基于嵌入式Linux的家电设备远程控制系统的设计与实现

广东白云学院
毕业设计(论文)开题报告

题目：基于嵌入式Linux的家电设备远程控制
系统的设计与实现
      
 
课 题 类 型：  论文 □    设计 □  
学 生 姓 名：吴纪周
学       号：0902010230
班       级：09计算机科学与技术2班
专业（全称）：计算机科学与技术
指 导 教 师：万世明


2012 年 12 月





一、课题研究的目的、意义：
由于计算机技术、通信技术和芯片技术的发展，深深的触动了社会变革的神经，信息技术领域正在迅速覆盖检测与控制应用的现场设备、控制及管理的各个层次。科技的发展，揭开了现代家庭生活的序幕，越来越多人开始追求家庭生活的高效、便捷。信息时代的到来以及Internet和现代通信设备的广泛普及，使得新一代的智能家庭孕育而生。
随着Internet的普及与发展，微处理器的性价比越来越高，家庭信息化与智能化的趋势日益明显，越来越多的人开始追求家庭生活的高效、便捷，新一代的智能家庭孕育而生。家电远程控制系统作为智能家庭的核心部分，对家庭数字化的普及具有重要的现实意义。


二、本课题国内外研究的历史、现状和研究目标：
以信息家电为代表的互联网时代嵌入式产品，不仅为嵌入式市场展现了美好前景，注入了新的生命力，同时也对嵌入式系统技术，特别是软件技术提出新的挑战。这主要包括：实时操作系统的发展，支持日趋增长的功能密度、灵活的网络联接，轻便的移动应用和多媒体的信息处理。纵观嵌入式技术的发展，大致经历了以下四个阶段：
第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统，同时具有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。这种系统大部分应用于一些专业性极强的工业控制系统中，一般没有操作系统的支持，通过汇编语言编程对系统进行直接控制，运行结束后清除内存。这一阶段系统的主要特点是:系统结构和功能都相对单一，处理效率较低，存储容量较小，几乎没有用户接口。由于这种嵌入式系统使用简便、价格很低，以前在国内工业领域应用较为普遍，但是已经远远不能适应高效的、需要大容量存储介质的现代化工业控制和新兴的信息家电等领域的需求。
第二阶段是以嵌入式CPU为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统。这一阶段系统的主要特点是：CPU种类繁多，通用性比较弱；系统开销小，效率高;操作系统具有一定的兼容性和扩展性;应用软件较专业，用户界面不够友好;系统主要用来控制系统负载以及监控应用程序运行。
第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。这一阶段系统的主要特点是:嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性好；操作系统内核精小、效率高，并且具有高度的模块化和扩展性;具备文件和目录管理、设备支持、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能;具有大量的应用程序接口(API)，开发应用程序简单;嵌入式应用软件丰富。
第四阶段是以基于Internet为标志的嵌入式系统，这是一个正在迅速发展的阶段。目前大多数嵌入式系统还孤立于Internet之外，但随着Internet的发展以及Internet技术与信息家电、工业控制技术等结合日益密切，嵌入式设备与Internet的结合将代表着嵌入式技术的真正未来。
Linux是Unix类的操作系统，在源代码级上兼容绝大部分Unix标准，是一个支持多用户、多进程、多线程、实时性较好的功能强大而稳定的操作系统，它可以运行x86PC，SunSparc,DigitalAlpha，680x0，PowerPC，MIPS，ARM等平台上,它是目前运行硬件平台最多的操作系统。自从2000年2月，RedHat发布了嵌入式Linux的开发环境，Linux在嵌入式领域的潜力逐渐被发掘出来。目前，在嵌入式行业，它越来越受到各种商家的青睐。在所有的操作系统中，Linux是一个发展最快，应用最为广泛的操作系统，Linux本身的种种特性也使其成为嵌入式开发的首选。根据IDC的报道，Linux已经成为全球第二大操作系统。预计在服务器市场上，Linux在未来几年内将以25％的速度增长，中国的Linux市场更是保持40％左右的增长速度。而在Linux操作系统方面，IDC对中国在2001－2006年的市场预测发现，其市场占有率从2001年的4.47％平稳地上升到2006年的26.77％。在手机领域，摩托罗拉为扭转在Symbian阵营中的不利位置，抢占智能手机市场，早已提倡“Linux+Java”的发展思路。三星在2003年9月份推出了首款基于Linux系统平台的CDMA智能手机SCH-i519，NEC也一再强调其3G手机高端产品几乎100%会采用Linux，NEC还透露自己正在开发的手机Linux内核采用的是MontaVista的MontaVistaLinuxConsumerElectronicsEdition，并将在此基础上增加GUI系统XWindowSystem、GTK+和glibc等软件，并计划把数据处理、多媒体技术和通话技术的中间件也应用到Linux中去，以打造一个丰富的Linux手机软件平台。目前嵌入式系统正向人们的日常生活走进，在IT行业又出现新的市场机遇，在此时，LINUX以其独特的优势，成为许多商家目光关注的焦点。
目前，智能家电作为家庭信息化和智能化的关键设备，仍存在着系统复杂、开发成本高、扩展性差以及标准不统一等缺点。为了结合未来智能小区的发展需要，在分析现有解决方案的特点和不足的基础上，很有必要研究开发一种基于嵌入式Linux操作系统的通用性强、体积小、安全实用的嵌入式家庭智能系统，使得人们可以通过Internet在任何时候、任何地点对家中的电器进行远程控制、工作状态查询。


