前言

　　智能家居，或稱智能住宅，在英文中常用Smart Home。智能家居是以住宅為平臺，兼備建筑、網絡通信、信息家電、設備自動化，集系統、結構、服務、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環保的居住環境。智能家居可以定義為一個過程或者一個系統。它利用先進的計算機技術、網絡通訊技術、綜合布線技術、將與家居生活有關的各種子系統，有機地結合在一起，通過統籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。

　　在智能家居中，有一個重要系統就是家庭網絡，它是在家庭或者小區范圍內，將PC、家電、安全系統、照明系統和廣域網相連接的一種新技術。當前在家庭網絡所采用的連接技術可以分為“有線”和“無線”兩大類。有線方案主要包括：雙絞線或同軸電纜連接、電話線連接、電力線連接等；無線方案主要包括：紅外線連接、無線電連接、基于RF技術的連接和基于PC的無線連接等。

　　家庭網絡相比起傳統的辦公網絡來說，加入了很多家庭應用產品和系統，如家電設備、照明系統，因此相應技術標準也錯綜復雜。家庭網絡的發展趨勢是將智能家居中其它系統融合進去，最終一統天下。本文給出了一個家庭網絡互連的智能家居路由方案，它是基于三星公司的ARM核CPU-S3C4510和mClinux操作系統的解決方案。

　　S3C4510 處理器

　　在本系統中，我們選用了三星公司的S3C4510處理器，它是一款性價比很高的ARM 核的SoC芯片，其使用的是ARM7TDMI內核，并內置10/100M Ethernet控制器，特別適合網絡應用。另外包括2路HDLC，I2C ，8k CACHE/SRAM，2 UART，2 DMA，2 32位計數器，中斷控制器，DRAM/SDRAM控制器，18個可編程I/O。由于S3C4510處理器主要關注于嵌入式internet應用，目前成為國內出貨量最大的一款ARM芯片，在ISDN路由器，ADSL modem， ADSL route，二層10/100 M交換機網絡管理，UPS網絡管理等設備上均有成功批量應用。

　　mClinux 概述

　　mClinux 是針對“微控制領域而設計的Linux 系統”，它將Linux應用于沒有內存管理單元（Memory Management Units）的處理器。由于mClinux 是在Linux 的基礎之上添加了對沒有MMU 的微處理器的支持，所以它一方面繼承了Linux 的大部分優點：例如穩定性、各種網絡協議棧的支持以及不同類型的文件系統支持等等，另一方面，它廣泛地應用于嵌入式領域，內核精簡（一般小于512k），并支持很多常用的嵌入式微控制器系列。

　　與標準Linux 操作系統相比，mClinux 最大的區別就在于內存管理。標準Linux 是針對有內存管理單元的處理器而設計的，使用虛擬存儲器技術通過分頁的方式來載入進程。mClinux 對NOMMU 的處理器采用了實存儲器管理策略（real memory management）。這樣一個進程在執行前，系統必須為之分配足夠的連續地址空間，然后全部載入主存儲器中。因為在嵌入式開發中，通常都是針對特定環境下的應用，盡管占用資源過多但是執行效率卻也相對高一些。

　　智能家居的互連結構

　　首先，我們利用ADSL連接到 Internet上將家居路由與外界的通道連接上。當然，如果小區內提供內部的互連網絡，就可以直接將家居路由接入到小區的互連網絡上。圖一給出了本方案的互連結構。其次，在家居布線中，對于不同的設備采用不同的接口，例如家用計算機接入使用網絡交換機，筆記本電腦使用無線接入（也可以直接使用網線），各種儀表/探測器和家電則需要使用串口或者I2C總線接入，這樣便于集中處理并實現遠程控制及智能控制。再者，采用互聯網上先進而成熟的IP協議。這種完全開放的網絡，無需擔心升級、維護、產品提供商的壟斷或者其他行為。所有設備均可通過家居路由接入到寬帶網和局域網，從而滿足各種應用程序對設備的遠程監控，和設備對網絡信息的讀取。最后，本方案使用成熟的mClinux技術，可以方便地將PC中成熟的軟件移植到本系統中，而避免了復雜的開發，使用CGI 技術又利用了互聯網上的已有各種信息服務資源。在造價和功耗方面，ARM系列的處理器的優勢是非常明顯的，其單片價格和C51系列的單片機相差無幾，而功耗卻可以非常小。由于家用設備在價格和功耗方面都要求比較嚴格，從而，使用本系統就有相當的優勢和特色了。

　　軟件構成

　　如前所述，由于采用了性能穩定的mClinux操作系統，而且由于Linux在PC機中的廣泛應用，各種軟件資源非常豐富，特別是硬件驅動程序和網絡資源，所以在軟件方面有著非常豐富的選擇，但是本系統是使用的一個嵌入式的處理器，是一個嵌入式系統，所以必需經過裁剪和選擇。圖二給出了本系統的軟件資源的基本構成。其中，成熟穩定的TCP/IP協議和網絡是整個系統的關鍵所在。HTTPD服務和TELNETD服務為網絡配置、WEB管理和遠程控制提供了基礎， SHELL程序便于實現監控管理，而JFFS II文件系統則用來保存系統的設置。另外，家居監控和管理也必需使用CGI WEB界面和命令行的方式來進行處理。另外，I2C總線驅動、串口驅動、無線遙控器驅動沒有在圖二中給出，這些也是本系統的一部分。

　　由于 mClinux和Linux系統本身還是有區別，而Linux系統下的軟件在mClinux下也需要相應的修改，所以對于本系統的軟件來說，我們做了相應的移植工作，例如，針對HTTP Web服務，我們移植了thttpd服務程序，并添加了CGI的支持，這樣方便地建立Web管理界面，讓最終用戶通過局域網或廣域網訪問家居路由系統，在 WWW瀏覽器中設置家居路由設備工作參數，監控其家居系統各個設備狀態及察看控制結果，也避免為家居路由系統專門去編寫專用的GUI交互界面。在不同的儀器設備中的界面只需編寫不同的HTML頁面，結合CGI技術就可以完成各種靈活、友好的交互功能了。對于CGI程序，我們進行了軟件復用，特別是控制單元的部分，我們也添加到無線遙控器的控制功能中了，這樣只需要一個按鈕，就可以完成對家居系統的各個部分控制，從而構造了一個舒適的、方便的而智能的家居系統。

　　模塊化軟件設計和高可裁剪性以及系統可配置性是Linux操作系統的優勢，我們在本系統中保持了這些優點。從圖一的以三星的 S3C4510微控器為核心的硬件組合到圖二的以mClinux操作系統為軟件核心的軟件結構，每一個部分都是模塊化的，可裁剪的。在嵌入式系統中，除了價格的因素以外，系統軟件開發也是一個非常重要的因素。我們選擇了一個良好的操作系統，并以此為基礎進行應用開發，減少了開發難度和開發周期。

　　結語

　　總之，本系統提供一個高性能，低價格，低功耗的智能家居路由，提供了管理家庭服務的各種功能應用，也提供了高帶寬、高速率的網絡和相當的擴展靈活性及高可靠性，其兼容性良好。整個系統相對開放穩定，并具有良好的管理性，適應網絡目前及將來的發展，是一個高可用的方案。