CN102201955A - 家庭智能终端系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用嵌入式技术的家庭智能终端系统，在EOC头端融合网络接入、控制、视频解码功能，实现一个家庭智能网关，实现各个终端的控制，承载VOIP(Voice over Internet Protocol，互联网电话)、IPTV(InternetProtocol Television，交互式网络电视)等三网融合业务的功能，并为家居安防留有接口，形成无缝多种有线、无线接入，家庭综合信息管理、多媒体处理中心，为消费者提供娱乐、信息以及可扩展家用电器的智能控制等服务。

Description

家庭智能终端系统

技术领域

本发明涉及一种实现家庭网络与外部公共网络互联的智能终端系统，是一种基于嵌入式技术，研发符合AVS(Audio Video coding Standard，数字音视频编解码标准)，面向三网融合的家庭数字终端，该终端接受EPON(EthernetPassive Optical Network，以太网无源光网络)下行的AVS模拟与数字信号，对AVS进行解调与解码，将信号传输到电视、电脑、以及家用电器。本发明的核心在于实现一个家庭智能网关，并实现各个终端的控制，承载VOIP(Voice overInternet Protocol，互联网电话)，IPTV(Internet Protocol Television，交互式网络电视)等三网融合业务的功能，并为家居安防留有接口，属于三网融合嵌入式技术领域。

背景技术

随着通信行业的快速发展，人们对通信的要求已不仅限于单一的语音信息交流，更青睐于享受语音、数据、图像的综合信息服务。这种多形式信息将带给人们自然、生动、真切和有效的交流方式。三网融合与数字家庭正是在这种市场需求背景下应运而生的。

三网融合是指高层业务应用的融合，其表现为电信网、计算机网和有线电视网技术上趋向一致；网络层上可以实现互联互通，形成无缝覆盖；业务层上互相渗透和交叉；应用层上趋向使用统一的协议；在经营上互相竞争、互相合作，朝着向用户提供多样化、多媒体化、个性化服务的同一目标逐渐交汇在一起，行业管制和政策方面也逐渐趋向统一。

数字家庭是为了在家庭内部构建互联网络，将公共网络的功能和应用延伸到家庭，并以有线网络或无线网络连接各种信息终端，如家电、PC(个人计算机)等，提供集成的话音、数据、多媒体、控制和管理功能，达到信息在家庭内部终端之间及其与外部公网的充分交流和共享。

智能终端是数字家庭的核心。数字家庭，基本上可以概括为“一个核心，两张大网，N个终端”，即以智能终端(家庭智能网关、或多媒体中心、或家庭服务器为核心)，使用有线和无线两种不同的联网方式，实现计算、通信、消费电子产品N个终端设备的互联互通和内容共享。

智能终端是实现家庭网络与外部公共网络互联的关键。它主要完成家庭内部网络各种不同通信协议之间的转换和信息共享，以及同外部通信网络之间的数据交换功能，同时网关一般还负责家庭智能设备的管理和控制。通过家庭智能网关可以对家庭内部网络中的家电、门窗等进行中央监控和远程监控，可以随时随地监视家中的安全情况，可以自动报警等。人们可以通过使用远程监控软件，在离家很远的地方通过Internet(英特网)远程地操作和控制家用电器。通过家庭智能网关，水、电、煤气表可以进行自动抄表和自动结算，而省去烦琐的人工抄表。

当前的智能终端的功能没有实现家庭娱乐、信息服务、家电控制三大功能的融合，各自功能相对单一。并且，目前数字家庭的发展还处于市场导入期，没有完整的数字家庭体系结构解决方案

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种家庭智能终端系统，其可以解决当前的智能终端的功能单一，没有实现家庭娱乐、信息服务、家电控制三大功能的融合，以及目前数字家庭的发展还处于市场导入期，没有完整的数字家庭体系结构解决方案的问题。

为了解决上述的技术问题，本发明的技术方案是：一种家庭智能终端系统，通过EOC头端融合网络接入、控制、视频解码实现智能网关功能，本发明终端系统主要分为五层：

应用层，完成友好的图形化用户界面，包括信息浏览、电子邮件和网络游戏现代网络的基本功能，同时还设计有家电及家庭环境监控界面，使用户可以通过设备对家中的电器进行远程的状态查询和控制；还提供VOIP、IPTV、家电及家庭环境组态功能。

