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随着数字家庭网络技术的发展,人们对于住宅的舒适、方便和效率的要求越来越高。家庭网关是家庭内网和外网这两个网络的连接点,作为数字家庭网络的核心部件,将直接影响到家庭网络的性能。
本文从家庭网关的实际需求出发,结合家庭网关的技术现状,运用SOPC技术、互联网技术和蓝牙技术等,对家庭网关的实现方案和相关技术开展研究。
首先,本文阐述了家庭网关相关技术和研究现状,分析和研究了数字家庭网络的基本需求和功能,在此基础上,应用基于NiosⅡ的SOPC技术,提出了一种基于家庭网关的远程监控模型,并给出了家庭网关的总体设计方案。该方案以基于NiosⅡ的SOPC技术为核心,构建家庭网关的软硬件系统,充分发挥了FPGA的可编程特性和IP核的易移植等特点,有效弥补了传统嵌入式网关的兼容性差、不易移植的缺陷,对家庭网关的设计与开发作了有益的探讨。
然后,在对Altera公司提供的NiosⅡ软核以及开发工具的学习和研究的基础上,开展了家庭网关相关IP核的设计与整合,实现了NiosⅡ处理器系统的设计和各类接口电路的设计,建立了家庭网关的微处理器平台;以ROK101007蓝牙模块和RTL8019AS以太网模块作为网关的内网和外网接口,应用QuartusⅡ和SOPCBuilder设计工具完成了家庭网关硬件平台的构建,同时给出了各模块在Modelsim中的仿真测试结果,并在实验开发平台上得到了验证。
接着,基于硬件抽象层系统库(HAL)规范,探讨了基于NiosⅡ的软件平台的构建技术和方法,并详细阐述了网关软件平台中的启动程序设计、设备驱动程序设计、μC/OS-Ⅱ内核的移植和配置以及LwIP协议栈的配置等,实现了家庭网关的软件平台构建。
最后,基于上述软硬件平台,应用HTTP协议、CGI技术,编程实现了HTTP服务器与客户端的动态交互,从而实现家庭网关的远程控制功能;针对蓝牙模块,本文提出了静态映射表+动态更新的机制,在蓝牙模块通信任务内部设计了蓝牙家电映射表,实现家庭网关与各家电设备的通信;应用μC/OS-Ⅱ操作系统的软件开发技术,完成了应用软件的设计。设计的网关在康草科技有限公司的FPGA/SOPC开发平台上得到了验证,实验结果表明,本文设计的网关基本达到了预期目标,对家庭远程控制系统的开发有一定的参考价值。
综上所述,本文主要研究了FPGA嵌入NiosⅡ软核的家庭网关实现技术,对于SOPC技术用于数字家庭网络的建设具有一定的指导意义和参考价值。