚至成为某些产品的标配，但是从技术 层面上看，i r d a 不可能成为无线网络的标准。k d a 的缺点相当明显：在传输数 据的时候，通信双方之间不能有任何阻挡物，这一点在多个i r d a 设备之间传输 数据的时候会出现很大麻烦。另外，k d a 设备的核心部件即红外线l e d 是一种 不耐用的器件，如果频繁使用会大大缩短其寿命。技术层面的缺点，最终造成 i r d a 不可能成为无线网络的最终标准。 通过比较，选用射频技术，因其具有省电、可靠、低成本、时延短等优点。 2 3 硬件选型 由于系统的外围设备比较多( 网络接口、l c d 接口、u s b 接口等) ，通讯复 杂，如果完全自己开发各种驱动程序并管理其通信是一件庞大的工作，需要开 发周期长，故考虑选择一款操作系统来管理协调系统各软件模块。一般操作系 统都附带各种驱动程序，开发者只需要简单移植就能够极大地减少软件开发时 间，但是运行操作系统就意味着要求c p u 运行速度快、系统存储空间大。a r m 处理器的寻址空间有4 g ，完全可以满足加载操作系统所需要的存储空间，而且 其3 2 位r i s c 特性也能满足系统速度要求。另一方面，a r m 处理器资源丰富， 自带些主要的接口控制器，构成系统比较方便。 9 武汉理工大学硕七学位论文 a r m 微处理器核技术广泛应用于便携式通信产品、手持运算、多媒体和嵌 入式解决方案等领域，己成为r i s c 标准。目前流行的a r m 7 和a r m 9 处理器， 其典型运行频率分别为6 0 m ( c h e c k e d 选择 e n a b l ef u l lk e r n e lm o d e ，w i n d o w sc e 中所有线程都会运行在核心念。 这会使整个系统相对不稳定，但是也可提高系统的运行效率。选择 e n a b l ei m a g e s l a r g e r t h a n3 2 m b w i n d o w s c e 的最终运行时映像可大于3 2 m b 。 图4 1 1 属性设置 ( 8 ) 利用p l a t f o r mb u i l d e r 进行w i n d o w sc en e t 操作系统的定制和开发的 一个重要的步骤就是在p l a t f o r mb u i l d e r 提供的特性目录( c a t a l o g ) 中进行特性 选择。这是因为p l a t f o r m b u i l d e r 中已经将w i n d o w s c e n e t 操作系统用到的大量 的组件以特性( f e a t u r e ) 的形式列在特性目录中。加入u s b 键盘鼠标支持特性， 如图所示，点击打丌c a t a l o g 一 c o r eo s - d i s p l a yb a s e dd e v i c e s 一 c o r eo s s e r v i c e 一 u s bh o s ts u p p o r t 一 u s bh u l n a ni n p u td e v i c 郇 d ) c l a s sd r i v e r ，点右键 选择“a d dt op l a t f o r m ”，再选择其子项u s bh i dk e y b o a r da n dm o u s e 同样右键 点击加入“a d dt op l a t f o m ”。 武汉理工大学硕士学位论文 图4 1 2 加入u s b 键盘和鼠标支持 ( 9 ) 类似上一步骤，加入u s b 移动存储设备( u 盘、移动硬盘) 支持，在 u s bs t o r a g ec l a s sd r i v e r 处点右键选择“a d dt op l a t f o r m ”：加入网络设备驱动， c a t a l o g - b s p s - s a m s u n g s m d k 2 4 1 0 ：a r m v 4 - d e v i c e d r i v e r s - - n e t w o r k i n g - l a nd e v i c e s 一 c s 8 9 0 0 下点右键选择“a d dt op l a t f o r m ”。 ( 1 0 ) 右键点击p r i n t e r d e v i e e s p c l p r i n t e r d r i v e r ，选择“a d d t o p l a t f o r i n ”。 如果不加入打印机设备相关的驱动，在编译应用程序时会出现“s y n t a xe r r o r ： i d e n t i f i e r l p d o c i n f o 错误。 武汉理工大学硕士学位论文 d 女口”mb 。w m m m ! 亩岳一口 电 吧罔冒喁j二| h 一】 】l 4一弋事i 1 s m o r t h o m e 二js 日c 2 o二m n 3 2 i w c e a 叫v a jd e b u g i $ b c 2 4 1 0d 州健 。一 o ”o ”o 。 i j ，p t e r ，d e v i c ee s c a d ef u n c t i o n s e 一畦lu l r t u a li n te s c a p e ( l n tn e s c a 叶i r tn c 广。 e j n l p c s t rl p s z i n d a t a ，l p u o i dl p o u t d a t ； e j nl n ti s c a p e ( l n tn s c a p e i n tnj n p u t s t z e 啦e j e l i n tn o u t p u t s l z e l p s t r1 p s z o u t p u t d a 雌e - o e li n to r 4 旺s c j p t i n tn e s c a p t i n tn i , p u r e ! i i 瓦f ，d e f i n d ( 一w k 3 2 _ v e e h o _ p r i f i t i h g ) j i 。、。c 2 。1 ：s y n t a xe r r o r ：j d e , t i f l e r l p d o c i h f 9 * i ，呻。；， l 1，= 旺h “1 4z 。x 5 1xf 3 x l d uf z l e s2 川j r e a d yl 1 nc q i l ? r e a d ( 1 1 ) 更改适合自己网络环境的p 地址、d n s 、网关地址等网络参数，如 下图所示通过编辑p l a t f o r mr e g 平台注册表文件中相关的键值，来修改各个网络 参数。