目前的信息家電還處在初級階段,，信息家電的標準還未確定,，對其的研究也還未有突破性的進展。另外,，隨著以PC為中心拓展出來的各種家庭數(shù)字產(chǎn)品開始浮出水面,，在未來的數(shù)字家庭中，PC作為家庭應用的控制中心的地位將越來越受到重視,。

　　本文利用SX52單片機和外圍擴展模塊模擬信息家電,，利用PC模擬家庭網(wǎng)關(guān)，從而成功搭建了一個模擬家庭網(wǎng)關(guān)和信息家電交互的平臺,。這種利用一個單片機集成系統(tǒng)對信息家電進行模擬為研究信息家電的內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)以及家庭網(wǎng)關(guān)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。

創(chuàng)新點：本文描述了利用SX52為主芯片,，通過擴展外圍電路和軟件模塊模擬信息家電的通用方法,，并以模擬電風扇做了具體實現(xiàn)，為后續(xù)對信息家電和家庭網(wǎng)關(guān)的研究提供了基礎(chǔ)實驗平臺,。

　　2 信息家電

　　信息家電是所有能夠通過網(wǎng)絡(luò)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(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)集成在電冰箱、洗衣機等傳統(tǒng)家用電器上并以此為基礎(chǔ)建立家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,，信息家電具有以下特點：

　?。?）相互之間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(luò)化,；

　?。?）能夠遵循一定的協(xié)議，通過家庭網(wǎng)關(guān)或直接與外部網(wǎng)絡(luò)進行信息交互,；

　?。?）與用戶雙向交流，功能單一集中并且便于學習,，使用簡單,；

　　（4）信息家電應該具有實時化,，數(shù)字化與智能化的特點,；

　?。?）應用嵌入式操作系統(tǒng)。其內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)可用下圖表示：

　　其中虛框顯示的嵌入式操作系統(tǒng)層,，在今后隨著信息家電產(chǎn)品功能的增多增強,，使用嵌入式操作系統(tǒng)是一種必然趨勢，本文在單片機上實現(xiàn)模擬系統(tǒng)就沒有采用嵌入式操作系統(tǒng),，這樣極大地節(jié)省了資源和費用,。

　　3 家庭網(wǎng)絡(luò)與家庭網(wǎng)關(guān)

　　家庭網(wǎng)絡(luò)借助現(xiàn)有的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將家庭內(nèi)各種家電和設(shè)備連網(wǎng),，通過網(wǎng)絡(luò)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(wù),。實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)與外部信息的交換需要設(shè)計一個理想的家庭網(wǎng)關(guān),。家庭網(wǎng)關(guān)是一種簡單的、智能的,、標準化的,、靈活的整個家庭網(wǎng)絡(luò)接口單元，它可以從不同的外部網(wǎng)絡(luò)接收通訊信號,，通過家庭網(wǎng)絡(luò)傳遞信號給某個消費設(shè)備,。家庭網(wǎng)關(guān)應具備的兩個主要功能是：（1）作為家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)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(wù)的平臺,。

　　家庭網(wǎng)關(guān)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(guān)，它將提供一個最有效的橋接外部網(wǎng)絡(luò)和家庭網(wǎng)絡(luò)或設(shè)備的解決方案,。

　　4 嵌入式Web服務(wù)器

　　嵌入式Web服務(wù)器（EmbeddedWebServer,EWS）是指將Web服務(wù)器引入到現(xiàn)場測試和控制設(shè)備中,，在相應的硬件平臺和軟件系統(tǒng)的支持下，使傳統(tǒng)的測試和控制設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)榫邆淞艘訲CP/IP為底層通信協(xié)議,，Web技術(shù)為核心的基于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)測試和控制設(shè)備,。EWS系統(tǒng)與傳統(tǒng)的Web應用相比，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu),，將信息采集和信息發(fā)布都集成到現(xiàn)場的測控設(shè)備中,。由于有了標準的接口形式和通信協(xié)議，內(nèi)嵌于設(shè)備的Web服務(wù)器可以向任何接入它所在網(wǎng)絡(luò)的合法用戶提供統(tǒng)一的基于瀏覽器方式的操作和控制界面,，瀏覽器成了設(shè)備的前端控制板,。由于Web技術(shù)的開放性和獨立平臺特性，大大降低了軟件系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的設(shè)計,、維護工作量,，節(jié)省了人員培訓費用等，提高了現(xiàn)場測試和控制設(shè)備的管理水平,。

