基于WEB和GPRS智能家居远程监控系统设计

1、基于WEB和GPRS智能家居远程监控系统设计目录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc12142 基于WEB和GPRS智能家居远程监控系统设计 PAGEREF _Toc12142 1 HYPERLINK l _Toc21900 项目名称：基于WEB和GPRS智能家居远程监控系统设计 PAGEREF _Toc21900 3 HYPERLINK l _Toc21086 一、引言 PAGEREF _Toc21086 3 HYPERLINK l _Toc31377 项目简要介绍 PAGEREF _Toc31377 3 HYPERLINK l _Toc8562 1.2 项目背景 P

2、AGEREF _Toc8562 4 HYPERLINK l _Toc7192 1.3 项目的创新点 PAGEREF _Toc7192 6 HYPERLINK l _Toc13626 1.4 定义 PAGEREF _Toc13626 6 HYPERLINK l _Toc2500 任务一 项目的需求分析 PAGEREF _Toc2500 8 HYPERLINK l _Toc15043 一、功能需求 PAGEREF _Toc15043 8 HYPERLINK l _Toc12447 二、性能需求 PAGEREF _Toc12447 9 HYPERLINK l _Toc13939 1 数据精确度 PA

3、GEREF _Toc13939 9 HYPERLINK l _Toc10477 2 时间特性要求 PAGEREF _Toc10477 10 HYPERLINK l _Toc22286 任务二 项目的总体设计 PAGEREF _Toc22286 10 HYPERLINK l _Toc18348 一、基本设计概念和处理流程 PAGEREF _Toc18348 10 HYPERLINK l _Toc8635 二、总体结构 PAGEREF _Toc8635 12 HYPERLINK l _Toc30981 任务三 项目的硬件设计 PAGEREF _Toc30981 14 HYPERLINK l _To

4、c18228 一、智能家居系统硬件构成 PAGEREF _Toc18228 14 HYPERLINK l _Toc4912 任务四：开发环境的构建 PAGEREF _Toc4912 22 HYPERLINK l _Toc13201 一、建立交叉编译工具链 PAGEREF _Toc13201 22 HYPERLINK l _Toc3488 二、交叉调试器的制作 PAGEREF _Toc3488 23 HYPERLINK l _Toc13644 三、超级终端（windows xp系统的超级终端） PAGEREF _Toc13644 23 HYPERLINK l _Toc9844 四、使用三星公司的

5、DNW软件 PAGEREF _Toc9844 24 HYPERLINK l _Toc15718 五、Tftp 方式 PAGEREF _Toc15718 25 HYPERLINK l _Toc4220 六、NFS配置（移植内核到开发板后方能使用） PAGEREF _Toc4220 25 HYPERLINK l _Toc2535 任务五、linux开发平台搭建 PAGEREF _Toc2535 27 HYPERLINK l _Toc22098 一、Bootloader移植 PAGEREF _Toc22098 27 HYPERLINK l _Toc21759 二、Linux内核配置移植 PAGERE

6、F _Toc21759 43 HYPERLINK l _Toc17242 三、驱动移植 PAGEREF _Toc17242 48 HYPERLINK l _Toc13975 四、根文件系统制作 PAGEREF _Toc13975 61 HYPERLINK l _Toc27045 任务六 智能家居图形界面编程环境(QT&QTE)配置 PAGEREF _Toc27045 66 HYPERLINK l _Toc4890 一、GEC2440&QTE PAGEREF _Toc4890 67 HYPERLINK l _Toc21516 二、带QTE库根文件系统 PAGEREF _Toc21516 71 H

7、YPERLINK l _Toc2482 三、交叉编译应用程序 PAGEREF _Toc2482 73 HYPERLINK l _Toc11774 任务7 智能家居系列模块的制作 PAGEREF _Toc11774 74 HYPERLINK l _Toc9556 1智能报警模块 PAGEREF _Toc9556 74 HYPERLINK l _Toc14032 2 环境检测传感模块 PAGEREF _Toc14032 82 HYPERLINK l _Toc28499 3 灯光控制模块 PAGEREF _Toc28499 87 HYPERLINK l _Toc17561 4 自动窗帘控制模块 PA

8、GEREF _Toc17561 91 HYPERLINK l _Toc14154 5 延时模块 PAGEREF _Toc14154 95 HYPERLINK l _Toc17314 6 自动门控制模块 PAGEREF _Toc17314 99 HYPERLINK l _Toc30463 任务八 系统模块加载及程序的运行效果 PAGEREF _Toc30463 105项目名称：基于WEB和GPRS智能家居远程监控系统设计一、引言 项目简要介绍该项目是基于WEB和GPRS网络传输技术，采用Linux开发平台和QT技术相结合，设计开发的一个远程监控智能家居系统。该智能家居系统的实现的基本目标：将家庭

9、中各种与信息相关的通信设备，家用电器和家庭保安装置通过有线的方式连接到一个智能装置上进行集中的或者异地的监视、控制和家庭事务性管理，保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。该系统装置可作为小区智能化系统主要设备，实现安防、可视对讲、小区信息发布等功能。系统具体功能如下：（1）用户可以通过软件系统所提供的图形化界面设定相应的参数（如 号码、温度的报警值、气体浓度的报警值等）。（2）智能家居状态传感器会自动的采集家庭里相应对象的状态值，然后将采集到的信息汇聚到智能家居监控装置（以S4C2440处理器为核心器件）。系统是实现24小时在线采集传输，使用户能更加方便的掌握家居设备的状态。（3）家居的信息

