基于嵌入式的網(wǎng)關(guān)軟硬件設(shè)計(jì)

隨著Internet的普及，實(shí)現(xiàn)智能家居遠(yuǎn)程控制不再是人們的夢想，所謂遠(yuǎn)程控制，是指管理人員在異地通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異地?fù)芴柣螂p方都接入Internet等手段，聯(lián)通需被控制的計(jì)算機(jī)，將被控計(jì)算機(jī)的桌面環(huán)境顯示到自己的計(jì)算機(jī)上，通過本地計(jì)算機(jī)對遠(yuǎn)方計(jì)算機(jī)進(jìn)行配置、軟件安裝程序、修改等工作。遠(yuǎn)程喚醒（WOL），即通過局域網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開機(jī)。CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network, CAN）的簡稱，是由研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國BOSCH公司開發(fā)了的，并最終成為國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO118?8）。是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。 在北美和西歐，CAN總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)總線，并且擁有以CAN為底層協(xié)議專為大型貨車和重工機(jī)械車輛設(shè)計(jì)的J1939協(xié)議。近年來，其所具有的高可靠性和良好的錯(cuò)誤檢測能力受到重視，被廣泛應(yīng)用于汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強(qiáng)和振動大的工業(yè)環(huán)境。CAN與以太網(wǎng)采用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定的集合。例如，網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)微機(jī)用戶和一個(gè)大型主機(jī)的操作員進(jìn)行通信，由于這兩個(gè)數(shù)據(jù)終端所用字符集不同，因此操作員所輸入的命令彼此不認(rèn)識。為了能進(jìn)行通信，規(guī)定每個(gè)終端都要將各自字符集中的字符先變換為標(biāo)準(zhǔn)字符集的字符后，才進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)傳送，到達(dá)目的終端之后，再變換為該終端字符集的字符。當(dāng)然，對于不相容終端，除了需變換字符集字符外。其他特性，如顯示格式、行長、行數(shù)、屏幕滾動方式等也需作相應(yīng)的變換。

1.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)的硬件部分主要由ARM、以太網(wǎng)接口、CAN接口、高速存儲器、JTAG口、復(fù)位電路和電源等組成，其系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。ARM移植TCP／IP通信協(xié)議和CAN協(xié)議，可完成以太網(wǎng)協(xié)議和CAN總線協(xié)議轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)接口和CAN接口通信數(shù)據(jù)的透明傳輸。以太網(wǎng)（Ethernet）指的是由Xerox公司創(chuàng)建并由Xerox、Intel和DEC公司聯(lián)合開發(fā)的基帶局域網(wǎng)規(guī)范，是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)絡(luò)使用CSMA/CD（載波監(jiān)聽多路訪問及沖突檢測）技術(shù)，并以10M/S的速率運(yùn)行在多種類型的電纜上。以太網(wǎng)與IEEE802·3系列標(biāo)準(zhǔn)相類似。

1.2 主控制器的選擇

微處理器選用PhiIips公司ARM7TDMI內(nèi)核的32位微控制器LPC2294，與一般單片機(jī)相比，LPC2294可嵌入操作系統(tǒng)。LPC2294內(nèi)嵌256 KB的高速FLASH存儲器和16 KB的靜態(tài)RAM，多個(gè)外部中斷和串行口，LPC2294內(nèi)部還集成了CAN控制器，只要加上CAN總線收發(fā)器就可以構(gòu)成CAN節(jié)點(diǎn)，從而大大簡化了硬件電路。微處理器用一片或少數(shù)幾片大規(guī)模集成電路組成的中央處理器。這些電路執(zhí)行控制部件和算術(shù)邏輯部件的功能。微處理器與傳統(tǒng)的中央處理器相比，具有體積小，重量輕和容易模塊化等優(yōu)點(diǎn)。微處理器的基本組成部分有：寄存器堆、運(yùn)算器、時(shí)序控制電路，以及數(shù)據(jù)和地址總線。微處理器能完成取指令、執(zhí)行指令，以及與外界存儲器和邏輯部件交換信息等操作，是微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算控制部分。它可與存儲器和外圍電路芯片組成微型計(jì)算機(jī)。自從人類1947年發(fā)明晶體管以來，50多年間半導(dǎo)體技術(shù)經(jīng)歷了硅晶體管、集成電路、超大規(guī)模集成電路、甚大規(guī)模集成電路等幾代，發(fā)展速度之快是其他產(chǎn)業(yè)所沒有的。半導(dǎo)體技術(shù)對整個(gè)社會產(chǎn)生了廣泛的影響，因此被稱為“產(chǎn)業(yè)的種子”。中央處理器是指計(jì)算機(jī)內(nèi)部對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并對處理過程進(jìn)行控制的部件，伴隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，芯片集成密度越來越高，CPU可以集成在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上。