本文采用SX52嵌入式網(wǎng)絡單片機集成式開發(fā)系統(tǒng)主模塊模擬家庭網(wǎng)關，并利用其外圍擴展模塊模擬信息家電，從而成功搭建了一個模擬家庭網(wǎng)關和信息家電交互的軟硬件平臺，這種利用一個單片機集成系統(tǒng)對家庭網(wǎng)關和信息家電進行模擬，為研究信息家電的內部體系結構以及家庭網(wǎng)關和信息家電功能分配提供了實驗平臺，同時大大節(jié)省了資源和費用。

　　2  相關理論研究

　　2.1信息家電

　　信息家電是所有能夠通過網(wǎng)絡系統(tǒng)交互信息的家電產(chǎn)品，也就是說信息家電是將數(shù)字技術和網(wǎng)絡技術集成在電冰箱、洗衣機等傳統(tǒng)家用電器上并以此為基礎建立家庭網(wǎng)絡環(huán)境，信息家電具有以下特點：（1）通過有線或無線方式相連，能相互識別并協(xié)同工作與網(wǎng)絡化；（2）能夠遵循一定的協(xié)議，通過家庭網(wǎng)關或直接與外部網(wǎng)絡進行信息交互；（3）功能單一[1]集中并且使用簡單；（4）具有實時化、數(shù)字化與智能化的特點；（5）應用嵌入式操作系統(tǒng)。根據(jù)這些特點，我們將其內部體系結構分為上下兩大模塊層，上層為軟件模塊，由上至下為應用層（如服務注冊、應用協(xié)議解釋等）、嵌入式操作系統(tǒng)層(如嵌入式Linux、WinCE等)、設備驅動層(如液晶顯示屏驅動、觸摸屏驅動等)，下層為硬件模塊，包括核心主板(包括嵌入式處理器芯片如S3C2410等) 、家電硬件及控制層(自帶控制模塊)、外圍芯片(如RTL8019AS、Bluetooth等)。其中核心主板為主控制器，信息家電通過外圍芯片與外界進行信息交互，在核心主板的控制下再與家電控制模塊進行雙向信息交流，從而實現(xiàn)對家電硬件的監(jiān)控。這里提到的嵌入式操作系統(tǒng)在今后隨著信息家電產(chǎn)品功能的增多增強，對其的使用是一種必然趨勢，本文在有限資源的單片機上實現(xiàn)模擬系統(tǒng)就沒有對其進行討論。

　　2.2家庭網(wǎng)關

　　單個的信息家電也可以具有與Internet直接連接上網(wǎng)的功能，但是借助現(xiàn)有的計算機網(wǎng)絡技術，將家庭內各種家電和設備連網(wǎng)，通過家庭網(wǎng)絡為人們提供各種豐富、多樣化、個性化、方便、舒適、安全和高效的服務，把所有的信息家電連接起來形成一個家庭網(wǎng)絡，再把接入Internet的功能移至到家庭網(wǎng)關，由家庭網(wǎng)關承擔起與Internet進行信息交互的責任，這不僅會減少信息家電的負載、降低成本，而且對家庭網(wǎng)絡化也是一種促進，因為家庭網(wǎng)絡內部可以使用不同的協(xié)議，從而更具靈活性。因此，實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡與外部信息的交換需要設計一個理想的家庭網(wǎng)關。家庭網(wǎng)關應具備的兩個主要功能是：(1)作為家庭內部網(wǎng)絡和外部網(wǎng)絡連接的一種物理接口；(2)使住宅用戶可以獲得各種家庭服務（包括現(xiàn)有的服務和未來可能出現(xiàn)的服務，譬如經(jīng)過授權能打開朋友家的影碟機進行影片觀看等）的平臺。

　　家庭網(wǎng)關接口的有效的解決方案，當前比較統(tǒng)一的觀點是開發(fā)一個集中式網(wǎng)關，它將提供一個最有效的橋接外部網(wǎng)絡和家庭網(wǎng)絡或設備的解決方案。另外，以PC作為家庭網(wǎng)關，體積過大，環(huán)境適應能力差，而且還必須安裝兩個網(wǎng)絡適配器（一個用于連接 Internet，一個用于連接內部網(wǎng)絡），總的費用也比一臺專用網(wǎng)關要高。因此，設計專用網(wǎng)關是完全有必要的。鑒于家庭網(wǎng)關的功能特點，其邏輯結構應如圖1所示。

圖1家庭網(wǎng)關邏輯結構

　　3   硬件選型

　　3.1 SX52的特點

　　如何利用單片機本身有限的資源對信息進行TCP／IP協(xié)議處理，使之變成可以在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)包，目前有兩種方案：一種是PC網(wǎng)關+專用網(wǎng)，缺點是要增加布線和第三方協(xié)議轉換軟件；另一種是32位MCU+RTOS，弊端是開發(fā)難，成本極高。而用軟件方法實現(xiàn)網(wǎng)絡協(xié)議比采用集成網(wǎng)絡協(xié)議的芯片，具有節(jié)省空間、降低成本的優(yōu)點，更重要的是可以隨意配置甚至修改各種協(xié)議，且能通過軟件升級方式跟隨未來的發(fā)展。通過美國Ubicom公司的SX52微控器進行網(wǎng)絡控制就具備這個優(yōu)勢，其主要特點有：（1）速度快，在100MHz頻率下能達到100MIPS；（2）現(xiàn)成的網(wǎng)絡協(xié)議模塊供套用，可以通過虛擬外設功能來運行網(wǎng)絡協(xié)議棧，例如TCP、IP、HTTP以及SMTP等；（3）強大的虛擬外設功能，即通過軟件對I/O口進行靈活的配置，CPU執(zhí)行虛擬軟件模塊就可以驅動普通的I/O口來模擬外設的功能，比如UART、SPI、IIC和FSK等。采用其成功的網(wǎng)絡協(xié)議模塊和一些適用于小型嵌入式系統(tǒng)的做法構筑現(xiàn)場控制是非常合適的做法。 <!-- 2008-9-16 20:11:55-->