三、本课题研究的基本内容和方法：
本系统为建立嵌入式Linux系统平台，包括U-boot移植、Linux内核的裁剪移植、文件系统的制作、嵌入式Web服务器移植以及设备驱动程序等。用户可通过手机或PC机远程遥控继电器开关，控制照明设备、家用电器和安防装置。并可通过打开远程视频，观察家居电器设备状况。系统设计包括硬件设计和软设计两部分。采用S3C2410作为系统的核心处理器，通过GPIO接口与多个继电器驱动模块连接。
本论文主要的研究内容有：1、嵌入式Linux移植、裁剪；2、固态继电器模块。
3、传感器模块：温度、红外、烟雾、门磁、可燃气体；4、CGI接口驱动程序；5、GPRS模块；6、嵌入式视频web。
嵌入式Linux系统一般可分为软件系统和硬件系统两个部分,硬件系统包含控制电路、控制板，以及涵盖机械的其他附属设备。软件系统是嵌入式系统的必要部分，专门从事硬件的驱动、控制处理或界面处理，以提升硬件产品的价值，是嵌入式系统产品不可或缺的重要部分。下图描述了一个嵌入式Linux系统的常见框架：

一般而言，嵌入式硬件通常包括嵌入式微处理器（CPU）、内存（RAM）、只读存储器（ROM）、或可擦除只读存储器（EPROM）或闪存（FLASH）、电路板（PCB）、专用芯片（ASIC，如USB 芯片、局域网芯片、专用设备控制芯片）以及电阻电容等，这些硬件的核心是嵌入式微处理器。
硬件上面的就是内核，内核是操作系统的核心组件。使用内核的目的是希望以一致的方式管理硬件，以及为用户软件提供高层抽象层。和其他的类Unix 内核相似，Linux 会驱动设备、管理I/O 的存取、调度进程、共享存储空间、管理信号的配送以及处理其他管理工作。如果应用程序使用的是内核所提供的API，则应用程序可能根本不用或只需要一点修改就可以移植到此内核所支持的任何构架上。这正是Linux的优势所在，Linux 支持的所有架构上可以看到大量相同的应用程序。为了给应用程序提供它们需要的功能，内核被大致分成两个部分：低层接口层、高层抽象层，低层接口层属于硬件配置，内核运行在低层接口层之上，并以硬件无关的API（高层抽象层）提供对硬件资源的直接控制。在内核提供的低层服务之上，较高层的组件可以对所有Unix 系统提供通用的抽象概念。由于内核提供的低层API 不因架构的不同而不同，
所以较高层抽象概念的程序代码实现基本上与低下的架构无关。
内核上面是由操作系统执行的应用程序和工具程序组成的。


四、课题研究的步骤及进度安排：
12月初: 完成调研工作,编写调研报告。
12月中旬：完成相关文献检索并编写检索记录。
12月下旬：完成系统需求分析并形成分析报告。
2013年1月初：完成流程分析并形成分析报告。
1月中旬：完成问题领域分析，找出业务实体。
1月下旬：完成嵌入式Linux系统平台设计。
2月初：完成嵌入式Linux系统平台搭建。
2月中旬：系统平台开发。
2月下旬：系统平台开发。
3月初：系统测试。
3月中旬：文档整合及论文撰写。
4月份：论文撰写及修订。
5月初：论文撰写及修订。
5月中旬：论文定稿。



五、课题的成果形式：
1) 软件系统
2) 论文



六、其他有关问题或保障机制：
系统部分功能可能未够完善或者有所不足。


指导教师意见








                                  指导教师签名：               月     日


系意见
     






                                 系主任签名：              月     日                                               


学院意见






院长签名：                月     日
注:可另加附页(文字格式:宋体、小四号、1.5倍行距)