CN103200081B - 一种面向异构网络环境的物联网网关开发平台 - Google Patents
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Abstract
一种面向异构网络环境的物联网网关开发平台，包括母板和可插拔式子板(或模块)；所述母板上设有子板接口、通用接口及人机接口；所述可插拔式子板包括核心处理器子板、蓝牙子板、ZigBee协调器子板、6lowpan子板、RFID子板、WiFi子板、3G/2G应用子板；所述子板接口包括核心处理器子板接口、蓝牙子板接口、ZigBee协调器子板接口、6lowpan子板接口、RFID子板接口、WiFi子板接口、3G/2G应用子板接口。本发明运用模块化的开发思路，采用硬件母板和不同的子板，为覆盖多数物联网的异构互连开发应用提供了可能。
Description
技术领域
本发明涉及一种模块化的物联网网关平台，特别是一种面向异构网络环境的物联网网关开发平台。
背景技术
随着无线传感器网络技术的广泛应用，如何通过现有网络基础设施对其远程管理，逐渐成为该领域的重要研究课题。物联网网关在物联网时代将会扮演非常重要的角色，它将成为连接感知网络与传统通信网络的纽带。物联网网关可以实现感知网络和基础网络以及不同类型的感知网络之间的协议转换。
开发平台一般是指用来进行嵌入式开发和应用的硬件电路板和软件环境。目前，市场上的开发平台基本包括DSP、CPU、FPGA、存储器、总线接口等一系列硬件组件和软件应用实例，缺少面向异构网络下的开发环境。
近年来，物联网网络应用发展迅速，但开发平台较少，尤其缺少一种模块化可重构的多功能物联网网关开发平台。现在使用比较多的是短距离通信开发组件，如基于TI公司或FreeScale公司的ZigBee开发板，其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率和低成本，是面向传感器网络开发的较好选择。然而，随着传感器网络和基础网络融合的应用需求加快，存在很多较高处理能力、面向复杂异构网络环境下的网络融合应用，目前市场上还没有符合这方面应用的开发平台。
发明内容
鉴于现有技术存在的不足，本发明的目的旨在提供一种面向异构网络环境的物联网网关开发平台，采用硬件母板和不同的子板，为覆盖多数物联网的异构开发互连提供了可能。
本发明通过如下技术方案实现：
提供一种面向异构网络环境的物联网网关开发平台，包括母板和可插拔式子板；所述母板上设有子板接口、通用接口及人机接口；所述可插拔式子板包括核心处理器子板、蓝牙子板、ZigBee协调器子板、6lowpan子板、RFID子板、WiFi子板、3G/2G应用子板；所述子板接口包括核心处理器子板接口、蓝牙子板接口、ZigBee协调器子板接口、6lowpan子板接口、RFID子板接口、WiFi子板接口、3G/2G应用子板接口；所述通用接口包括IIC接口、USB接口、以太网口、UART、SPI接口及SD卡插槽；所述人机接口包括LCD显示及按键，实现网络信息的实时显示。
所述核心处理器子板插在核心处理器子板接口内、蓝牙子板插在蓝牙子板接口内、ZigBee协调器子板插在ZigBee协调器子板接口内、6lowpan子板插在6lowpan子板接口内、RFID子板插在RFID子板接口内、WiFi子板插在WiFi子板接口内、3G/2G应用子板插在3G/2G应用子板接口内。
所述核心处理器子板包括高性能ARM处理器、DDR2存储器、Flash存储器及其他外围电路，主要实现网关的协议转换和系统的控制。
所述蓝牙子板包括蓝牙控制器芯片及其外围电路、天线，实现蓝牙无线信号的接收和发送。
所述ZigBee协调器子板包括ZigBee集成芯片及其外围电路、天线，用于实现ZigBee网络管理和数据汇聚。
所述6lowpan子板包括6lowpan集成芯片及其外围电路、天线，实现6lowpan网络管理和数据汇聚。。
所述RFID子板包括RFID集成芯片及其外围电路、天线，实现RFID标签的读和写。
所述WiFi子板包括WiFi集成芯片及其外围电路、天线，实现IEEE802.11n、IEEE802.11g、IEEE802.11b标准。
所述3G/2G应用子板包括3G/2G模块及天线，实现3G/2G无线信号的接收和发送。