10、传到智能家居监控装置，如果信息值超过了用户设定的值， 智能家居监控装置将通过GPRS模块以短信的方式、及其采用WEB页面发布的形式来通知用户。（4）如果收到的信息的参数值没有超过了用户设定的值，则将相应的信息存入相应的数据库，用户可以随时的查看家居设备的历史状态信息。（5）将相应的信息通过Web服务器显示在网页上以供用户浏览，用户可以比较直观的查看到家居设备的运行状况。（6）用户也可以在浏览网页的同时或者利用 短信的形式对家里的电器设备进行控制，只需点击相应的按钮即可，用户可以根据查看到的信息作出相应的调整。1.2 项目背景智能家居，英文为Smart Home，是以住宅为平台，兼备建筑、网络通

11、信、信息家电、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。容易与之混淆的有智能小区、小区智能化等概念，但也很容易区分，简单地说，智能小区包括三方面：智能家居、小区智能化及社区智能化，其中智能家居属室内部分，包括安防系统、对讲系统、自动抄表系统、火灾报警系统、家庭影院系统、灯光和家电控制系统、家庭信息化平台、信息家电。1国内外智能家居发展趋势前景广阔（1）国内：智能家居前景不可估量 随时将在中国喷井式爆发智能家居起源于80年代中期的美国，上世纪末来到中国，带着全新的概念企盼搭上中国经济的高速顺风列车。经过十几年的市场孕育，发展可谓一路高唱“进行曲”，特别是

12、伴随住宅产业的进步，智能家居在中国已经显露出春笋出露的局面。智能家居市场可谓“钱”途一片光明。根据中国建设部最新数据显示，中国富有阶层正在形成，该部分家庭户均年收入在5.6万元以上，人口约4460万人，1400多万户，占城市人口的10，总人口的3.5，占全社会消费购买力总和6万亿元的17左右，因此主要针对这部分人的智能家居系统其市场总量为1400万套。正是在这种情况下，近两年来，智能家居系统的销售数量和总销售额都呈现连续攀升的势头，智能家居市场从南方沿海地区和内地大中型城市已经辐射到西部地区。根据国脉物联网技术研究中心最新推出的2010-2015中国智能家居产业发展趋势与投资机会研究报告预测：

13、2015年我国建筑总面积将达到632.7亿平方米，较2009年新增132.2亿平方米。同时，我国2009年智能家居市场规模达到420亿元，由于一系列向好因素的刺激作用，之后几年市场规模增速将超过20%，预计2010年将达到510亿元，2015年将达到1240亿元。近几年，在各大公司和媒体的强大概念宣传攻势下，智能家居行业逐渐形成，可用的、接近现实需求的产品不断增加，集成商、开发商以及装修公司已经积累了很多经验。如何建立一个高效率、低成本的智能家居系统已成为当前社会一个热点问题。而国家政府机构及各大信息家电生产厂商不失时机地开展了中国智能家庭网络的标准化制定工作，为中国智能家居的发展提供了一个开

14、放的标准化平台，指明了智能家居研究领域正确的发展方向。但是，此行业仍存在几个问题。首先，定位偏高，目前智能家居的用户是中上档次的人群，而这类人群毕竟是少数，因此降低定位，让智能家居进入寻常百姓家，可扩大市场范围；其次，切实分析用户需求，否则就只是房地产开发商售楼时一个宣传卖点。（2）国外：智能家居前景巨大 凸显技术和生活相融合自从世界上第一幢智能建筑1984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、日本等国都有广泛应用。根据美国该行业之专业顾问公司PARKS的统计资料显示：1995年，美国一个家庭要安装家

15、庭自动化设备的平均费用在7000至9000美元之间。1995年美国家庭已使用先进家庭自动化设备的比率为0.33，看来市场真正启动尚需时日。预计这五年内，家庭自动化的市场年平均增长率为8。PARKS公司的资料亦显示：到2004年，家庭网络市场总额可达57亿美元。据国际专家预测，到2000年底国际智能家居的产品销售额可达24亿美元。2004年可达148亿美元。2智能家居的未来发展方向从技术方面讲，智能家居的发展方向一定是通讯协议统一、通讯方式以无线或已经敷设的线路为主（比如电力线、小区LAN、有线电视等）；而从市场方面讲，因为自2003年开始，房地产市场在高速发展之后逐步趋于理性，房地产开发商对建

16、筑智能化有了比较深入的理解，智能化相关技术及产品逐步成熟，国内外著名公司纷纷介入建筑智能化领域等原因，大大促进了其行业的发展，智能家居行业正逐步向着理性与务实的方向发展。2开源软件引领软件发展潮流中国的开源软件已经从启动早期走向高速成长期，发展开源软件符合了国家建设创新型国家的战略方针，随着信息化的发展，中国将成为全球最大的开源软件市场，开源已经成为软件变革的主要因素，国际间的合作与交流的重要性将日趋明显。2006年8月23-25日召开的“2006开源中国开源世界开放标准、开源架构、开源生态系统与应用解决方案高峰论坛”作为我国开源软件发展过程中的一个重要里程碑，对开源运动在中国的发展起到了积极

