1 引言

伴随着21世纪的曙光，计算机迈入了其另一个充满机遇的阶段—后PC时代。不知不觉中，市场上越来越多的消费者开始接受嵌入式系统的数字化产品，如:像手机、PDA、车载GPS系统、数控机床、网络冰箱等。它们功耗低，功能强。而反观在我们现今的现场监控设备或者是传统的单片机，它们功能薄弱，开发难度大，或者是工控机，他们与PC类似，体积庞大，价格昂贵。这些与消费市场上的功能强大的嵌入式系统的发展是不相称的，因此本文提出了一种搭建嵌入式监控工作站的快速方法。

2 嵌入式系统结构

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及应用程序四个部分组成。下面我们依次介绍:
2.1 嵌入式硬件
近些年来，随着微电子技术和信号处理技术的发展[1>，出现了许多性能优良的嵌入式硬件，例如:
* 全美达(Transmeta)公司Crusoe处理器
Crusoe Special Embedded(特别嵌入，SE)处理器是Transmeta现有Crusoe 5500和5800微处理器的一种版本，它经受了24小时的高温老化(burn-in)测试过程，可以在100℃的温度下工作10年。Transmeta保证五年的供货和支持。该处理器小体积和低功耗的特点使其颇具优势。其标准的667MHz CPU消耗功率为6.1瓦，低功耗版本消耗5.1瓦。是嵌入式微处理器的理想选择。
* National semiconditong的geode系列gx1,gx2
尤其是最新的gx2,与其协同芯片Geode CS5535搭配，便能为资讯家电产品提供完整的解方案，其功能特色包括:嵌入式SDRAM 双倍资料传输率(DDR)记忆体控制器、延伸图像处理支援、4个(USB)以及一嵌式IDE控制器。Geode GX2是目前专为资讯家电所的处理器中耗电量最低的产品，其耗电量只有业界目前其他X86架构同级处理器的一半。Geode GX2能大幅降低功率等级与耗电量，主要是得利于美国国家半导体革命性的GeodeLink?系统架构、分段式硬件功率周期与降压处理。Geode GX2处理器加上协同芯片后的标准耗电量低于2瓦特，而在串流媒体的应用上，即使加上协同晶片，整体耗电量也只需要3W。
* Via公司的eden处理器
EDEN的全称是嵌入式系统平台(embeded system p.latform),via的eden平台包括了低功耗、高性能的第六代处理器核心，高整合度的北桥芯片以及vt8231南桥芯片。基本的eden平台已内嵌AGP 2x/4x的3d绘图加速核心，与输出入控制，网络支持及多媒体音效功能，而客户还可根据市场需求，弹性的选择外围芯片产品，进一步增强usb2.0,高速网络连接等应用功能，其平台耗电量为6瓦无需风扇，有完整的操作系统支持。
2.2 嵌入式硬件外围扩展结构
现今的嵌入式体系结构主要以pc-104总线结构居多。这是一种十分紧凑(90x90mm)、自栈式、模块化的结构。这种总线结构在硬体和软体上，与标准台式机pc(pc/at)体系完全兼容，可以利用丰富的台式机软件资源，这包括操作系统、驱动程序、功能库和开发工具，从而将大大降低开发成本，减少风险及缩短开发周期。
2.3 嵌入式操作系统
现今嵌入式操作系统有许多，真正有影响的有Vxwork,Linux,Win CE。Vxwork功能强大，但其使用费用实在是太高，且开发环境复杂。而Linux虽然是免费的，但市场出现的Linux版本实在太多，无法主推一个比较完善，标准的Linux解决方案，缺乏强有力的商业公司的推动，无法提供长期的服务保证和获得广大硬件厂商的支持。而由微软(Microsoft)推出的嵌入式操作系统Win CE4.2，在现今的嵌入式系统大战中越来越突出。其主要特点如下[2>:
* 功能界面美观 Windows窗口，用户熟悉，方便易用;
* 改进的实时操作系统内核 最小配置可小至200KB，可以满足工业设备实时性的要求;
* 编程方便 与Windows API的良好衔接，使Windows 编程人员可以很快进入CE编程，降低开发成本、缩短投放市场时间;
* NET Compact Framework 实现硬件与操作系统无关性;
* 集成ipv6 提供无限、低廉但先进的网路和应用系统;
* 开放源代码 2003年4月9日,MS公司公开Windows CE操作系统软件部分源代码，以反击免费软件Linux;
* 最后一点，微软公司强大的技术创新能力和市场开拓能力。提供长期的服务保证和技术支持能力
2.4 应用程序
应用程序的开发我们选用北京昆仑通态自动化软件科技有限公司MCGS嵌入版组态软件。MCGS嵌入版组态软件是针对Windows CE实时多任务操作系统的组态软件。用户只需要通过简单的组态就可构造自己的应用系统，从而将用户从繁琐的编程中解脱出来，使用户在使用嵌入式系统时更加得心应手。MCGS嵌入式体系结构分为组态环境和运行环境两部分，组态环境相当于一套完整的工具软件，在PC机上运行，用简单的模块化设计帮助用户构造自己的应用系统，组态好的应用系统通过以太网或串口下载到嵌入式操作系统Windows CE中实时运行。嵌入版组态软件的按功能剪裁的特性，以及其内嵌的实时多任务操作系统，可以在保证整个嵌入系统小体积、低成本、高实时性、高可靠性的同时，方便不具备嵌入式软件开发经验的用户在极短的时间内，用嵌入版组态软件快速开发完成一个嵌入式应用系统，缩短嵌入式产品进入市场的速度。