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明为采用母板加可插拔子板的方式实现模块化的物联网网关的开发平台，能够覆盖物联网网关的多数应用开发。
附图说明
图1是本发明提供的一种面向异构网络环境的物联网网关开发平台的硬件结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施案例对本发明作进一步说明。
本发明的实施方式涉及一种面向异构网络环境的物联网网关开发平台，如附图1所示，该平台至少包括：一块开发平台母板，核心处理器子板、蓝牙子板、ZigBee协调器子板、6lowpan子板、RFID子板、WiFi子板、3G/2G应用子板。所述开发平台母板采用平铺式设计，插拔操作简单。
所述开发平台母板的核心功能是提供系统的电源，并为各个子板的互连互通提供丰富的资源接口。
所述开发平台母板，至少包括核心处理器子板接口、蓝牙子板接口、ZigBee协调器子板接口、6lowpan子板接口、RFID子板接口、WiFi子板接口、3G/2G应用子板接口，人机接口及通用接口。所述人机接口包括LCD接口(可兼容多种尺寸的LCD屏)，一个按键接口。所述通用接口包括IIC接口、USB接口、以太网口、UART、SPI接口及SD卡插槽。
所述核心处理器子板的处理器为exynos4210处理器，该处理器为ARMCortex9双核处理器，具有强大的核心算法处理能力和多协议的调度能力，通过开发平台母板和所有子板实现互连。
所述蓝牙子板包括一片蓝牙控制器芯片STA2500D，该芯片将蓝牙基带控制器、无线收发模块集成于一体；蓝牙子板通过开发平台母板和核心处理器子板相连，用于实现蓝牙无线信号的接收和发送。
所述ZigBee协调器子板包括一片ZigBee集成芯片CC2533，该芯片结合了领先的RF收发器的优良性能，增强型8051CPU，系统内可编程闪存，内嵌SRAM和许多其他强大的功能，提供了完整的ZigBee解决方案。ZigBee协调器子板通过开发平台母板和核心处理器子板相连，用于实现ZigBee网络管理和数据汇聚。
所述6lowpan子板包括一片6lowpan网络处理器CC1180EM，该芯片包括一个无线收发模块、增强型8051，能够运行6lowpan协议栈，提供了完整的ZigBee解决方案。所述6lowpan子板通过开发平台母板和核心处理器子板相连，用于实现6lowpan网络管理和数据汇聚。
所述RFID子板包括一片RFIDSoCPR9200，该芯片集成了高性能的UHF射频收发器、基带处理器、增强型8051、大容量存储器，完全支持ISO18000-6C&EPCC1G2协议。所述RFID子板通过开发平台母板和核心处理器子板相连，用于实现RFID标签的读和写。
所述WiFi子板包括一片88w8787，，该芯片支持IEEE802.11a/g/b和802.11n。所述WiFi子板通过开发平台母板和核心处理器子板相连，实现WiFi无线信号的接收和发送。
所述3G/2G应用子板采用包括一个MF2103G/2G模块，该模块支持UMTS850(900)/1900/2100、GSM/GPRS/EDGE850/900/1800/1900多频段HSUPA，可以提供移动环境下的WCDMA、GSM/GPRS、EDGE(EGPRS)和HSUPA高速数据接入服务。所述3G/2G应用子板通过开发平台母板和核心处理器子板相连，用来实现网关接入3G/2G网络的功能开发和验证。
下面对每个子板进行具体说明。
所述核心处理器子板包括一片exynos4210处理器、2GBDDR2SDRAM、2GBNANDFlash存储器、电源管理电路、时钟电路、复位电路、JTAG接口、母板接口。所述母板接口为2*50pin接口，包括电源、minPCIe接口、异步并行总线，3路SPI串行总线、4路高速UART口、以太网口、USBhost接口、USBslave接口、SDIO、LCD接口、触摸屏接口、GPIO接口、JTAG。其中一路UART通过母板与蓝牙子板相连，一路UART通过母板与RFID子板相连，一路UART通过母板与6lowpan子板相连，一路SPI通过母板与ZigBee协调器子板相连，miniPCIe通过母板与3G/2G应用子板相连，SDIO通过母板与WiFi子板相连，其余接口和母板外部资源接口直接相连。所述核心处理器子板主要实现设备内各功能模块的状态控制和任务调度，并从IIC接口、USB接口、以太网口、UART、SPI接口等获取数据，对数据格式进行处理转换，并通过开发平台将处理结果传输至其他子板。所述核心子板的程序和数据存放在NANDFlash中，上电时，处理器将程序搬移到SDRAM中，然后开始执行。