17、的推动作用。它标志着我国的开源软件已经进入一个转折期，由前期的炒作和摸索进入到一个快速的发展期。 作为开源软件发展的一方热土，广东自2004年6月制订并颁布广东省Linux软件推进计划以来，在推动开源软件方面取得了令人瞩目的成绩，广东的开源产业进入了一个良性循环的发展势头，绿色产业链已经基本形成。在政府及社会各界的鼎力支持下，广东省Linux应用软件专门委员会成功举办了一系列相关活动：2005年9月，举办了“泛珠三角区域Linux应用推进大会”；2005年11月举办“LinuxWorld 2005 Guangzhou”；2006年4月份举办“开源文化节”；11月又与中国开源软件（OSS）推进联

18、盟共同主办“OSS CHINA 2006 Guangzhou”。这一系列的活动扩大了广东在开源产业推进方面影响和行业地位，为广东省承办国际性的开源盛会打下了坚实的基础。3、GPRS技术GPRS（General Packet Radio Service，通用分组无线业务）是一种基于全球移动通讯系统GSM（Global System for Mobile Communications）为基础的数据通信技术。GPRS技术也被称为2.5G，是介于1G和3G之间的无线通信技术。在3G网络实现前，通过引入GPRS技术，实现平滑演进和合理的过渡。本项目是在国内外智能家居产业链高速发展、ZigBee技术不断成

19、熟、开源软件引领软件发展潮流等背景下开发的。1.3 项目的创新点项目的特色与创新之处有如下几点。1）本智能家居系统采用了多技术的融合，即集计算机技术、网络通信技术、警卫监控技术于一体，实现系统信息的采集、信息输入、信息输出、集中控制、远程控制、联动控制等功能。2）系统采用的是双报警系统：一方面通过GPRS来发送报警短信，另一方面通过Internet以网页的方式提供给用户浏览家居设备的运行状态。4）基于QT的图形操作界面，全触摸操作，并且内置软键盘，可以输入中英文。5）系统采用低成本的GPRS技术和因特网技术相结合进行传输和监控，主要适合用于自动控制和远程控制领域，非常便于家庭组网。系统在实际应

20、用中,运行稳定可靠，费用低廉。1.4 定义（1）GPRSGPRS（General Packet Radio Service，通用分组无线业务）是一种基于全球移动通讯系统GSM（Global System for Mobile Communications）为基础的数据通信技术。在1973年由英国的BT Cellnet公司提出，它突破了GSM网络只能提供电路交换的思维方式，只是增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，在投入相对很低的情况下，却可以让用户得到的传输速率高达114kbps.（2）QTQt是诺基亚开发的一个跨平台的C+图形用户界面应用程序框架。它提供给应用程序开

21、发者建立艺术级的图形用户界面所需的所用功能。Qt是完全面向对象的，很容易扩展，并且允许真正地组件编程。（3）APIAPI（Application Programming Interface,应用程序编程接口）是一些预先定义的函数，目的是提供应用程序与开发人员基于某软件或硬件的以访问一组例程的能力，而又无需访问源码，或理解内部工作机制的细节。（4）Linux:Linux是一类Unix计算机操作系统的统称。Linux操作系统的内核的名字也是“Linux”。Linux操作系统也是自由软件和开放源代码发展中最著名的例子。严格来讲，Linux这个词本身只表示Linux内核，但在实际上人们已经习惯了用Li

22、nux来形容整个基于Linux内核，并且使用GNU 工程各种工具和数据库的操作系统。Linux得名于计算机业余爱好者Linus Torvalds。通过对本项目的分析，应达到以下学习目标。【知识目标】（1）了解传感器（红外线、光敏、湿敏、磁敏、声音、碰撞、火焰、超声波等）技术应用。（2）熟悉模拟电路、数字电路技术及应用；（3）掌握嵌入式系统设计的基本知识；（4）掌握GPRS的编程等通信技术。（6）掌握QT基础知识和编程。【技能目标】（1）会分析嵌入式应用系统。（2）能构建嵌入式应用系统；（3）能对嵌入式项目软件编程与调试仿真；（4）能对GPRS通信技术进行编程与调试；（5）能进行QT界面设计编程

23、和调试。任务一 项目的需求分析基于WEB和GPRS智能家居远程监控系统的基本目标是：将家庭中各种与信息相关的通信设备，家用电器和家庭安防装置通过有线或无线的方式连接到一个家庭智能化系统上进行集中的或者异地的监视、控制和家庭事务性管理，保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。该系统可作为小区智能化系统主要设备，实现安防、可视对讲、小区信息发布等功能。其功能定位：智能家居监控系统可作为小区智能化系统的智能家居监控终端设备，通过它实现系统信息的采集、信息输入、信息输出、集中控制、远程控制、联动控制等功能。并能根据用户日常家居需要进客日程管理、拨打接听 、资源管理、时间设置等功能。一、功能需求基于WE

