| 摘要：主要從嵌入式Internet技術(shù)的應(yīng)用出發(fā),說明這種技術(shù)成本低廉,極具推廣價(jià)值;介紹幾種實(shí)用電路模塊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及使用情況。 關(guān)鍵詞：Internet 網(wǎng)關(guān)（Gateway） TCP/IP協(xié)議 Webchip PSM2000ACD網(wǎng)絡(luò)模塊 IP2022網(wǎng)絡(luò)連通處理器 當(dāng)今社會(huì)逐漸步入網(wǎng)絡(luò)時(shí)代,Internet已成功重要的基礎(chǔ)信息設(shè)施。這方面的技術(shù)進(jìn)步對(duì)于社會(huì)的各個(gè)方面產(chǎn)生了積極影響,很多領(lǐng)域都在不斷探索開發(fā)和利用網(wǎng)絡(luò)的潛力。目前,大部分網(wǎng)絡(luò)終端仍以PC的形式出現(xiàn),但是從計(jì)算機(jī)應(yīng)用普及情況看,嵌入式系統(tǒng)也是一個(gè)不可忽視的方面。近20年來,PC機(jī)CPU的產(chǎn)品僅是MCU的1%,并且由于MCU的成本低廉,應(yīng)用非常普及。在工業(yè)測(cè)探系統(tǒng)、智能儀器、安防系統(tǒng)、智能家電和信息家電等領(lǐng)域,MCU應(yīng)用系統(tǒng)已經(jīng)無處不在。在這些場(chǎng)合中,以MCU為核心的設(shè)備同樣也需要解決接入Internet網(wǎng)的問題。如果MCU應(yīng)用系統(tǒng)能夠連接到Internet上面,則可以方便、低廉地將信息傳送到世界的任何一個(gè)地方。我們將嵌入式設(shè)備與Internet的結(jié)合稱為嵌入式Internet技術(shù),它代表著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的未來。 目前一些生產(chǎn)廠家,也在積極探討利用MCU實(shí)現(xiàn)嵌入式上網(wǎng)的途徑;而實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)的關(guān)鍵在于如何利用現(xiàn)有資源實(shí)現(xiàn)TCP/IP等協(xié)議處理。各種通信協(xié)議對(duì)于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器、運(yùn)算速度等的要求比較高,而嵌入式系統(tǒng)中,除部分32位處理器以外,大量存在的是8位和16位MCU,TCP/IP等Internet協(xié)議將占用大量系統(tǒng)資源,因此實(shí)現(xiàn)嵌入式上網(wǎng)存在比較大的困難。面對(duì)這些處理速度、機(jī)器位數(shù)、容量等指標(biāo)稍差的MCU,如何解決它們接入Internet網(wǎng)問題正成為當(dāng)前的重要課題。本文將介紹目前幾種新型的嵌入式上網(wǎng)電路、模塊的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。 1 PSM2000ACD網(wǎng)絡(luò)模塊 PSM2000ACD是由力源公司開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)接口模塊,可以實(shí)現(xiàn)MCU系統(tǒng)與基于PC平臺(tái)的網(wǎng)關(guān)（Gateway）接口。這個(gè)模塊電路內(nèi)部包含網(wǎng)絡(luò)通信（Gateway）接口。這個(gè)模塊電路內(nèi)部包含網(wǎng)絡(luò)式調(diào)制解調(diào)器模塊,及1個(gè)外接標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制解調(diào)器接口,如圖1所示。其中PS2000是Webchip接口電路,它與MCU系統(tǒng)交換信息通過17條指令完成,與MCU系統(tǒng)的軟件接口比較方便;同時(shí),它的內(nèi)部駐留網(wǎng)絡(luò)協(xié)議解釋和編譯程序,與基于PC機(jī)網(wǎng)關(guān)通信時(shí)負(fù)責(zé)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行必要的規(guī)范和解釋,而PC機(jī)網(wǎng)關(guān)能夠提供HTTP服務(wù),可以與計(jì)算機(jī)瀏覽器接口。PS2000這種Webchip接口電路的結(jié)構(gòu)和原理已有詳細(xì)介紹,見參考文獻(xiàn)[4],這里不再重復(fù)。 PSM2000ACD主要用于智能設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)接口,一方面用1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)串行外圍接口與用戶單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)連接;另一方面與PC平臺(tái)連接有多種選擇,即可用RS-232、RS-485接口,或者采用調(diào)制解調(diào)器。