　　5 硬件選型

　　5.1 SX52的優(yōu)勢

　　用單片機實現(xiàn)嵌入式互聯(lián)網(wǎng)方案的技術(shù)難點是：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。目前解決這個問題有兩種方案：一種是PC網(wǎng)關(guān)+專用網(wǎng),，缺點是要增加布線和第三方協(xié)議轉(zhuǎn)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(luò)協(xié)議比采用集成網(wǎng)絡(luò)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(luò)控制更具其獨特優(yōu)勢,，主要體現(xiàn)在：

　?。?）速度快，在100MHz頻率下能達到100MIPS;

　?。?）現(xiàn)成的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模塊供套用,，可以通過虛擬外設(shè)功能來運行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，例如TCP,、IP,、HTTP以及SMTP等；

　?。?）強大的虛擬外設(shè)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(qū)動普通的I/O口來模擬外設(shè)的功能,，比如UART,、SPI、IIC和FSK等,。采用其成功的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模塊和一些適用于小型嵌入系統(tǒng)的做法構(gòu)筑現(xiàn)場控制Web服務(wù)器是最明智的做法,。

　　5.2 SX52主要模塊功能特點

　　5.2.1 CPU模塊（包括在線下載ISP電路）

　　此模塊實現(xiàn)開發(fā)系統(tǒng)板的系統(tǒng)控制，并實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口控制,，主要包含SX52BD,、24C256。

　　SX52BD開發(fā)系統(tǒng)板主CPU,它是UBICOM公司生產(chǎn)的一款RISC指令集的高速8位單片機,，片上帶有4K×16位的Flash存儲器和262×8位的RAM,。由于采用CPU并行流水線方式及單時鐘周期指令，在100MHz晶振驅(qū)動下指令執(zhí)行速度可達100MIPS,。這款單片機以其優(yōu)異的性能,，可以廣泛應用在需要網(wǎng)絡(luò)支持的場合,，尤其適合于需要網(wǎng)絡(luò)遠程控制或遠程監(jiān)控的應用中。開發(fā)系統(tǒng)板所實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（IP,、ARP,、DHCP、UDP,、TCP,、HTTP、SMTP）就是通過此芯片實現(xiàn)的,。

　　EEPROM器件24C256用于存儲網(wǎng)頁內(nèi)容,，主CPU通過I2C總線訪問24C256,其中存儲的網(wǎng)頁內(nèi)容通過主CPU的讀寫操作可以實現(xiàn)網(wǎng)頁的瀏覽、重新下載和更新,。

　　5.2.2 網(wǎng)絡(luò)接口模塊

　　此模塊實現(xiàn)了兩種網(wǎng)絡(luò)接口方式：以太網(wǎng)接口和調(diào)制解調(diào)器接口,，主要包含RTL8019AS、以太網(wǎng)收發(fā)濾波器芯片,、MAX232等,。

　　5.2.3 用戶試驗區(qū)模塊

　　主CPU的信號引腳都已經(jīng)連接到用戶試驗區(qū)的周圍，有5組共40條信號線,。開發(fā)使用人員可以在試驗區(qū)利用這些信號進行相應的外圍電路擴展試驗,。

　　5.2.4 調(diào)試、仿真和下載模塊

　　開發(fā)系統(tǒng)板上有調(diào)試,、仿真和下載接口,。通過CPU模塊中的SIP4針插座（SX-KEY），配接UBICOM公司提供的“SXKEY”

　　仿真頭與此插座相連,，就可以實現(xiàn)在線式系統(tǒng)的仿真（包括單步,、斷點等功能）、調(diào)試,、和程序ISP方式編程下載,。

　　6 模擬系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

      6.1 添加外圍硬件電路

　　本文選擇PC機和SX52作為模擬實現(xiàn)信息家電和家庭網(wǎng)關(guān)交互的平臺是非常合適的，因為我們利用其用戶試驗區(qū)模塊擴展外圍模塊電路（如電風扇遙控模塊）模擬信息家電,，以實現(xiàn)通過遠程終端（Web瀏覽器或者專用控制客戶端）對信息家電的控制,，本文只討論利用嵌入式Web服務(wù)器，通過Web頁面的方式實現(xiàn)對家電的遠程控制這一方式,。在板上添加了電風扇遙控發(fā)射電路（主芯片CS5104）,，由主CPU直接控制，能夠?qū)崿F(xiàn)對電風扇的遙控功能,，同時為了了解開發(fā)系統(tǒng)遙控效果,，還添加了遙控接收電路（主芯片CS8206），可以響應發(fā)射電路的遙控信號,。還添加了遙控接收端狀態(tài)LED（12只）用于顯示電風扇狀態(tài),。硬件構(gòu)成框圖如圖2所示,，本文只給出包含電風扇模塊的框圖，添加其它模塊類似,。