24、B和GPRS智能家居远程监控系统的要求就是：合理设计系统结构，使用性能价格比最优的家庭智能控制主机和相配套的系统管理软件，构造准确、稳定、可靠并且操作管理方便的家居智能化系统。为住户提供安全、舒适、先进、可扩展、可升级的家居智能化系统产品。目前市场上有如下需求。（1）室内安防、安全、求助报警的需求客厅设置报警求助按钮；厨房设置危险气体探测器；智能家居监控终端实现遥控布撤防；智能家居监控终端能采用逻辑报警、尽量消除误报警；若该系统用于智能住宅小区，则小区管理中心能通过智能家居监控终端进行监控；智能家居监控系统能向中心发送的各种事件；在防区地图上能同步显示事件发生的位置；（2）可视对讲及门禁的需求

25、可视及智能终端一体室内机；免提对讲功能；液晶显示；由智能家居监控终端等设备组成的小区智能管理中心可以通话、控制；（3）远程控制的需求通过 或INTERNET互联网远程监控家用电器的工作状态；远程查询家里安防设备工作状态；远程布设安防；（4）家政服务申请需求物业报修申请； （5）远程抄多表的需求16个输入口单元，可随意挂接各类脉冲计量表；基于WEB和GPRS智能家居远程监控系统是采用了三星公司的ARM9系列的S3C2440处理器作为开发平台，加入因特网技术和GPRS模块,实现了远程监控的智能家居系统。本系统具体功能如下：（1）用户可以通过软件系统所提供的图形化界面设定相应的参数（如 号码、温度的

26、报警值、气体浓度的报警值等）。（2）智能家居状态传感器会自动的采集家庭里相应对象的状态值，然后将采集到的信息汇聚到智能家居监控装置（以S4C2440处理器为核心器件）。系统是实现24小时在线采集传输，使用户能更加方便的掌握家居设备的状态。（3）家居的信息传到智能家居监控装置，如果信息值超过了用户设定的值， 智能家居监控装置将通过GPRS模块以短信的方式、及其采用WEB页面发布的形式来通知用户。（4）如果收到的信息的参数值没有超过了用户设定的值，则将相应的信息存入相应的数据库，用户可以随时的查看家居设备的历史状态信息。（5）将相应的信息通过Web服务器显示在网页上以供用户浏览，用户可以比较直观的

27、查看到家居设备的运行状况。（6）用户也可以在浏览网页的同时或者利用 短信的形式对家里的电器设备进行控制，只需点击相应的按钮即可，用户可以根据查看到的信息作出相应的调整。二、性能需求1 数据精确度智能家居监控系统主要技术参数网络接口：RJ45 14个网络通讯介质：UTP 5类双绞线，通讯带宽：10M（可选100M） 输入：16路，可接数字、模拟、脉冲、开关量水电气表和探测传感器驱动输出：4路，输出12V 100mA电流，可驱动音频报警器、警灯、继电器、控制消防设备、家用电器等。显示：8TFT显示屏bps，可接30个RIU（遥控遥测接口单元）计量误差：无累计误差计量精度：由计量表确定掉电数据保护功

28、能：12V、7AH后备电池看门狗电路，防程序循环死机功耗：12V 960mA(显示屏开)，450mA（显示屏关）工作环境：-10+502 时间特性要求通讯带宽：10M（可选100M）bps，任务二 项目的总体设计一、基本设计概念和处理流程本系统的设计遵循经济性、可靠性、实用性、先进性、可操作性和可持续发展的原则，注重社会、经济、环境效益的统一。(1)设计指导思想本系统的设计本着：所选择的技术和智能家居、智能小区功能需求匹配、即可单机运行又可组成小区智能系统。因此，尤其要注意： 经济性（防止技术过剩） 可靠性（1%否定99%） 先进性（不低于三星级标准） 可操作性（傻瓜式操作） 可持续发展性（保

29、证十年、二十年、甚至五十年不落后）(2)基本设计概念和处理流程基于Zigbee网络的智能家居监控系统必须按着上述5原则首先考虑好技术平台的建设，即建设好智能家居监控系统的物理平台嵌入式硬件系统；操作平台软件控制系统；技术平台嵌入式技术与计算机网络技术。尤其是经济性和可持续发展性将主要取决于平台建设。处理流程按下列步骤进行： 首先依据系统的功能需求和技术指标确定系统的硬件结构，包括选定嵌入式核心处理器、网关、GPRS卡、温湿度、光敏、煤气泄漏、红外线等传感器及其外围硬件的选型。 构建软件开发环境，包括：主机开发环境（Red Hat 4）、交叉编译工具（arm-linux-gcc ）、Qt图形开发

30、软件（）、BOA网络服务器（）等。 编写linux下安防、窗帘、电器控制、灯光/场景设置等各个模块的驱动。、 开发应用程序，包括：Qt应用程序（SmartHome）。具体的内容如下。1 系统的硬件组成系统的主要硬件包括温湿度、光敏、磁敏、气体浓度、红外等传感器、GPRS模块、S3C2440平台等。系统的硬件框图如图2.1 所示。各硬件的功能如下：（1）各个传感器采集家居的温度、气体、红外等信息。采集到的信息通过串口传到家居数据采集处理服务器上。（2）家居数据采集处理服务器（S3C2440平台）分析并储存采集信息，判断采集信息是否超过了用户所设定的上限，更新QT界面上的显示信息。（3）GPRS卡

