一种嵌入式无线智能家居网关系统的设计方案

4 家庭网关软件设计

4.1 构建网关嵌入式Linux操作系统

网关系统硬件平台与功能应用之间，需要专门的负责管理存储器分配，中断处理以及任务调度等功能的软件模块，这就是嵌入式操作系统。嵌入式操作系统是用来支持嵌入式应用的系统的软件，包括硬件相关的底层驱动，系统内核，通信协议，图形用户界面等。

本文的网关系统是面向WSN和Internet，GSM互联的通信应用，主要完成异构网络之间的通信和控制，因此需要选择实时的操作系统。在众多的嵌入式实时操作系统中，从开发成本，软件支持和代码开放的角度考虑，本文将采用Linux操作系统作为网关的系统的操作系统。

4.2 建立交叉编译环境

交叉编译就是在一个平台上生成另一个平台上可以执行的代码。这里的平台包括体系结构和操作系统。同一体系结构上可以运行不同操作系统。同样，同一个操作系统也可以在不同的体系结构上运行。

本文是在装有Ubuntu 9.10（基于X86架构的Linux操作系统）的PC机上为网关系统建立了基于ARM9的交叉编译环境。建立之后，就可以在PC机上对将在网关系统上运行的应用程序进行编译，从而生成可以在网关系统上运行的可执行代码，最后下到网关系统上。这也就是目前嵌入式程序开发的宿主机／目标机（HOST／TARGET）模式。

Linux交叉编译环境的内容，主要分为4个部分：GCC编译器（C语言编译器），二进制工具包（Binutils），标准C库（Glibc）和Linux内核头文件。Glibc和GCC都有很多版本，需要根据实际需要选择合适的版本。

4.3 网关应用程序设计

本次网关系统的应用软件架构图4所示。其主要功能是依据传感器配置文件，分类解析WSN中的数据，为用户提供Socket数据服务和XML-RPC远程调用服务。其工作流程是：网关程序启动以后，从XML文件夹中解析所有的传感器配置文件；*串口数据，利用传感器配置文件解析数据生成XML数据流；创建Socket服务器，等待客户端数据请求，提供XML格式的Socket服务；创建XML-Socket远程调用服务器，完成用户的XML请求。

图4 网关系统的软件架构

程序设计思路如图5所示：网关程序启动，完成参数初始化，解析XML文件夹下的所有传感器配置文件，创建3个类的实例。4个任务队列。Serialcomm类创建两条线程用读串口和写串口，这样可以保证数据的实时性。基于同样的道理，XMLParser类和XMLComm类也是双线程并行工作。这样就组成了从WSN和Internet的上行通道（图5中的虚线表示），以及Internet到WSN的下行通道（图5中的粗线表示）。

图5 网关应用设计思路图

4.4 人机接口模块的设计

人机接口使用的是项目中使用的触摸屏是240×320 TFT彩屏LCD。该模块主要设计以下4个菜单供用户操作：文件菜单，查询菜单，报警菜单和管理菜单。这部分的设计使用Qt设计。Qt是一个跨平台的C++图形用户界面库，由挪威TrollTech公司开发，目前包括Qt／X11、基于Framebuffer的Qt／Embedded、快速开发工具Qt Designer以及国际化工具Qt Linguist等。Qt的良好封装机制使其模块化程度非常高，可重用性较好，对于用户来说非常的方便。Qt API和开发工具对所有支持平台都是一致的，从而可以进行独立于平台的程序开发和配置。它使得跨平台软件编程直观、简易和方便。

本文所有的可视化界面都是通过Qt自带的工具Qt designer设计，它是一个可视化的界面设计工具，对于其每个组件内部的关系通过编写代码来实现。
　网关登陆界面主要用于用户登陆信息的输入，包括用户名和密码。用户正确输入用户名和密码之后，就可以进入网关的主界面，如图6所示，可以看到，这里有4个菜单，当点击每一个菜单分别进入相应的功能界面，例如点击文件菜单，可进入配置文件的编辑界面。在此界面上可以修改网关系统的配置文件。这个界面具有一般文件界面的所有功能。这几个界面都比较简单，比较容易实现。在此重点介绍监控界面的设计。

图6 网关主界面来源：维库开发网

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