中间件层，应用层必要的支撑元素，应用技术包括：嵌入式Windows CE下的多媒体中间件、因特网协议栈、嵌入式数据库管理系统、汉字及英文字符输入法中间件、即插即控协议栈。

嵌入式操作系统层，选用嵌入式Windows CE，完成嵌入式应用的任务调度和控制等核心功能，实现基本的IP协议，实现应用架构中的网络接入层与TCP/IP协议栈，其包括内核模块、文件系统模块、设备管理模块、图形窗口和事件子系统模块以及通信接口模块。

硬件抽象层BootLoader，用于操作系统启动加载程序。

智能终端硬件，嵌入式操作系统和应用程序运行的硬件平台。

本发明采用嵌入式技术，在EOC(Ethernet over Coax，通过同轴电缆传输以太网数据)头端融合网络接入、控制、视频解码功能，实现一个家庭智能网关，实现各个终端的控制，承载VOIP(Voice over Internet Protocol，互联网电话)、IPTV(Internet Protocol Television，交互式网络电视)等三网融合业务的功能，并为家居安防留有接口，形成无缝多种有线、无线接入，家庭综合信息管理、多媒体处理中心，为消费者提供娱乐、信息以及可扩展家用电器的智能控制等服务

本发明的优点在于：

1.本发明基于嵌入式技术开发的家庭数字终端系统面向三网融合、符合AVS(Audio Video coding Standard，数字音视频编解码标准)，能够接受EPON下行的AVS模拟与数字信号，对AVS进行解调与解码，将信号传输到电视、电脑、以及家用电器，能够同时满足用户对模拟信号和数字信号的需求，并且只通过一台设备就可以实现接入，为用户提供了很大的方便。

2.本发明实现了一个家庭智能网关，并实现对各个终端的控制，承载VOIP，IPTV等三网融合业务功能，并为家居安防留有接口，可以方便的进行扩展升级。

3.目前随着通信行业的快速发展，人们对通信的要求已不仅限于单一的语音信息交流，更青睐于享受语音、数据、图像的综合信息服务。这种多形式信息将带给人们自然、生动、真切和有效的交流方式。三网融合与数字家庭正是在这种市场需求背景下应运而生的，而本发明将带给用户这些自然、生动、真切和有效的交流方式。

4.本发明的核心是在楼宇接入EOC局端嵌入一个智能系统，该系统由嵌入式处理器、嵌入式系统软件和嵌入式应用软件所组成。微控制器是家庭智能终端装置的核心部分。微处理器将接收到的外部信号进行处理后发出数据或控制信号给芯片外部的各个模块，使之进行相应的操作。不需要添加额外的设备，有效降低了成本，从而大幅度提高企业的竞争力。

5.本发明设计的通信模块用来实现智能终端与门口机之间的通信，以及与家电控制装置进行通信智能终端与家电控制模块之间由数据通信线相连，当用户通过操作触摸屏向智能终端发出各种指示，这些命令也按照通信协议发给家电控制装置，并由家电控制装置对家电进行控制，方便了用户的操作。

6.该智能终端系统可以分层实现设备互联，业务管理等功能，可以满足用户享受语音、数据、图像的综合信息服务的需求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是基于EOC的智能终端物理结构设计图。

图2是嵌入式智能终端系统逻辑结构示意图。

图3是智能终端硬件示意图。

图4是BootLoader活动示意图。

图5是嵌入式操作系统的驱动模型示意图

具体实施方式

家庭智能终端系统是基于嵌入式技术，在EOC(Ethernet over Coax，通过同轴电缆传输以太网数据)头端融合网络接入、控制、视频解码功能，也就是整个智能终端的物理结构是基于EOC物理结构进行扩展而来的。因此，硬件整体框架如图1所示。

本发明的智能终端必须能支持各种接入、具有体协议栈、可以对设备进行管理，能够解码AVS等格式，具有安全保障。为此，本发明设计的智能终端系统软件结构如图2所示，主要分为五层：智能终端硬件层、硬件抽象层(BootLoader)、嵌入式操作系统层、中间件层、应用层。