31、负责发送报警信息。（4）网卡使家居信息采集服务器可以接入到网络中。图2.1 系统的硬件框图2 系统的软件组成系统的主要软件包括流媒体服务器spcaserv、嵌入式Web服务器BOA、传感器模块组、Qt/E等。软件的组成图如图2.2所示。 图2.2 系统的软件组成图各软件的功能如下：（1）流媒体服务器SPCASERV是在视频采集服务器上建立视频服务器，与BOA结合提供视频的Web服务。（2）嵌入式Web服务器BOA是作为网络服务器S3C2440。（3）QT/E是作为家居数据采集处理服务器改为S3C2440的图形化界面的制作软件。二、总体结构1系统设计方案本模块硬件主要由基于S3C2440处理器平

32、台、因特网以及GPRS卡组成，其组成如图2.3所示。图2.3 智能家居信息采集处理服务器硬件组成系统应用程序分为前台程序（SmartHome.rar）和后台程序(zigbee.rar),程序的设计总体架构如图2.4所示。QT前台控制程序RS485服务程序线程读取温度值线程控制开关、电源和热水器开关线程读取空气质量线程读取门控状态GPRS模块共享内存子系统传感器模块前台程序，主要给用户提供友好的操作和显示实时信息界面，让用户能很方便的设置各种家居因素的状态，比如温度的报警值，一些家电的开关等等，并及时在系统检测到的家居状态显示在主界面。前台程序还提供数据库功能，即时记录家居信息的变化，方便用户能

33、随时查阅记录，以便了解家居的各种情况。前台程序结构如图2.5所示。图2.5 Qt前台控制程序架构2系统结构图系统结构图2.6所示。图2.6 系统结构图任务三 项目的硬件设计一、智能家居系统硬件构成硬件功能介绍： 采用三星公司的 S3C2440，系统可稳定运行在405MHZ，主频最高可达530多MHz； 64M 字节的 SDRAM，由两片 K4S561632 组成，工作在 32 位模式下，可升级为128M； 64M 字节 NAND Flash，采用的是 K9F1208，可以兼容 16M，32M 或 128M 字节； 10M/100M 以太网接口，采用的是DM9000AEP，带传输和连接指示灯；

34、7寸群创LCD和触摸屏； 2 个 USB HOST，S3C2440 内置的，符合 USB 1.1，其中一个 USB HOST 接口是复用的； ； 支持音频输入和音频输出，音频模块由 S3C2440 的 IIS 音频总线接口和 UDA1341 音频编码解码器组成，板上还集成了一个 MIC，用于音频输入； 1路 UART完整 串行口，波特率可高达 115200bps，并具有 RS232 电平转换电路，1路RS232转RS485,1路接红外收发器；另外，这3路可扩展为TTL； SD 卡接口，兼容 SD Memory Card Protocol 1.0 和 SDIO Card Protocol 1.0

35、; Embedded-ICE（20 脚标准 JTAG）接口和并口式JTAG 接口，支持ADS，SDT等软件的下载和调试； 串行EEPROM ：AT24C08 EEPROM，IIC接口；SPI接口；VGA接口；CAN总线接口；CPLD扩展模块；GPRS模块，内嵌TCP/IP协议，可以实现拨打、接听 ，收发短信、上网功能； 1 个GPS模块，内置SIRF芯片；继电器控制模块；温度传感模块；湿度传感模块；直流电机模块；步进电机模块；16个可编程用户按键(带有驱动程序)，1 个复位按键，4 个扫描中断复用按钮；ADC模拟；数字摄像头接口；蜂鸣器，4个 用户LED灯；6个中断按键；复位按键，用于CPU、

36、系统复位；开关电源，分布式电源供电；3V锂电池，提供RTC电源；基于S3C2440处理器平台 (1). S3C2440资源简介S3C2440是Samsung公司推出基于ARM920T内核的16/32位RISC处理器,稳定主频405MHz，最高530Mhz。该处理器最大的特点是低价格、低功耗、高性能小型微控制器。为了降低整个系统的成本，S3C2440提供了以下丰富的内部设备：分开的16KB的指令Cache和16KB数据Cache，MMU虚拟存储器管理，LCD控制器（支持STN&TFT），支持NAND Flash系统引导，系统管理器（片选逻辑和SDRAM控制器），3通道UART，4通道DMA，4路

37、PWM定时器，130路通用I/O口，24路外部中断源，RTC，摄像头接口，1路IIS音频编码器接口，8通道10位ADC和触摸屏接口，IIC-BUS接口，USB主机，2路全速USB主设备（其中一路可以作为USB从设备），SD主卡&MMC卡接口，2通道的SPI以及内部PLL时钟倍频器。(2) GEC2440开发板资源本文使用硬件平台由广州广嵌电子科技开发的GEC2440开发板作为硬件平台，下面对GEC2440做一些简单介绍。CPUS3C2440微处理器以太网PHYUSB发送器RS232驱动器DM9000USB接口9针串口SDRAM 64MB HY57V561620FLASH64MBK9F1208通

