基于ARM9的WLAN接入与监控设计（智能家居）

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游戏等。

当实际构建嵌入式系统时，并不是一定需要EOS和应用编程接口。即使使用，也可以根据实际需要配置和裁剪。

1.2.4 嵌入式操作系统

嵌入式操作系统（Embedded Operation System，EOS）是一种用途非常广泛的系统软件，它过去主要是应用于工业控制和国防系统领域。嵌入式系统的全部软、硬件资源的分配与任务调度以及控制、协调并发活动都由嵌入式操作系统负责。它必须体现其所在系统的特征，能够通过装卸某些模块来实现系统所要求的功能。目前，已经拥有一些应用比较成功的嵌入式操作系统产品系列。随着Internet技术的发展、信息家电的普及应用和嵌入式操作系统的微型化和专业化，嵌入式操作系统开始从单一的弱功能向高专业化的强功能方向发展。嵌入式操作系统在应用的专用性、系统实时高效性、软件固化、以及硬件的相关依赖性等方面具有较为突出的特点。嵌入式操作系统是相较于一般操作系统而言的，它除了具备有一般操作系统最基本的功能，如中断处理、任务调度、文件功能、同步机制等外，还有以下特点：

1、可装卸性。开放性和可伸缩性的体系结构。

2、强实时性。嵌入式操作系统实时性一般较强，应用于各种设备控制当中。

3、操作简单、方便、提供友好的图形GUI，图形界面，追求易学易用。 4、统一的接口。提供各种设备驱动接日。

5、提供强大的网络功能，支持TCP/IP协议及其它协议，提供TCP/UDP/IP/PPP协议支持及统一的MAC访问层接口，为各种移动计算设备预留接口。

6、固化代码。在嵌入式系统中，嵌入式操作系统和应用软件被固化在嵌入式系统计算机的ROM中。由于辅助存储器在嵌入式系统中很少被使用，所以，嵌入式操作系统的文件管理功能应该能够很容易地被拆卸，而用各种内存文件系统。

7、强稳定性，弱交互性。嵌入式系统一旦开始运行就无需用户过多的干预，这就要求负责系统管理的嵌入式系统具有较强的稳定性。嵌入式操作系统的用户接口一般并不提供操作命令，它通过系统调用命令向用户程序提供服务。

8、良好的移植性。

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1.3 本章小结

本章中主要介绍了嵌入式系统的定义、特点和发展趋势，分析了嵌入式系统的软硬件结构，以及系统设计中将要用到的嵌入式ARM处理器和操作系统的特点。

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第二章 ZigBee技术介绍

2.1 ZigBee技术概述

2.1.1 ZigBee技术的概念与起源

ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在的方位信息，也即是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、自组织、低复杂度、低功耗、低成本、低数据速率。主要适用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜的、低功耗的近距离无线组网通讯技术。

ZigBee，在中国被译为“紫蜂”或“智蜂”，与蓝牙类似，是一种新兴的短距离无线技术。 它主要用于传感控制应用（sensor and control)。 此想法在IEEE 802.15工作组中被提出，于是成立了TG4工作组，并制定规范了IEEE 802.15.4标准。

2001年8月，ZigBee Alliance成立。 2004年，ZigBee V1.0诞生，它是ZigBee的第一个规范，但因为推出比较仓促，所以存在一些错误。2006年，推出了比较完善的ZigBee 2006。2007年底，ZigBee PRO被推出 。2009年3月，ZigBee RF4CE被推出，它具备更强的灵活性和远程控制能力 。

ZigBee的底层技术基于IEEE 802.15.4标准。 物理层和MAC层则直接引用了IEEE 802.15.4标准。

在蓝牙技术的使用过程中，人们发现蓝牙技术尽管有许多的优点，但是仍存在许多的缺陷。对工业、家庭自动化控制和工业遥测遥控领域而言，蓝牙技术显得太复杂，组网规模太小、功耗大、距离近等。可是工业自动化，对无线数据通信的需求越来越强烈，所以，对于工业现场，这种无线数据传输必须具有高可靠性，并且能够抵抗工业现场的各种电磁干扰。所以，在经过人们的长期努力之后，ZigBee协议于2003年正式问世。另外，ZigBee使用了在它之前所研究过的面向家庭网络的通信协议Home RF Lite。

长期以来，低价、短距离、低传输率、低功率的无线通讯市场一直都存在着。自从蓝牙技术出现以后，曾让家用自动控制、工业控制、玩具制造商等业者雀跃不已，

但是蓝牙技术的成本一直很高，严重影响了这些厂商的使用意愿。如今，这些业者都已参加了IEEE802.15.4小组，负责制定ZigBee的物理层和媒体介质访问层。

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IEEE802.15.4规范是一种经济、高效、低数据速率（<250kbps）、工作在2.4GHz和868/928MHz的无线技术，用于个人区域网和对等网络。它是ZigBee应用层和网络层协议的基础。ZigBee是一种新兴的近距离、低数据速率、低复杂度、低功耗、低成本的无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。主要用于近距离无线连接。它依据802.15.4标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需很少的能量，通过无线电波以接力的方式将数据从一个网络节点传到另一个网络节点，因此它们的通信效率非常高。

2.1.2 ZigBee技术的特点

作为一种新兴的无线通信技术，ZigBee技术之所以能够得到快速的发展和推广，在于它本身的许多技术特点相对于其他的无线传输技术而言具有很大的优势。ZigBee技术的特点主要包括如下内容：

1、功耗低：因为工作时间短、收发信息功耗低并且采用了休眠模式，就使得ZigBee节点非常省电，工作时间可以长达6个月至2年左右。

2、数据传输可靠：ZigBee的媒体接入控制层（MAC层）采用talk-when-ready的碰撞避免机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息，从而避免了发送数据时的竞争和冲突。

3、时延短：通信时延和从休眠状态恢复到正常工作状态的时延都做了相应的优化，时延比较短。

4、网络容量大：一个ZigBee的网络最多包括有255个网路节点，其中一个是主控（Master）设备，其余则是从属（Slave）设备。若是通过网络协调器（Network Coordinator），整个网络最多可以支持超过64000个ZigBee网路节点，再加上各个网络协调器可互相连接，整个ZigBee网络节点的数目将十分可观。

5、安全性：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，在数据传输中提供了三级安全性。

6、兼容性：ZigBee技术与现有的控制网络标准无缝集成。通过网络协调器（Coordinator）自动建立网络，采用载波侦听/冲突检测（CSMA-CA）方式进行信道接入。为了可靠传递，还提供全握手协议。

7、实现成本低：模块的初始成本估计在6美元左右，很快就能降到1.5-2.5美元，并且ZigBee协议免专利费用。目前低速低功率的UWB芯片组的价格至少为20美元，而ZigBee的价格目前仅为几美元。

8、ZigBee网络的自组织和自愈功能强：不需要人工干预，网络节点能够自动感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络；而且当网络内节点产生故障或节点位置发生变动时，网络都能够自我修复，并对网络拓扑结构进行相应地调整，保证整个系统的正常工作。

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