基于Linux2．6．24內(nèi)核的WSN多頻段網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)目前物聯(lián)網(wǎng)感知層無(wú)線通信協(xié)議種類眾多、組網(wǎng)方式多樣的問(wèn)題，本文采用32位ARM920T芯片S3C2440A，移植Linux2．6．24內(nèi)核，結(jié)合3G網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)設(shè)計(jì)了一種多頻段網(wǎng)關(guān)。通過(guò)以太網(wǎng)或者移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，各頻段網(wǎng)關(guān)監(jiān)控了多個(gè)頻段的無(wú)線傳感器子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行情況。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；網(wǎng)關(guān)；Linux；點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議

引言
目前，物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IOT)正呈現(xiàn)飛速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。本文介紹一種無(wú)線多頻段WSN網(wǎng)關(guān)，可通過(guò)以太網(wǎng)或者移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控多個(gè)頻段的無(wú)線傳感器子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行情況。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在感知層采用4個(gè)頻段的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。各頻段子網(wǎng)通過(guò)一個(gè)多頻段網(wǎng)關(guān)裝置接入到網(wǎng)絡(luò)層。用戶可以通過(guò)監(jiān)控終端監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，監(jiān)控終端既可以是固定的PC機(jī)，也可以是移動(dòng)的3G設(shè)備。同時(shí)，網(wǎng)關(guān)還具備良好的擴(kuò)展性，網(wǎng)關(guān)可以同時(shí)接入多個(gè)頻段的WSN網(wǎng)絡(luò)。多頻段WSN網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2 網(wǎng)關(guān)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
網(wǎng)關(guān)的主控制單元采用ARM9芯片S3C2440A，主頻400 MHz，外擴(kuò)64 MB SDRAM、64 MB NAND Flash。微處理器的外設(shè)數(shù)據(jù)控制器(PDC)向串行外設(shè)提供DMA通道，使其與片內(nèi)以及片外存儲(chǔ)器讀寫傳輸數(shù)據(jù)時(shí)不經(jīng)過(guò)處理器。
網(wǎng)關(guān)3G網(wǎng)絡(luò)接入端采用USB接口，實(shí)現(xiàn)與3G網(wǎng)絡(luò)的通信；無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)接入端分別是2．4 GHz子網(wǎng)接入模塊、780 MHz子網(wǎng)接入模塊、470 MHz子網(wǎng)接入模塊和433 MHz子網(wǎng)接入模塊，各子網(wǎng)模塊都是通過(guò)串口實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)關(guān)主控制單元的通信。以太網(wǎng)控制部分整個(gè)網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

2．1 多頻段無(wú)線傳感網(wǎng)子網(wǎng)接入部分
由于S3C2440A芯片自身只有3通道的串口。而4個(gè)頻段的子網(wǎng)接入模塊都是采用串行通信接口，ARM9芯片本身不能滿足本系統(tǒng)需求，所以需要利用外圍擴(kuò)展芯片，設(shè)計(jì)串口擴(kuò)展電路來(lái)滿足系統(tǒng)的需求。本設(shè)計(jì)采用TI公司的TL16C554A芯片，通過(guò)并行數(shù)據(jù)線和地址線擴(kuò)展出來(lái)4路全功能串口。
TL16C554A芯片是8位數(shù)據(jù)寬度，TL16C554A的D0～D7引腳與ARM9芯片直接相連，讀寫信號(hào)是直接連接的。TL16C554A的引腳INA、INTB、INTC、INTD分別接在主控制芯片的引腳INT0、INT2、INT3、INT4，這樣擴(kuò)展的各通道串口就能通過(guò)中斷獨(dú)立地工作。
將S3C2440A的地址線A0～A3與TL16C554A的A0～A3直接相連，S3C2440A的nGCS2作為譯碼器74LS139的片選信號(hào)。74LS139的輸入端分別接地址線A4～A5。根據(jù)譯碼器譯碼，實(shí)現(xiàn)地址分配，再通過(guò)ARM芯片地址映射。外擴(kuò)的4通道串口的物理地址為
通道A——0x10000000～0x10000008
通道B——0x10000010～0x10000018
通道C——0x10000020～0x100000028
通道D——0x10000030～0x10000038。
主控制芯片通過(guò)訪問(wèn)這些地址就能訪問(wèn)外部寄存器，即TL16C554A芯片片內(nèi)寄存器地址。多頻段子網(wǎng)接入部分接口電路如圖3所示。