38、用IO口扩展接口内部总线A/D和D/A数据采样，数字口DC/DC电源模块LCD接口图 STYLEREF 1 s 3.2 GEC2440开发板结构图图3.2 GEC2440开发板外观图（3）操作系统和软件支持支持Linux-操作系统驱动程序包含串行、100M网卡、SD/MMC卡、CF卡、NOR Flash、录音放音、LCD、触控屏幕、USB HOST、USB DEVICE、CCD、VGA、RTC等多种驱动串口，Ethernet，Audio，SD卡，IDE，CF卡，AD/DA,USB，红外，蓝牙，LCD，触摸屏,SPI，I2C，RTC，GPIO等图形用户界面：应用程序包括QT/MiniGUI等图形

39、系统 文件系统：JFFS2 YAFFS开发工具：JTAG烧写Nor Flash工具，arm-linux-gcc交叉编译器，GDB，GDBSERVER调试工具，anjuta开发环境，sourceNavigator代码编辑器，文件系统制作工具等多媒体软件：mplayer媒体播放器，实现MPEG、MPEG2、MPEG4、AVI、WMV等多种媒体解码；madplay音频播放器支持WinCE操作系统板级支持包：WinCE.net 5.0/6.0（可选） BSP设备驱动：串行、Ethernet 100M网卡、SD/MMC卡、CF卡、NOR Flash、录音放音、LCD、触控屏幕、USB HOST、USB

40、DEVICE、CCD、VGA、RTC 、SD卡等。应用程序包括EVC等图形系统 2Gec2440处理器平台的主要硬件电路下面介绍GEC 2440处理器平台的主要硬件电路。电源电路GEC 2440由外部5v供电，由由降压开关稳压器AP1513降压到3.3V，给外部GPIO等外设供电，再通过MAX8860转化为1.5V给内核供电，其电路原理图如图3.3所示： 图3.3 电源电路（2）复位电路设计由于ARM芯片的高速、低功耗、低工作电压导致其噪声容限低，对于电源的纹波、瞬态响应性能、时钟源的稳定性、电源监控的可靠性提出了很高的要求。本嵌入式系统采用复位芯片MAX811来实现，如图3.4所示：图3.4

41、 复位电路(3)系统时钟S3C2440可以采用外部晶振或者外部时钟输入作为系统时钟，外部晶振频率范围市10MHZ-12MHZ。本嵌入式系统采用外部的12MHZ晶振，只需要将OM2,OM3引脚接为低电平，将外部时钟输入引脚EXTCLK接为高电平。通过内部锁相环，可以将时钟倍频，作为处理器的主时钟（FCLK）。如图3.5所示： S3C2440具有一个独立时钟源，独立电源供电的实时时钟（RTC）,所以在XTOrte、XTIrtc上接一32768HZ外部晶振即可。如图4.4所示：图3.5 系统时钟电路（4） LCD接口 本系统采用群创的LCD，其与控制器的接口电路如图3.6所示：（5）音频接口电路 音

42、频接口电路由芯片UDA1314组成，音频电路提供耳机输出，线路输入，麦克输入等功能，另有板载MIC。配合软件可以实现录音，放音，传话等功能。插入耳机后，板载扬声器不会发音；插入外置MIC 后，板载MIC 也被切断。电路如图3.7所示：（6）USB接口电路USB（Universal Serial Bus）是通过 PCI 总线和 PC 的内部系统数据线连接，实现数据的传送。USB 同时又是一种通信协议，支持主系统(Host)和 USB的外围设备(Device)之间的数据传送，在 USB 的网络协议中，每个 USB 的系统有且只有一个 host，因此，将两台 PC 的 USB 口通过 A-A 头连接

43、起来，是不能实现通信的，因为对于电脑主板上的 USB 来说都是Host，如果连起来就是两个Host 的通信，这样一来的一个 USB 的系统有了两个的 Host，与它的网络协议冲突。 在本系统中，利用USB Device 接口和宿主机进行通信，进行一些系统文件的下载等；利用USB Host接口和外部的USB存储设备进行通信，并将NAND Flash中的水质监测历史数据拷贝至USB存储设备中，完成现场数据的移植。S3C2440具有两路USBv1.1接口，其中一路固定为下行口（Host接口），另外一路可以配置为了Host接口或者Device 接口，本系统中直接配置为Device 接口。如图3.8所示

44、：图3.6 LCD接口电路图3.7 音频接口电路图3.8 USB接口电路（7）S3C2440平台的存储器扩展电路在 S3C2440核心板上，从CPU 出来的数据、地址、读写控制等信号构成局部总线。Nor Flash、Nand Flash、SDRAM 直接挂在局部总线上. 本嵌入式系统中NAND Flash采用Samsung公司的K9F1208U0M，用来保存系统的非易失性数据，如Linux内核、根文件系统、水质监测数据等等。该器件存储容量为64M8位。工作电压为27V-36V。K9F1208U0M SDRAM具有高速、大容量等优点，是一种具有同步接口的高速动态随机存储器.本嵌入式系统的SDRA