本发明涉及的关键技术包括以下几个方面：

硬件环境：是整个嵌入式操作系统和应用程序运行的硬件平台。

操作系统：选择嵌入式LINUX(一类计算机操作系统的统称)，在形形色色的嵌入式硬件设备世界里，一款系统通常只会针对某一种硬件平台生成，必须根据硬件平台和应用场合定制，抽象层BootLoader(操作系统启动加载程序)是定制操作系统过程中一个重要的开发环节，可以屏蔽底层硬件的异构。嵌入式操作系统完成嵌入式应用的任务调度和控制等核心功能，该层实现基本的IP协议(Internet Protocol，网络之间互连的协议)，实现应用架构中的网络接入层与TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/因特网互联协议)协议栈。

应用层：完成友好的图形化用户界面。信息浏览、电子邮件和网络游戏作为现代网络的基本功能当然是家庭服务器所必不可少的部分。家电及家庭环境监控界面使用户可以通过电脑(或手机)对家中的电器进行远程的状态查询和控制，例如可以查询到家中的空调、洗衣机等是否关闭，还可对它们进行远程开关，还可以进行温度等的调节。除此之外应用层还提供了VOIP、IPTV、家电及家庭环境组态功能。

中间件层：为了很好地实现应用层中具有音视频媒体对象的模块的功能(如：VOIP、IPTV、网络游戏、监控等)，应用支撑层当然少不了要提供质量良好的音频、视频压缩编码技术。由于嵌入式操作系统支持TCP/IP协议，因此本发明的因特网协议栈主要指的是TCP/IP模型中的高层协议。高层协议有：文件传输协议FTP、简单邮件传输协议SMTP、域名系统服务DNS、网络新闻传输协议NNTP和超文体传输协议HTTP等。

智能终端硬件图如图3所示：CPU是整个硬件层的核心，其主要功能是解释命令和运行程序。存储器是32MB的Flash(Flash EEPROM Memory，闪存，是电子可擦除只读存储器的变种)和64MB的SDRAM(Synchronous Dynamic RandomAccess Memory，同步动态随机存储器)，主控芯片选择Sam sung公司S3C2410的嵌入式芯片，是基于ARM 920T内核的32位RISC嵌入式处理器，最高工作频率可达266MHz，资源丰富，带LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示)控制器、RAM(random access memory随机存储器)控制器、NAND(一种闪存的统称)闪存控制器、3路UART(Universal AsynchronousReceiver/Transmitter，通用异步接收/发送)、并行I/O(input/output，即输入输出)口、Touch Screen(触摸屏)接口、I2C(Inter-IntegratedCircuit，内置集成电路)接口、2路SPI(Serial Peripheral interface，串行外围设备接口)等片内外设，利用32位总线外扩64M的FLASH和64M的SDRAM。其中FLA SH用于存储系统软件和应用软件，待系统启动后加载到SDRAM中运行。Flash存储器是一种可在系统中进行电擦写，掉电后信息不丢失的存储器，在嵌入式系统中广泛应用。它在系统中通常用于存放程序代码、常量表、以及一些在系统掉电后需要保存的用户数据等。与Flash存储器相比，SDRAM不具有掉电保持数据的特性，但其存取速度大大高于Flash存储器，因此，它在系统中主要用作程序的运行空间、数据及堆栈区。SDRAM是动态随机存储器的一种，工作在CPU外部总线的频率上，与CPU的时钟同步。由于SDRAM可以与CPU同步工作，所以无等待周期，减少数据传输延迟。在很多的实际数字系统中，往往需要良好的用户界面，其中LCD是被大量采用的显示器件，这部分接口主要有串口、USB(Universal Serial BUS，通用串行总线)接口等，家庭中的家电设备可以通过这些接口与服务器相连，并与服务器通信，使服务器可以对家电设备进行控制。服务器通过以太网接口连接到外部网络以保证VOIP、IPTV、信息浏览、网络游戏、电子邮件等功能的实现。

硬件抽象层BootLoader是一段单独的程序代码，它存放于目标平台的非易失存储介质中，ROM或Flash。BootLoader的作用正如名字中的两个单词：Boot，即引导系统，如果基于CE(掌上型电脑类的电子设备操作系统)的产品采用BIOS(Basic Input Output System，基本输入输出系统)实现硬件初始化和配置(如PC)，那么BootLoader只需引导软件系统。而在本发明的开发平台上，没有采用BIOS，那么BootLoader就是最先被执行的程序，它的作用就还要包括实现BIOS的基本功能即必须包括对CPU的加电初始化程序；Loader，既加载操作系统，在整个系统正常启动后BootLoader通过不同的方式加载CE的内核映像文件(n k.bin)。当BootLoader把nk.bin解压到RAM后就把CPU控制权交给CE内核。另外，管理监控硬件设备通常也是必须的，因为这可以极大地方便工程开发。BootLoader活动图如图4所示，流程如下：

