基于嵌入式Web服务器的智能家居主控制系统

引言
随着信息技术的发展，以PC为代表的计算机网络技术发展到一个更高阶段，以嵌入式智能设备为核心的后PC时代已经来临。ARM处理器以其性能高、成本低和功耗低的特点，广泛应用于嵌入式控制、消费，教育类多媒体、DSP和移动式应用等领域。随着生活质量的提高，人们对家庭智能化的需求越来越高。智能化正体现在人们生活的各个方面。其中家居的智能化正成为人们生活中追求的热点，而这里提出的基于嵌入式Web服务器的智能家居系统正好满足这一需求。

2 硬件设计
智能家居系统设计需求是PC机遵循802．3和HPPTD等网络协议，通过网络访问主控制器的Web服务器，登录主控制器，通过电力线构成的家庭小型局域网络或串口，发送指令给从控制器进而控制家电，同时利用监控家电的传感器将家电状态返回至PC，如图1所示。该系统设计要求主控制器功耗低，占用空间小，可进行可视化操作。

2．1 控制器选择
DSP数学信号处理器具有强大数据处理能力和高运行速度，但在音频、USB、SD卡等接口功能扩展较弱。而单片机系列的ARM920T具有5级指令流水线．处理速度为1．1 MHz，内置MMU(Memory Management Unit)、独立的16 KB数据Cache、16 KB指令Cache和高速AMBA(Advanced Microcon-troller Bus Architecture)总线接口等功能。DSP和一般8位单片机相比，它具有更全面的通用功能，具有60个中断控制器，支持实时时钟(RTC)、LCD控制器接口、串口接口、网卡接口等功能，还具有16／32位RISC体系结构和ARM指令集。因此该系统采用ARM公司的ARM920T作为主控制器。
从控制器选用MSP430单片机，与89S51单片机相比，它具有RISC(精简指令集)，功耗低，支持16位内部总线，引入Flash型存储器和JTAG技术，编程开发非常方便。这里主要讲述主控制系统。
2．2 网卡接口设计
该系统需要通过互联网或电力线进行网络通信，而Web服务器设计也必须通过网络收发数据，要求数据处理速度快。根据这些要求，该系统采用DAVICOM公司的DM9000AEP作为网卡的设计器件。该器件具有10 Mbit／s和100 Mbit／s的自动切换功能，支持802．3x全双工控制流标准，具有16 K字节的双字SRAM，可以减轻CPU的负担，因此使系统更稳定，处理和传输数据速度更快。
RJ-45采用HanRun公司的可对信号滤波的HR911105A接口，这样可节约印刷板，并有效地减小电磁干扰。ARM920T与网卡DM9000AEP接口设计如图2所示。图中16根数据线相连；命令选择引脚CMD，为高电平时，选择数据端口，CMD为低电平时，选择地址通道；IOR#为读信号引脚；IOW#为写信号引脚；CS#片选信号与ARM920T的片选信号线nGCS3相连。

2．3 串口接口设计
智能家居系统需要串口控制家电信息，并进行相应通信，而且调试系统同样需要串口。为满足要求，该系统采用Sipex的窄体SP3232串行通信器件。该器件支持满载120 Kb／s的最小传输速率，可在中断或DMA两种模式下工作，每个通道包含64 K字节的发送FIFO和接收FIFO。该器件最大特点就是采用电荷泵技术：由4只外接电容组成，采用4相电压转换技术，保持输出对称的5．5 V电压。即使输入电压VCC在3．0~5．5 V范围内，电荷泵仍可提供5．5 V稳定电压，这样可以保证系统稳定工作。有益于智能家居系统整体的良好运行。串口接口设计如图3所示。图3中TXD表示接收数据，RXD表示发送数据，RTS表示请求发送，CTS表示清除发送。当RTS请求发送数据时，需经CTS信号检测，只有CTS信号允许才能发送数据。

2．4 存储器设计
完整操作系统的启动离不开引导程序。采用SAMSUNG公司64 MB的K9F1208作为NAND Flash，具有4 KB的内部缓冲区可作为引导肩动，系统启动后NAND Flash仍可作为外部存储器继续使用。Windows CE5．O引导加载程序(BootLoader)由NANDFlash的地址0x00000000处开始执行。完成硬件初始化，建立系统的内存空间映射图，最终BootLoader把操作系统内核映像加载到RAM中；采用HY公司的两片HY57V561620CTP作为SDRAM，通过nGCS6连接到ARM920T引脚，起始地址为0x30038000．同时SDRAM还支持自动更新和掉电模式，保证系统稳定工作。
2．5 智能家居系统结构
主控制器还包括触摸屏接口。触摸屏采用带有驱动电路的日立7寸屏，用于用户可视化操作。
传感器信号线与ARM920T的中断引脚EINT8相连。当传感器信号到来时，通过中断引脚向ARM920T申请中断服务程序，并通过网络向用户报警。系统框图如图4所示。

3 软件设计
3．1 内核创建及裁剪
Windows CE是一个开放的、可裁减的、32位的实时嵌入式窗口操作系统。因此要实现Web Server功能必须对内核裁剪。除了实现基本的WINCE 5．0功能外，还需要在定制内核时在Platform内添加DM9000网卡驱动，串口驱动，USB驱动，MFC，SDK(标准工具集)、HTFPD和SOAP协议等系统必备驱动和协议。Windows CE上Web Server的通信协议是HTTP协议，HTTP的消息机制是基于请求一应答模式。