45、M选用HY57V561620CT，其容量为32M16位，为了增大数据吞吐能力，选采用两片SDRAM构成32位地址宽度，一片做高16位，一片做低16位，由于内存由64MB，那就需要26根地址线（64MB=226）来进行寻址，所以BA0和BA1控制数据的高低位读取，并且分别接至S3C2440的ADDR24、ADDR25引脚上。如图3.10所示：图3.9 NAND Flash存储器电路图3.10 SDRAM存储器电路（8）以太网接口电路S3C2440 平台采用DM9000 以太网芯片，以太网接口电路如图3.11所示。网接口电路任务四：开发环境的构建【知识目标】了解交叉编译，建立交叉编译工具链，制作交

46、叉调试器。熟悉超级终端与三星公司的DNW软件。熟悉使用tftp服务与网络挂载服务。【技能目标】成功安装交叉工具链与交叉调试器。能够使用超级终端与DNW的下载方法，并熟悉烧写过程。能够利用tftp下载文件，能够挂载nfs，并熟悉配置。搭建嵌入式Linux开发环境嵌入式开发环境中宿主机与开发板通讯，通常用到几种终端：windows超级终端(串口)、三星公司的DNW软件（串口且可用USB下载）、minicom（linux的超级终端）。而下载方式有：串口、USB、nfs、tftp。一、建立交叉编译工具链有两种方法可以用来建立工具链:一种方法是下载这些工具的软件包，自己编译这些源代码;另一种简单的方法就

47、是直接从网上下载已经编译好的工具链。本文采用的第二种方法，具体步骤如下：（1）下载所需开源文件cross-;（2）终端下使用root用户登陆# mkdir /usr/local/arm /建立工作目录#cp cross-.tar.bz2 /usr/local/arm /把源码包复制到工作目录#tar jxvf cross-.tar.bz2 -C /usr/local/arm /解压源码包#mv arm920t /重命名解压后的目录（3）添加环境变量：export PATH=/usr/local/arm/bin:$PATH这样在该终端下就建立好交叉编译工具链了。使得配置立刻生效，需要使用sour

48、ce命令重新读取配置文件（#source /etc/bashrc）。重新登录系统，配置生效。交叉编译器安装完毕。二、交叉调试器的制作 1、交叉调试环境搭建_交叉调试器1）交叉调试器的制作 源码包：gdb-6.5.tar.bz2 建立工作目录，然后解压，接着配置与编译。 #./configure -target=arm-linux -prefix=/usr/local/arm/ #make /编译调试器#make install /安装调试器(在/usr/local/arm/bin/目录下生成arm-linux-gdb工具)2）调试服务器的制作#export PATH=/usr/local/ar

49、m/bin:$PATH /设置环境变量 #CC=arm-linux-gcc #./configure -host=arm-linux #make /编译服务器(完了在当前目录生成gdbserver、gdbreplay等)下载安装到目标板（gdbserver）gdbserver放到目标板的/bin目录下（此步当目标板的开发平台搭建好后才操作）。三、超级终端（windows xp系统的超级终端）超级终端是windows自带的一个串口调试工具，其使用较为简单，被广泛使用在串口设备的初级调试上。通过点击开始程序附件通讯中的超级终端，我们可以新建一个终端。然后设置好名称，选择好端口（如COM1），波特率

50、（即每秒位数，本项目用115200），数据位（通常选择8位），奇偶校验（一般选择无），停止位（选择1），数据流控制（一般选择无），按确定，然后就可以开始使用超级终端了。启动开发板后即可以使用#rx filename下载文件。下载文件到文件系统如图4.5。图4.5 超级终端下载文件图超级终端下载文件的命令是“#rx 文件名”，然后出现发送文件窗口，选择要发送的文件路径以及协议（本项目选Xmodem），点击发送即可，下载完后可以用“#ls”指令查看。四、使用三星公司的DNW软件与超级终端功能相同，都可以跟开发板通讯，在windows xp下超级终端显示效果会比较好。DNW主要用于USB下载文件。打

51、开DNW界面，configuration下点options出现设置框。设置波特率115200、端口号、下载地址0 x30200000。可以用串口或者USB下载文件。点击“USB Port” ”Transmit”选项。选择要下载的文件进行下载，下载完成后会提示“Download O.K.”,并询问是否运行所下载的文件，运行则输入y，否则n。如图4.9。图4.9 DNW文件下载图五、Tftp 方式1、实现原理：通过图示来进行分析（tftp 服务），如图4.15。图4.15 tftp原理图2、实现步骤：1）tftp服务器(PC机)ftp修改如下：service tftpserver_args= -s

52、 /tftpboot /此为共享目录，用于下载文件Disable= no安全级别，将安全级别改为“无防火墙”，windows 上的防火墙也需要关闭。（4）用网线连接PC机(虚拟机)与开发板，目的让两个linux处在同一个网络内。（5）配置虚拟机IP地址；（目的是让虚拟机和开发板在同一ip段内）开发板与宿主机配置成同一个网段即可。（6）在开发板linux系统中挂载PC机linux的NFS共享目录。#showmount -e localhost (查看当前对外共享目录)#mount 00:/root/rootfs/tmp/(本地测试)#mount -o nolock 00:/root/rootfs