我的p c 机i p ：2 0 2 1 1 45 7 1 0 2 ，所以目标机的口我设为：2 0 2 1 1 4 5 7 1 0 ， 在同一网段内。 武汉理1 人学硕士学1 1 ：7 ：论文 自女_ mb m t 7 wmm l ；自瞎q a嗡。v吧周司岩嗡 s a m s u n gs m i d k 2 4 1 0 ：a j m y 4 w l n 3 2 i w c ea p , m 、v 氅 回国o s b 2 4 10 。钿码 国m m o hd a t 囡c o m m o nd b 国c o m m o nr e g 一：js m d k 2 4 1 0 一= j h a r d w a r es p e c i f i cf 1 le = 圄n f i 9b i b 国p i a o r mb i b 酌p l a t f o r m ，d e t 国p l _ 盱o r m 曲 瓠五匝亟同 + 臼p r o j e c ts p e c i f i cf i l e s 7 t _ 1 和f e n t ui 母p a n 1 舅f i l e 划 蔓k j l6 ”c a r d t p p e “d w o r d ：1 二 h k e yl o c a lh r c h i 哐、c o _ 、c s 8 9 8 0 1 、p ”e n a b l e d h c p ”- d 帅r d ：0 “o e f a u l t b a t e - a u “- “2 帕1 1 5 7 1 ” “l l i n t e r r a c e ”i _ ”u s e z e r 0 日r o a d t ”- d 帅r d ： ”i p a d d r e s s “- ”2 0 2 1 1 s 7 1 t 。 ”s u b n e t m a ! ；k “- ”2 5 5 2 5 5 2 5 5 r “o h s “- ”2 0 2 1 1 4 8 8 1 r i h n e v l o c a l - 啪c h i h e c o m t c p i p l l n k a t ： “日i n d ”“c s 8 9 0 8 1 ” ：- e n do fc $ 8 q - 一- - e f l 0 1 f v - -上 一到 o l d ( it h ep c i 瑚岫f l a s hd i 。l u e r s d 肾c l d f e a t u r e ( s y s i e e h 啉f l a s h ，t ot h e - i l a t t 0 1 a t u l - e so fd r l u e r sc o u l db ea d d e d t h eh u l l os p s t e mn l la u t o m a t l c a l l 9l n d u , r l n b 吐1 d 门面i t 磊订- i 磊丁i i 五再 p | f 1 缸r h e l p l ns 7 lc o l3 0 0 _ hf 、 二f 1s i z c ：i 图4 1 4 更改网络参数 ( 1 2 ) 点菜单b u i l d 一 b u i l dp l a t f o r m 开始编译系统。编译完毕，将会在 c ：w i n c e 4 2 0 憎u b l i c 讪c 2 4 1 0 恨e l d i s a m s u n g s m d k 2 4 1 0 a r m v 4 r e i e a s e 目录下生成n k b i n 和n kn b 0 映像文件。编译开始大约1 0 分钟后看到编译信息 s b c 2 4 1 00e r r o r ( s ) ，3 0w a r n i n g ( s ) 。有警告是正常的，因为某些组件是有风险的 譬如一些网络组件，所以只要没有错误，说明定制没有问题。 一坤 v k一一“ 一一一一” 武汉理工大学硕j j 学位论文 图4 - 1 5 生成系统镜像 此时，我们用u s b 电缆连接主机和目标机( 开发板) ，在p c 端已安装了 s a m s u n g 提供的u s b 驱动的前提下，使用2 4 1 0 提供的专用下载工具d n w 把 生成的n k b i n 和n k r i b 0 下载到开发板中，这样根据我们的目标机系统定制的 w i n d o w s c e 就可以在开发平台上正常运行了。如图所示： 武汉理工大学硕士学位论文 414 创建平台s d k 圈4 - 1 6 开发板运行画面 完成了平台的定制后，接着就可以利用p l a t f o r mb u i l d e r 来创建 为平台上其他应用程序的开发提供支持。s d k ( s o t w a r ed e v e l o p m | e 系列头文件、库文件、文档、平台管理器和运行时库的总称。一旦 就可咀将它导出或者安装到别的计算机上，应用程序开发者可以将 导入e m b e d d e dv i s u a lc 中+ 或v i s u a ls t u d i o 中，进行应用程序的开苦 行。 桌面w i n d o w s 开发人员可能对桌面w i n d o w s 上的p l a t f o r ms d 使用p l a t f o r ms d k 可以为几乎所有版本的桌面w i n d o w s 开发应用葶 w i n d o w sc e 不能像桌面w i n d o w s 一样，有一个统一的s d k 呢? t 归结到嵌入式系统的特性。w i n d o w sc e 是一个可以定制、裁剪的拱 一个w i n d o w s c e 平台包含的功能都不尽相同，因此每个平台向应月 a p i 集合都不相同。 武汉理工大学硕士学位论文 v i s u a ls t u d i o 和e m b e d d e dv i s u a lc + + 都依赖特定的s d k 开发应用程序。在 e m b e d d e dv i s u a lc + + 中，提供了p l a t f o r mm a n a g e r 来管理已经安装的s d k ，从 菜单t o o l s c o n f i g u r ep l a t f o r mm a n a g e r 可打开p l a t f o r mm a n a g e r 对话框。可能 注意到，在安装开发工具时，默认会安装一个称作“s t a n d a r ds d k ”的s d k 。 前面已经介绍过，由于w i n d o w s c e 操作系统特性，不可能存在“标准”的s d k 。 所谓s t a n d a r ds d k ，只不过是微软把w i n d o w sc e 中最常用的一些功能取出来作 为一个“标准”