基于S3C44B0X的無線家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)計
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SDRAM接口電路：嵌入式操作系統(tǒng)的存在需要有一定量的動態(tài)RAM,解壓縮后的操作系統(tǒng)將從Flash搬移至SDRAM,駐留內(nèi)存;同時,用戶堆棧、運行數(shù)據(jù)也都會放在SDRAM中。S3C44B0X芯片提供的8K緩存遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求?？紤]到實際應(yīng)用的需求,設(shè)計中選擇了三星的K4S281632D,它的數(shù)據(jù)寬度是16 位,由4 個Bank 組成,存儲容量為16 MB。S3C44B0X的Bank6和Bank7 支持SDRAM,因此可以方便連接。在總線寬度控制寄存器BWSCON 中設(shè)置Bank6 的數(shù)據(jù)寬度為16 位,在Bank6 控制寄存器BANKCON6中設(shè)置MT = 0x3, Trcd= 0x0,SCAN = 0x01,在存儲容量寄存器BANKSIZE中設(shè)置BK76MAP = 0x110 即可。
10/100M以太網(wǎng)接口電路：S3C44B0X內(nèi)部已包含了以太網(wǎng)MAC控制,但并未提供物理層接口,因此,需外接一片物理層芯片以提供以太網(wǎng)的接入通道。在本設(shè)計中選用的是RTL8201。由于S3C44B0X片內(nèi)已有帶MII接口的MAC控制器,而RTL8201也提供了MII接口,各種信號的定義也很明確,因此RTL8201與S3C44B0X的連接比較簡單,在連接時只需將兩塊芯片的相應(yīng)引腳互連即可。值得注意的是,使用CMOS工藝的RTL8201不能直接與RJ45接口相連,由于電平信號的不同以及網(wǎng)絡(luò)沖擊信號的存在,兩者之間需要隔離及電平信號轉(zhuǎn)換的元件,本設(shè)計中選用了網(wǎng)絡(luò)變壓器HR61H58L。
串行接口電路：為完成和家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的藍(lán)牙通信模塊、紅外發(fā)射與接收模塊以及電話語音控制模塊的通信,家庭網(wǎng)關(guān)需要有異步串行通信接口,由于S3C44B0X只有兩個異步串口,因此需要對串口進(jìn)行擴(kuò)展。本設(shè)計中選用一片ST16C554 芯片進(jìn)行串口擴(kuò)展。由于S3C44B0X系統(tǒng)的LVTTL電路所定義的高、低電平信號與RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)所定義的高、低電平信號不同,兩者間要進(jìn)行通信必須經(jīng)過信號電平的轉(zhuǎn)換。在這里采用MAX202將串口數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成TTL電平,再通過ST16C554輸出中斷請求。4個串口的中斷請求進(jìn)行或運算,產(chǎn)生IRQ信號INTREQ,經(jīng)CPLD再與CPU的終端控制器相連。
IIC接口電路：S3C44B0X內(nèi)含一個IIC總線主控器,可方便地與各種帶有IIC接口的器件相連。在該系統(tǒng)中,外擴(kuò)一片AT24C01作為IIC存儲器。AT24C01提供128字節(jié)的EEPROM存儲空 間,可用于存放少量在系統(tǒng)掉電時需要保存的數(shù)據(jù),比如家庭網(wǎng)關(guān)的參數(shù)設(shè)置和用戶身份驗證碼等。
LCD顯示模塊：該模塊可采用夏普公司生產(chǎn)的LM057QC1T01,它是圖形點陣256色STN液晶模塊,分辨率為320×240。由于S3C44B0X和LM057QC1T01都具有很強的通用性,因此易于連接,但需要在控制器和LCD接口之間加裝能實現(xiàn)電壓偏轉(zhuǎn)功能的電路,來實現(xiàn)輸出LCD顯示所需的27V偏轉(zhuǎn)電壓。
鍵盤接口電路：用8個通用I/O口組成4×4鍵盤。
S3C44B0X所需的其他外圍電路：JTAG接口電路(用于JTAG調(diào)試)、復(fù)位電路和電源電路。