53、/tmp（挂载共享目录）NFS 挂载成功，然后进入挂载目录进行相应操作，也可以将挂载目录中的文件拷贝到本地路径下保存。任务五、linux开发平台搭建【知识目标】熟悉u-boot移植过程熟悉内核移植与驱动移植熟悉文件系统移植【技能目标】能编译出移植到开发板上运行的u-boot对内核移植的过程熟悉，并能够成功移植使用驱动添加后可以使用。能移植出可以使用的文件系统。一、Bootloader移植1、嵌入式LINUX系统从软件的角度可看成是4个层次，如图4.17。Bootloader参数文件系统Kernel图4.17 嵌入式LINUX系统的4个层次（1）引导加载程序，包括固化在固件中（firmware）

54、中的启动代码（可选）和Bootloader两大部分。（2）内核。特定于板子的定制内核以及控制内核引导系统的参数。（3）文件系统。包括根文件系统和建立与FLASH内存设备上的文件系统。（4）用户应用程序。特定于用户的应用程序，有时还包括一个GUI。2、bootloader启动流程多数Bootloader都包含两种模式，启动加载模式和下载模式BOOTLOADER的启动流程大多数分为两个阶段，第一个阶段主要是包含依赖于CPU的体系结构的硬件初始化代码，通常都是用汇编语言来实现的。这个阶段的任务有：（1）基本的硬件设备初始化（屏蔽所有中断、关闭处理器内部指令/数据CACHE等）为第二阶段准备RAM空间

55、；（2）如果是从某个固态存储媒质中，则复制BOOTLOADER的第二阶段代码到RAM；（3）设置堆栈；（4）跳转到第二阶段的C程序入口点。第二阶段通常是由C语言实现的，这个阶段的主要任务有：（1）初始化本阶段所要用到的硬件设备；（2）检测系统的内存映射；（3）将内核映像和根文件系统映像从FLASH读到RAM；（4）为内核设置启动参数；（5）调用内核。Bootloader调用Linux内核的方法是直接跳转到内核的第一条指令处，即跳转MEM_START+0 x8000地址处，在跳转的时候必须满足下面的条件：（1）CPU寄存器：R0为0，R1为机器类型ID，R2为启动参数，标记列表在RAM中的起始基

56、地址；（2）CPU模式：必须禁止中断，CPU设置为SVC模式；（3）Cache和MMU设置：MMU必须关闭，指令CACHE可以打开也可以关闭，数据CACHE必须关闭。3、u-boot移植五部曲（1）u-boot 移植前的准备工作1）下载源码Uboot的源码可以从网上下载：我们这里下载的是u-boot-2009.11.tar.bz2， 工具链使用cross-。2）建立工作目录把下载的源码拷贝到该目录,解压；并把解压后目录更名为u-boot. 3）确定分区。分区图如下图4.18：图4.18 分区图我们可以根据以上的分区信息来配置我们的系统（2）第一步：创建主代码、修改顶层 Makefile与阶段测

57、试一1）创建主代码。 EQ oac(,1)复制 board/samsung/smdk2440 目录为 board/samsung/gec2440：并修改该目录下的 Makefile：修改为：COBJS := gec2440.o f并将复制后目录下的 smdk2440.c 改名为 gec2440.c： EQ oac(,2)2）修改顶层Makefile EQ oac(,1)创建目标板信息 （在u-boot目录下）在smdk2440_config : unconfig$(MKCONFIG) $(:_config=) arm arm920t smdk2440 NULL s3c24x0后面添加gec24

58、40_config : unconfig$(MKCONFIG) $(:_config=) arm arm920t gec2440 samsung s3c24x0 EQ oac(,2)修改 Makefile 规则 将：_LIBS := $(subst $(obj),$(LIBS) $(subst $(obj),$(LIBBOARD) 改为：_LIBS := $(subst $(obj),$(LIBBOARD) $(subst $(obj),$(LIBS) 3）阶段测试一。用make指令编译gec2440_config。编译完成时最后两句如下：（每次编译成功最后都有这两句）表示编译成功。（3）第二

59、步：stage1 1）stage1 阶段硬件初始化 EQ oac(,1)在 include/configs/gec2440.h 头文件中添加 CONFIG_S3C2440 宏#define CONFIG_S3C24401/* in a SAMSUNG S3C2440 SoC*/ EQ oac(,2)修改 cpu/arm920t/start.S中的start_code 函数。/这两行是 AT91RM9200DK 开发板的 LED 初始化和控制函数，将其注释/bl coloured_LED_init/bl red_LED_on添加下面的代码，以取代上面功能：#if defined(CONFIG_S

60、3C2440)/区别与其他开发板#define GPBCON0 x56000010#define GPBDAT0 x56000014#define GPBUP 0 x56000018 ldrr0,=GPBUP ldrr1,=0 xffstrr1,r0ldrr0,=GPBCONldr r1,=0 x557ff strr1,r0ldrr0,=GPBDATldr r1,=0 x7df strr1,r0#endif2）修改时钟因为 S3C2440 与 S3C2440 的时钟及 Nand、SDRAM 等配置不同，故接下来需要进行修改相关 配置。 EQ oac(,1)修改 cpu/arm920t/star