所述蓝牙子板包括一片STA2500D、电源管理芯片、时钟电路、JTAG接口、天线、一组母板接口，实现蓝牙无线信号的接收和发送。所述母板接口为2*10pin，包括电源、复位信号、UART、GPIO和JTAG。蓝牙子板的UART接口通过母板实现和核心处理器子板进行数据通信；蓝牙子板的复位信号通过母板和核心处理器子板中的GPIO来连接，由核心处理器子板实现对蓝牙子板的复位控制；蓝牙子板的GPIO和和核心处理器子板中的GPIO来连接，由核心处理器子板实现对蓝牙子板的工作模式的控制；蓝牙子板中的JTAG通过母板和其他芯片的JTAG串行连接在一起构成菊花链的连接方式。
所述ZigBee协调器子板包括一片CC2533、电源管理电路、时钟电路、JTAG接口、天线、一组母板接口。所述母板接口为2*10pin，包括电源、复位信号、SPI、GPIO和JTAG。ZigBee协调器子板的SPI接口通过母板实现和核心处理器子板进行数据通信；ZigBee协调器子板的复位信号通过母板和核心处理器子板中的GPIO来连接，由核心处理器子板实现对ZigBee协调器子板的复位控制；ZigBee协调器子板的GPIO和和核心处理器子板中的GPIO来连接，由核心处理器子板实现对ZigBee协调器子板的工作模式的控制；ZigBee协调器子板中的JTAG通过母板和其他芯片的JTAG串行连接在一起构成菊花链的连接方式。
所述6lowpan子板包括一片CC1180EM、电源管理电路、时钟电路、JTAG接口、天线、一组母板接口。所述母板接口为2*10pin，包括电源、复位信号、UART、GPIO和JTAG。6lowpan子板的UART接口通过母板实现和核心处理器子板进行数据通信；6lowpan子板子板的复位信号通过母板和核心处理器子板中的GPIO来连接，由核心处理器子板实现对6lowpan子板的复位控制；6lowpan子板的GPIO和和核心处理器子板中的GPIO来连接，由核心处理器子板实现对6lowpan子板的工作模式的控制；6lowpan子板中的JTAG通过母板和其他芯片的JTAG串行连接在一起构成菊花链的连接方式。
所述RFID子板包括一片PR9200、电源管理电路、时钟电路、JTAG接口、天线、一组母板接口。所述母板接口为2*10pin，包括电源、复位信号、SPI、GPIO和JTAG。RFID子板的SPI接口通过母板实现和核心处理器子板进行数据通信；RFID子板的复位信号通过母板和核心处理器子板中的GPIO来连接，由核心处理器子板实现对RFID子板的复位控制；RFID子板的GPIO和和核心处理器子板中的GPIO来连接，由核心处理器子板实现对RFID子板的工作模式的控制；RFID子板中的JTAG通过母板和其他芯片的JTAG串行连接在一起构成菊花链的连接方式。
所述WiFi子板包括一片MARVELL公司的WiFi芯片88w8787、电源管理电路、时钟电路、JTAG接口、天线、一组母板接口。所述母板接口为2*10pin，包括电源、复位信号、SDIO、GPIO和JTAG。WiFi子板的SDIO接口通过母板实现和核心处理器子板进行数据通信；WiFi子板的复位信号通过母板和核心处理器子板中的GPIO来连接，由核心处理器子板实现对WiFi子板的复位控制；WiFi子板的GPIO和和核心处理器子板中的GPIO来连接，由核心处理器子板实现对WiFi子板的工作模式的控制；WiFi子板中的JTAG通过母板和其他芯片的JTAG串行连接在一起构成菊花链的连接方式。
所述3G/2G应用子板采用包括一个ZTE公司的MF2103G/2G模块，用来实现网关接入3G/2G网络的功能开发和验证。所述3G/2G应用子板的母板接口为miniPCIE接口，通过母板与核心主控子板接口直接相连。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (1)