　　6.2 軟件的設(shè)計與實現(xiàn)

　　通過瀏覽器的web頁面控制信息家電,，首先要定義控制協(xié)議，讓從網(wǎng)關(guān)發(fā)送過去的信息能夠被家電接收解釋并能執(zhí)行正確的操作,，系統(tǒng)工作流程如下：

　?。?）開發(fā)系統(tǒng)板上電后初始化主芯片及各外圍芯片,。

　?。?）打開PC機瀏覽器，輸入http://10.1.1.20/index.htm,由瀏覽器發(fā)出的連接嵌入式Web服務(wù)器請求經(jīng)過開發(fā)板上的RTL8019AS,再經(jīng)SX52解釋后在其控制下把讀取請求發(fā)送至存儲網(wǎng)頁的24C256,24C256根據(jù)SX52發(fā)送過來的命令取出網(wǎng)頁后通過RTL8019AS送至PC的瀏覽器,，即打開遠程控制端如圖3所示,。

　　（3）選擇圖3中的“速度”再點擊“確定”,，啟動開發(fā)板上的電風扇模塊,，然后根據(jù)需要點擊前面的選項控制風扇，瀏覽器就將控制信息通過網(wǎng)線傳給RTL8019AS,再經(jīng)SX52解釋轉(zhuǎn)化為控制命令發(fā)送給電風扇遙控發(fā)射芯片,，該芯片發(fā)送遙控信號遙控接收電路通過相應的LED顯示,，從而響應控制請求。最后通過觀看控制界面上燈的狀態(tài)與開發(fā)板上相應LED顯示是否相符,，從而檢驗模擬系統(tǒng)運行成功與否,。

　　由于考慮到單片機的處理能力，定義單個字符傳遞控制信息不僅可以節(jié)省資源,，而且可以縮短響應時間,，滿足更高的實時性要求。以對電風扇模塊的模擬為例,，通過網(wǎng)頁發(fā)送給網(wǎng)關(guān)的控制協(xié)議具體實現(xiàn)如下：用'e'代表關(guān)閉,，'f'代表定時，'g'代表風速/啟動,，'h'代表工作模式,，'i'代表搖頭。每選擇一個選項,，按“確定”后,，就發(fā)送一次上面相應字符給信息家電（SX52），后面相應的燈就按已經(jīng)定義好的規(guī)律變亮或是變暗,。

　　代碼添加和修改,，再按以下的步驟完成最后的工作：

　　（1）制作控制頁面,，實現(xiàn)以上協(xié)議,，并顯示電風扇的控制狀態(tài)信息,，頁面外觀如圖3所示。然后計算該頁面的大小,，利用SX52特有的哈希函數(shù)計算出URI,。

　　（2）修改Eth_my3.src源文件中開發(fā)板IP地址值,，URI值等,，裁剪掉DHCP、SMTP等模塊,，添加電風扇初始化代碼,、中斷代碼和協(xié)議轉(zhuǎn)化模塊。

　?。?）利用匯編/編程器軟件SXKey52.exe將文件e2file3ttm1.

　　src下載到開發(fā)系統(tǒng)板,，然后利用PC上運行的裝載程序E2File.

　　exe將網(wǎng)頁裝載到EEPROM中，再次利用SXKey52.exe將網(wǎng)頁服務(wù)器程序Eth_my3.src下載到開發(fā)系統(tǒng)板,，最后打開PC上的瀏覽器,，在地址欄輸入http://10.1.1.20/index.htm就可以看見如圖3所示的界面，通過該界面可以對開發(fā)板上的電風扇硬件電路進行控制,。

　　7 小結(jié)

　　本文從研究信息家電內(nèi)部結(jié)構(gòu)和家庭網(wǎng)關(guān)出發(fā),，選擇高性能的8位SX52單片機集成系統(tǒng)并進行軟硬件裁剪，成功地利用外圍硬件電路和虛擬外圍及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件虛擬模塊,，搭建了模擬信息家電的平臺,，為進一步研究家庭網(wǎng)關(guān)和信息家電內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及二者之間的功能分配和通信協(xié)議打下了堅實的基礎(chǔ)。