其他功能模塊藍(lán)牙模塊：在本方案中,藍(lán)牙硬件芯片采用愛立信公司的ROK 101008 模塊。家庭網(wǎng)關(guān)采用在Clinux操作系統(tǒng)下安裝BlueZ以配合藍(lán)牙模塊,并基于L2CAP層建立相關(guān)協(xié)議的方式進(jìn)行開發(fā)。
電話語音控制模塊：采用雙音頻撥號芯片DTMF8870、語音合成芯片ISD1420、鈴流檢測芯片電路以及89C51等來組成電話語音控制模塊。
紅外遙控模塊：系統(tǒng)中增加了紅外接收模塊和紅外發(fā)射模塊。紅外接收模塊選用BA5302,紅外信號從其頂部輸入,經(jīng)過放大、整形、解調(diào)后,被轉(zhuǎn)換成TTL電平的數(shù)字信號;紅外發(fā)射模塊將剛才學(xué)習(xí)到的紅外原碼進(jìn)行調(diào)制并發(fā)送出去,在這里采用軟件編碼的方法產(chǎn)生調(diào)制信號,因此電路很簡單。
系統(tǒng)的軟件平臺
建立Clinux開發(fā)環(huán)境基于Clinux操作系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境一般是由目標(biāo)系統(tǒng)硬件開發(fā)板(S3C44B0X的開發(fā)板)和宿主PC機(jī)所構(gòu)成。目標(biāo)板所用到的操作系統(tǒng)的內(nèi)核編譯、應(yīng)用程序的開發(fā)和調(diào)試需要通過宿主PC機(jī)來完成。兩者之間一般通過串口、并口或以太網(wǎng)接口來建立連接關(guān)系。首先,要在宿主機(jī)上安裝標(biāo)準(zhǔn)Linux操作系統(tǒng),之后就可以建立交叉開發(fā)環(huán)境。從網(wǎng)上下載工具鏈,并將交叉編譯器安裝到宿主機(jī)上。還要根據(jù)家庭網(wǎng)關(guān)的需要重新配置、編譯內(nèi)核,進(jìn)行?Clinux移植。成功后可看到?Clinux-Samsung/images目錄下有兩個內(nèi)核文件：image.ram和image.rom。將image.rom燒寫入ROM/SRAM/FLASH Bank0對應(yīng)的Flash存儲器中,當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位或上電時,內(nèi)核會自解壓到SDRAM,并開始運行。這樣一個嵌入式應(yīng)用開發(fā)平臺就搭建成功了。
硬件驅(qū)動和應(yīng)用程序的開發(fā)
硬件驅(qū)動和應(yīng)用程序的開發(fā)也要在交叉編譯環(huán)境中進(jìn)行,先在PC機(jī)上開發(fā),然后移植到目標(biāo)機(jī)上進(jìn)行調(diào)試并最終固化到目標(biāo)機(jī)上。本設(shè)計中需要開發(fā)的硬件驅(qū)動有：以太網(wǎng)卡控制器、串口、LCD驅(qū)動、藍(lán)牙模塊、小鍵盤的驅(qū)動程序等。為Linux內(nèi)核編寫驅(qū)動并不像其他操作系統(tǒng)那么復(fù)雜,只需為相應(yīng)的設(shè)備編寫幾個基本函數(shù)并向VFS注冊即可,一般都是在一個現(xiàn)成的驅(qū)動程序基礎(chǔ)上針對特殊的硬件設(shè)備作相應(yīng)的改動。在嵌入式操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上還要開發(fā)微型GUI,編寫動態(tài)網(wǎng)頁和CGI程序來實現(xiàn)嵌入式WEB技術(shù)、安全認(rèn)證、及無線通信協(xié)議等。例如：基于Internet的遠(yuǎn)程控制是通過瀏覽家庭網(wǎng)關(guān)中的Web Server的動態(tài)網(wǎng)頁實現(xiàn)的,遠(yuǎn)程控制程序需要從用戶訪問信息中解出有用的控制命令信息,然后按家庭控制網(wǎng)的內(nèi)部協(xié)議組成命令幀,實現(xiàn)控制的關(guān)鍵是CGI程序的編制,其流程如圖3所示。
結(jié)語
本文討論了一個基于ARM微處理器S3C44B0X及?Clinux的無線家庭網(wǎng)關(guān)的軟硬件設(shè)計。該家庭網(wǎng)關(guān)控制方式多樣,并且能隨時隨地通過瀏覽網(wǎng)頁實現(xiàn)對家電的遠(yuǎn)程控制。該家庭網(wǎng)關(guān)成本較低,易于升級,便于推廣應(yīng)用。
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