1.一种面向异构网络环境的物联网网关开发平台，包括母板和可插拔式子板；所述母板上设有子板接口、通用接口及人机接口；
所述可插拔式子板包括核心处理器子板、蓝牙子板、ZigBee协调器子板、6lowpan子板、RFID子板、WiFi子板和3G/2G应用子板；
所述子板接口包括核心处理器子板接口、蓝牙子板接口、ZigBee协调器子板接口、6lowpan子板接口、RFID子板接口、WiFi子板接口、3G/2G应用子板接口；所述通用接口包括IIC接口、USB接口、以太网口、UART、SPI接口及SD卡插槽；
所述人机接口包括LCD显示及按键，用于网络信息的实时显示；
所述核心处理器子板插在核心处理器子板接口内、蓝牙子板插在蓝牙子板接口内、ZigBee协调器子板插在ZigBee协调器子板接口内、6lowpan子板插在6lowpan子板接口内、RFID子板插在RFID子板接口内、WiFi子板插在WiFi子板接口内、3G/2G应用子板插在3G/2G应用子板接口内；
所述核心处理器子板包括高性能ARM处理器、DDR2存储器、Flash存储器及核心处理器外围电路，用于网关的协议转换和系统的控制；
所述蓝牙子板包括蓝牙控制器芯片及蓝牙控制器芯片外围电路、天线，用于蓝牙无线信号的接收和发送；
所述ZigBee协调器子板包括ZigBee集成芯片及ZigBee集成芯片外围电路、天线，用于ZigBee网络管理和数据汇聚；
所述6lowpan子板包括6lowpan集成芯片及6lowpan集成芯片外围电路、天线，用于6lowpan网络管理和数据汇聚；
所述RFID子板包括RFID集成芯片及RFID集成芯片外围电路、天线，用于RFID标签的读和写；
所述WiFi子板包括WiFi集成芯片及WiFi集成芯片外围电路、天线，用于实施IEEE802.11n、IEEE802.11g、IEEE802.11b标准；
所述3G/2G应用子板包括3G/2G模块及天线，用于3G/2G无线信号的接收和发送；
所述开发平台的母板的核心功能是提供系统的电源，并为各个子板的互连互通提供各种资源接口；
所述核心处理器子板包括一片exynos4210处理器、2GBDDR2SDRAM、2GBNANDFlash存储器、电源管理电路、时钟电路、复位电路、JTAG接口、母板接口A；所述母板接口为2*50pin接口，包括电源、minPCIe接口、异步并行总线，3路SPI串行总线、4路高速UART口、以太网口、USBhost接口、USBslave接口、SDIO、LCD接口、触摸屏接口、GPIO接口、JTAG；其中一路UART通过母板与蓝牙子板相连，一路UART通过母板与RFID子板相连，一路UART通过母板与6lowpan子板相连，一路SPI通过母板与ZigBee协调器子板相连，miniPCIe通过母板与3G/2G应用子板相连，SDIO通过母板与WiFi子板相连，其余接口和母板外部资源接口直接相连；所述核心处理器子板主要实现设备内各功能模块的状态控制和任务调度，并从IIC接口、USB接口、以太网口、UART、SPI接口等获取数据，对数据格式进行处理转换，并通过开发平台将处理结果传输至其他子板；所述核心子板的程序和数据存放在NANDFlash中，上电时，处理器将程序搬移到SDRAM中，然后开始执行；
所述蓝牙子板包括一片STA2500D芯片、电源管理芯片、时钟电路、JTAG接口、天线、一组母板接口B，用于蓝牙无线信号的接收和发送；所述母板接口为2*10pin，包括电源、复位信号、UART、GPIO和JTAG；蓝牙子板的UART接口通过母板和核心处理器子板进行数据通信；蓝牙子板的复位信号通过母板和核心处理器子板中的GPIO连接，由核心处理器子板控制蓝牙子板的复位；蓝牙子板的GPIO和核心处理器子板中的GPIO连接，由核心处理器子板控制蓝牙子板的工作模式；蓝牙子板中的JTAG通过母板和其他芯片的JTAG串行连接在一起构成菊花链的连接方式；