MCU應(yīng)用系統(tǒng)通過PSM2000ACD模塊連接上網(wǎng)十分方便。圖2為其典型連接方法。其中DS2401集成電路為專用電子標(biāo)簽接口,作為設(shè)備的唯一標(biāo)識(shí)。MCU應(yīng)用系統(tǒng)與PSM2000ACD的連接,既可以滿足點(diǎn)-點(diǎn)通信或者點(diǎn)-多點(diǎn)通信的要求,也能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)/近程通信的要求,結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,另外,由于它的內(nèi)部駐留網(wǎng)絡(luò)協(xié)議解釋和編譯程序,系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員不必熟悉網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,將這個(gè)模塊作為一個(gè)“灰匣子”處理即可,使得開發(fā)和應(yīng)用工作周期縮短,成本也比較低。 使用Webchip進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟是： （1）建立MCU系統(tǒng)中需要控制的對(duì)象,并確定其中需要通過Internet進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的對(duì)象; （2）建立MCU系統(tǒng)變量表（VAR-TABLE）; （3）建立MCU系統(tǒng)狀態(tài)性能表（CAP-TABLE）; （4）MCU解釋并執(zhí)行Webchip傳送來的命令。 當(dāng)建立了系統(tǒng)變量表（VAR-TABLE）和系統(tǒng)狀態(tài)性能表（CAP-TABLE）后,通過Webchip的連接,在網(wǎng)關(guān)（Gateway）和MCU系統(tǒng)之間建立起面向?qū)ο蟮目刂?即Gateway與MCU的通信是通過變量表和狀態(tài)性能表進(jìn)行的。MCU是通過Webchip與Gateway建立聯(lián)系,實(shí)現(xiàn)MCU與Internet的連接。一旦建立起連接后通過Internet進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)或控制都成為可能。在這種連接中,必須遵守一種“主-從”關(guān)系,保證它們之間可靠的工作,即按照下述原則： （1）高級(jí)別的設(shè)備可以主動(dòng)向低級(jí)別的設(shè)備發(fā)送命令、數(shù)據(jù)和請(qǐng)求,拒絕低級(jí)別的設(shè)備一切主運(yùn)信號(hào)。 （2）低級(jí)別的設(shè)備只能被動(dòng)接受高級(jí)別的設(shè)備發(fā)送命令、數(shù)據(jù)和回答請(qǐng)求,不能主動(dòng)向高級(jí)別的設(shè)備發(fā)送信號(hào)。 由前面介紹中可以看到,這種形式是將多個(gè)MCU通過PSM2000ACD模塊與1臺(tái)PC Gateway相連后再與Internet連接,需要利用PC機(jī)網(wǎng)關(guān)提供的HTTP服務(wù),不能直接將MCU與Internet連接。這是這種形式的一個(gè)弊端。 2 IP2022網(wǎng)絡(luò)連通處理器 IP2022是Ubicom公司的產(chǎn)品。它是一種處理速度很快的單片機(jī),可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作,不依賴PC機(jī)可直接接入Internet的應(yīng)用方案。它能實(shí)現(xiàn)軟件模塊形式的外設(shè)、通信和控制功能,這種形式比傳統(tǒng)硬件提供更大的系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活性。它還提供TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議堆棧,并開發(fā)一系列端到端連接方案所必需的軟件。 圖3為IP2022組成框圖。根據(jù)圖3的內(nèi)部結(jié)構(gòu)說明如下： （1）CPU特性 IP2022是基于RISC結(jié)構(gòu)的,指令速率可達(dá)到100MIPS,大多數(shù)指令為單周期指令,因此它能夠執(zhí)行虛擬軟件模塊直接驅(qū)動(dòng)普通I/O口實(shí)現(xiàn)硬件外設(shè)功能,如UART、I2C、SPI、FSK等。它的內(nèi)部有16級(jí)硬件椎棧,提供高性能的子程序連接。
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