3 应用系统开发

我们的工程是一个智能家居的远程监控系统，通过它能实现以下功能:
(1) 对电气设备的控制和管理:能远程控制灯、热水器以及空调等电气设备;
(2) 家居安全:家庭内部出现的紧急情况(如盗抢和火灾 )能自动向主人手机或物业管理中心报警。家庭成员的医疗求助信息能远传到社区医疗中心。
(3) 能源管理:三表自动显示并将数据抄送到物业管理中心,免除物业人员的入室干扰，定时开关供暖通路及天然气,节约费用和保证安全。
3.1 系统硬件
系统硬件我们经过考虑采用台湾研华科技公司的嵌入式工控主板PCM-3350和PCM-3618多串口卡，PCM-3350是一块96mm x 90mm英寸的基于pc-104总线结构的主板，体积最小，但在功能上却具备了一台完备的电脑所要求的所有功能。内置美国国家半导体公司的Embedded Low power Geode GX1-233 MHz processor，自带10/100Base-T 网卡。板载 LCD 控制器支持 36 位图像，带有2个串口和1个并口、1个软驱接口、1个CF卡电子盘接口和1个IDE接口，主板功耗小于10W，由于本用户系统外界设备较多，所以又选用一块基于PC-104总线，有4个标准的RS232串口的PCM-3618多串口卡。
系统配置方式是将3618插到3350主板上，设置好3618的中断和基地址，然后用WIN CE的开发平台Plateform Builder 4.2来进行相应的CE操作系统配置>，由于微软提供的标准串口驱动不支持多串口共享中断，而系统又没有足够的中断供多串口使用，所以必须开发相应的可共享中断的多串口驱动。有了串口驱动，将其加入Plateform Builder 4.2的用户组件库中，然后再相应的加入显卡，并口，USB，鼠标键盘驱动,以及一些应用服务如:MFC类库，硬盘驱动,USB各功能模块(打印，存储等)，加入触摸屏用于现场人机交互，加入Web server用于远程网络访问，加入局域网上网，拨号上网功能。这些都确定后，然后配置相应的内存和上面各种功能的相应注册表键值，然后编译操作系统镜像，下载，进行相应的操作系统功能测试就可以了。
3.2 用户工程
通过MCGS嵌入版组态软件在上位机来对用户工程进行组态，用户工程各个功能的实现通过如下实现:
(1) 对电气设备的控制和管理, 通过mcgs软件的model远程拨号来控制灯、热水器以及空调等电气设备的开关状态。采用研华4060模块来控制各个器件的开关状态，组态过程中加入4060模块驱动，加入modeml设备，设定远程拨号的一些信号指令，用这些信号通过modeml作用到工作站，工作站分析这些信号，发出相应的控制信号来控制4060模块的输出信号来间接控制各个电器状态。以次实现诸如在炎热的夏天可以在到家前的半小时打开空调，等一回到家里就可以享受到舒适的家居生活。
(2) 家居安全,通过家庭内部的实时信号采集监控设备来实时监控家庭内部各个环境信号，然后通过mcgse软件的网络数据同步将数据同步到物业管理中心的远程监控计算机上。在远程计算机上运行我们的mcgs通用版组态软件，组态时设置好各个设备的报警参数。实际运行时它可对下位机同步过来的数据进行分析、统计，如果有异常数据可立即进行报警。如此，物业管理中心就可以实现远程监控家居情况。
(3) 能源管理,通过用户工程对各种智能电表、智能水表参数等智能设备进行通讯，对采集的数据进行统计，并定期将数据同步到物业管理中心的远程监控机上，从而实现远程抄表。此外，当用户该交水费、电费等费用时，物业管理中心亦可通过其远程监控机向用户的工作站下位机发送相应信号进行报警，提醒用户。实现高效的能源管理。
本系统功能结构图如如图1所示:

开发结束后，通过网线将工程直接下载到PCM-3350的CF卡电子盘上即可。系统启动后自动进入运行工程。

4 结束语

本文简单介绍了嵌入式系统软硬件的最新进展，并结合MCGS嵌入版组态软件的功能，对其在智能家居中的应用进行了阐述，此方法构造的系统模块集成度高，体积小，可靠性高，在智能家居工程中有很好的应用。