所述ZigBee协调器子板包括一片CC2533芯片、电源管理电路、时钟电路、JTAG接口、天线、一组母板接口C；所述母板接口为2*10pin，包括电源、复位信号、SPI、GPIO和JTAG；ZigBee协调器子板的SPI接口通过母板实现和核心处理器子板进行数据通信；ZigBee协调器子板的复位信号通过母板和核心处理器子板中的GPIO连接，由核心处理器子板控制ZigBee协调器子板的复位；ZigBee协调器子板的GPIO和核心处理器子板中的GPIO连接，由核心处理器子板控制ZigBee协调器子板的工作模式；ZigBee协调器子板中的JTAG通过母板和其他芯片的JTAG串行连接在一起构成菊花链的连接方式；
所述6lowpan子板包括一片CC1180EM芯片、电源管理电路、时钟电路、JTAG接口、天线、一组母板接口D；所述母板接口为2*10pin，包括电源、复位信号、UART、GPIO和JTAG；6lowpan子板的UART接口通过母板和核心处理器子板进行数据通信；6lowpan子板子板的复位信号通过母板和核心处理器子板中的GPIO连接，由核心处理器子板控制6lowpan子板的复位；6lowpan子板的GPIO和和核心处理器子板中的GPIO连接，由核心处理器子板控制6lowpan子板的工作模式；6lowpan子板中的JTAG通过母板和其他芯片的JTAG串行连接在一起构成菊花链的连接方式；
所述RFID子板包括一片PR9200、电源管理电路、时钟电路、JTAG接口、天线、一组母板接口E；所述母板接口为2*10pin，包括电源、复位信号、SPI、GPIO和JTAG；RFID子板的SPI接口通过母板实现和核心处理器子板进行数据通信；RFID子板的复位信号通过母板和核心处理器子板中的GPIO来连接，由核心处理器子板控制RFID子板的复位；RFID子板的GPIO和和核心处理器子板中的GPIO连接，由核心处理器子板控制RFID子板的工作模式；RFID子板中的JTAG通过母板和其他芯片的JTAG串行连接在一起构成菊花链的连接方式；
所述WiFi子板包括一片MARVELL公司的WiFi芯片8787、电源管理电路、时钟电路、JTAG接口、天线、一组母板接口F；所述母板接口为2*10pin，包括电源、复位信号、SDIO、GPIO和JTAG；WiFi子板的SDIO接口通过母板和核心处理器子板进行数据通信；WiFi子板的复位信号通过母板和核心处理器子板中的GPIO连接，由核心处理器子板控制WiFi子板的复位；WiFi子板的GPIO和和核心处理器子板中的GPIO连接，由核心处理器子板控制WiFi子板的工作模式；WiFi子板中的JTAG通过母板和其他芯片的JTAG串行连接在一起构成菊花链的连接方式；
所述3G/2G应用子板采用包括一个ZTE公司的MF2103G/2G模块，用于网关接入3G/2G网络的功能开发和验证，所述3G/2G应用子板的母板接口为miniPCIE接口，通过母板与核心主控子板接口直接相连。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20130710 Assignee: Lootom Telcovideo Network Wuxi Co., Ltd. Assignor: Jiangnan University Contract record no.: 2018320010024 Denomination of invention: Heterogeneous network environment oriented Internet of things gateway development platform Granted publication date: 20160413 License type: Exclusive License Record date: 20180315 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract |
Assignee: LOOTOM TELCOVIDEO NETWORK WUXI Co.,Ltd. Assignor: Jiangnan University Contract record no.: 2018320010024 Date of cancellation: 20210628 |
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| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract |