基于ARM的数字化家园网关设计与实现

摘要

随着社会和科学技术的发展，以及家居环境的数字化，家用设施越来越信息化、网络化，并提出了信息交互的要求，同时对家用设施进行组网和统一管理提上日程。当代主流解决方案是通过嵌入式家园网关把家用设施联合成为一个局域网，并在此基础上实现了家用设施的管理。同时网关可以完成局域网内和到Internet的通信转换，实现远程控制。 本文对嵌入式家园网关的软件及部分硬件进行了深入的研究和探讨。设计出了一个基本的家园网关。本文的主要工作在于以下几个方面： （1）利用S3C2410开发板，依托Linux操作系统，通过使用MCP2515 CAN总线控制器，组成一个基本的家园网关。 （2）完成了在Linux下对MCP2515 CAN总线控制器的驱动，网络通信程序、节点管理程序及协议转换程序的编写，这些程序组成了整个系统的三个层次，包括网络层，协议转换管理层及驱动层。通过这些分层的协同工作，实现了家园网关中关于TCP/IP协议和CAN总线协议的互相转换。 （3）在CAN总线协议的基础上创新性地提出了应用层协议的设计方案，这个协议使得家园网关在CAN总线上具备管理能力及可靠的批量数据传输能力。 系统测试证明本方案是可行的，本文的数字化家园网关具有体积小，可靠性高，其CAN总线具有安装方便的优势，整个系统并有广阔的发展空间。

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致谢

1 引言

1.1 数字化家园网关的介绍及发展

1.2 家庭网络化实现方案

1.3 网关的定义

1.4 数字化家园网关的要求

1.5 本文的工作

2 数字化家园网关的构成

2.1 ARM微处理器

2.1.1 ARM微处理器简介

2.1.2 S3C2410微处理器

2.2 嵌入式操作系统

2.2.1 嵌入式操作系统的发展

2.2.2 嵌入式Linux

2.2.3 开发嵌入式Linux的几个问题

2.3 现场总线

2.3.1 现场总线简介

2.3.2 主流的现场总线

2.3.3 CAN总线简介

2.3.4 CAN总线的特点

2.4 方案选择

3 系统部分硬件设计

3.1 CAN总线控制器

3.2 CAN总线收发器

3.3 本章总结

4 家庭网关整体软件设计

4.1 软件整体设计

4.2 网络层的设计

4.2.1 在Linux下网络编程过程

4.2.2 socket具体实现

4.2.3 网关登陆方案设计与实现

4.2.4 网络层功能实现

4.3 CAN设备驱动层设计

4.3.1 CAN控制器驱动编写

4.3.2 在Linux下的驱动编写

4.3.3 驱动层功能实现

4.4 协议转换管理层的设计

4.4.1 协议的帧结构设计

4.4.2 协议中的数据传输方式设计

4.4.3 广播帧在设备上电过程中的应用

4.4.4 协议转换管理层功能的实现

4.4.5 用户进程接口设计

4.5 各层直接通信机制设计

4.5.1 进程通信(IPC)

4.5.2 消息队列通信机制的实现

4.6 本章总结

5 系统测试

5.1 测试环境建立

5.2 测试过程

6 工作总结与展望

参考文献

作者简历