1)、复位引起boot(复位包括硬件复位、上电复位、GPIO(General PurposeInput Output，通用输入/输出)复位等)

2)、检测复位原因

3)、初始化相关硬件(CUP、内存控制器等)

4)、拷贝主代码至RAM中继续执行

5)、进入主代码(main code)

6)、拷贝内核映像到RAM中

7)、启动内核，进入操作系统。

本发明的家庭智能终端拟选用操作系统是嵌入式Windows CE(一个开放的、可升级的嵌入式操作系统)，提供操作系统最关键功能的5个主要模块：内核模块、文件系统模块、设备管理模块、图形窗口和事件子系统模块以及通信接口模块。

Windows CE的通信接口能支持范围广泛的数据传送和接收方式，它能支持多种通信硬件，如串行电缆、红外线收发器、无线收发器、调制解调器等。

同时，要把windows CE移植到目标平台上，必须为在平台上已建立的设备提供驱动程序。一些类型的设备如键盘、显示器和PC卡插槽等对操作系统都有一个自定义接口。因为这些接口是专门用于windows CE的，所以这类驱动程序叫本机驱动程序(一般来说只有OEM开发商对设备驱动程序感兴趣，他们建立基于Windwos CE的平台。而独立硬件销售商只开发附加的硬件驱动程序)。Windows CE提供四种设备模型，其中两种是专用于windows CE模型，另外两种外部模型来自其他的操作系统，进行汇总如图5所示。Windows CE平台生成器提供本机设备驱动程序的样本，可考虑把本机设备驱动程序样本应用到自己的平台上，而不需要再从头开发自己的本机驱动程序。这并不意味着必须使用这些样本码来生成内部设备驱动程序或其它的驱动程序模型，平台生成器单独提供驱动程序样本是为了方便用户快速开发自己的驱动程序。本发明在Windows CE平台生成器的基础上开发对应的终端接入设备驱动程序。

上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种家庭智能终端系统，通过EOC头端融合网络接入、控制、视频解码实现智能网关功能，其特征在于包括：

应用层，完成友好的图形化用户界面，包括信息浏览、电子邮件和网络游戏现代网络的基本功能，同时还设计有家电及家庭环境监控界面，使用户可以通过设备对家中的电器进行远程的状态查询和控制；还提供VOIP、IPTV、家电及家庭环境组态功能；

中间件层，应用层必要的支撑元素，应用技术包括：嵌入式Windows CE下的多媒体中间件、因特网协议栈、嵌入式数据库管理系统、汉字及英文字符输入法中间件、即插即控协议栈；

嵌入式操作系统层，选用嵌入式Windows CE，完成嵌入式应用的任务调度和控制的核心功能，实现基本的IP协议，实现应用架构中的网络接入层与TCP/IP协议栈，其包括内核模块、文件系统模块、设备管理模块、图形窗口和事件子系统模块以及通信接口模块；

硬件抽象层BootLoader，用于操作系统启动加载程序；

智能终端硬件，嵌入式操作系统和应用程序运行的硬件平台。

2.根据权利要求1所述的家庭智能终端系统，其特征在于：所述智能终端硬件以CPU为核心，CPU通过USB接口、串行接口与家电设备连接，通过以太网接口与网络接口连接，并通过LCD提供用户界面。

3.根据权利要求1所述的家庭智能终端系统，其特征在于：所述硬件抽象层BootLoader系统启动活动流程如下：

1)、复位引起boot，包括硬件复位、上电复位、GPIO复位；

2)、检测复位原因；

3)、初始化硬件，包括CPU、内存控制器；

4)、拷贝主代码至RAM中继续执行；

5)、进入主代码；

6)、拷贝内核映像到RAM中；

7)、启动内核，进入操作系统。

4.根据权利要求1所述的家庭智能终端系统，其特征在于：将解编码作为嵌入式系统，集成在CPU主板上之上。

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