信息家電嵌入式系統(tǒng)選擇方案

1 引言？

Internet發(fā)展到今天，滿足了人們許多方面的需求，但也面臨著許多新的課題，如何讓各種家用電子設(shè)備聯(lián)入INTERNET從而實現(xiàn)遠程控制即是其中很重要的一點。具有Internet/Intranet功能的網(wǎng)絡(luò)化電子設(shè)備的實質(zhì)是在電子設(shè)備的基礎(chǔ)上實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和信息化，其核心是使電子設(shè)備本身實現(xiàn)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。？

總體上講，電子設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化的方案可分為兩大類，一類是直接在電子設(shè)備上實現(xiàn)TCP/IP，使之直接連上Internet;另一類是使電子設(shè)備經(jīng)過通信轉(zhuǎn)換后通過公共的TCP/IP轉(zhuǎn)接口（或稱網(wǎng)關(guān)Gateway）與Internet相連。？

前一類的典型代表是Wind River System公司的Vxworks及pSOS操作系統(tǒng)。由于TCP、IP協(xié)議的復(fù)雜性及系統(tǒng)實時性的要求，8位、16位的單片機很難滿足該系統(tǒng)的要求。后一類的實現(xiàn)方案則有多種。第一種是用專用芯片來完成單片機與網(wǎng)關(guān)間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。其典型代表為武漢力源公司的Webchip芯片。第二種是用代理協(xié)議來完成單片機與網(wǎng)關(guān)間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。其典型代表是中國單片機公共實驗室基于EMIT軟件提出的BOL-IST方案。第三種方案是用單片機控制以太網(wǎng)網(wǎng)卡進行數(shù)據(jù)傳輸，此時須加載TCP/IP協(xié)議到單片機中。還有一種方案是在設(shè)備與網(wǎng)關(guān)之間的通信采用RS-232等“輕重量級”協(xié)議，而后通過網(wǎng)關(guān)接入Internet。

2 可行方案及其特點？

2.1 單片機嵌入微操作系統(tǒng)方案？

單片機嵌入微操作系統(tǒng)的方案是將微型操作系統(tǒng)集成入單片機中，由它來控制單片機完成包括連入Internet等一系列任務(wù)。各種任務(wù)由微操作系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度完成。在單片機內(nèi)載入專用操作系統(tǒng)必須滿足一定的條件：必須使操作系統(tǒng)足夠小并采用高檔16、32位單片機。這是因為單片機內(nèi)部的資源十分有限，不能載入復(fù)雜的系統(tǒng)并進行快速處理。從八十年代起，國際上就開始進行一些商用嵌入式系統(tǒng)和專有操作系統(tǒng)的開發(fā)，現(xiàn)在已經(jīng)有了一些成熟的操作系統(tǒng)如：Windows CE、VxWorks、pSOS、Linux、VRTX等。采用本方案的優(yōu)點有：（1）單片機應(yīng)用系統(tǒng)可直接撥號上網(wǎng)，外圍電路簡單且系統(tǒng)功能強大。（2）近年來，隨著Linux的普及，面臨壓力的各廠商開始考慮開放源代碼，這無疑將促進其發(fā)展。不足之處：（1）一次性投資較大。主流產(chǎn)品如VxWorks及pSOS售價均在20000美元左右。如采用Linux則開發(fā)量較大。（2）須采用32位單片機，在大多數(shù)場合采用如此高端的產(chǎn)品造成資源浪費。耗用大量的IP地址，總體成本高。？

2.2 Webchip解決方案？

Webchip方案是在家用電器中內(nèi)置一塊Web接口芯片Webchip，將其作為智能裝置連接到Internet網(wǎng)上的“橋梁”。Webchip是獨立于各種微控制器MCU的專用網(wǎng)絡(luò)芯片，通過標(biāo)準(zhǔn)的輸入輸出口，可與所有的微控制器相接。這樣，微控制器可以通過Webhip接收并執(zhí)行經(jīng)由Internet遠程傳來的命令，或?qū)⒁恍?shù)據(jù)交給Webchip發(fā)送出去。在Webchip方案中，嵌入式Internet網(wǎng)絡(luò)中有一個被稱為EmGateWay的網(wǎng)關(guān)，它可以是一臺以Windows操作系統(tǒng)為平臺的普通PC機，主要用于支持復(fù)雜的TCP/IP協(xié)議并提供http服務(wù)。

EmGateWay通過RS232、RS485、Lon works等輕量給網(wǎng)以及Modem、RF、IrDA等方式，將多個嵌入式設(shè)備或智能家電連接在一起，并擔(dān)當(dāng)TCP/IP和下級網(wǎng)之間有關(guān)協(xié)議的轉(zhuǎn)換任務(wù)。采用Webchip方案的優(yōu)點有：（1）可支持不同協(xié)議，應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計簡單。（2）降低了對應(yīng)用系統(tǒng)中MCU性能的要求，減少了應(yīng)用系統(tǒng)硬件開支。（3）可充分利用現(xiàn)有設(shè)備。不足之處：（1）采用Webchip芯片后仍需通過網(wǎng)關(guān)代理。（2）用戶不僅要購買支持不同協(xié)議的Webchip芯片，還要采用EmGateWay網(wǎng)關(guān)，總體花費較大。

2.3 EMIT解決方案？

emWare的EMIT軟件技術(shù)使用標(biāo)準(zhǔn)的Internet協(xié)議對8位和16位嵌入式設(shè)備進行管理，而沒有大型網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的軟、硬件開鎖。它實際上是一種代理協(xié)議機制，利用網(wǎng)關(guān)在網(wǎng)絡(luò)中橋接代理協(xié)議棧和TCP/IP協(xié)議棧。其思路是：一個通過互聯(lián)網(wǎng)控制的電子設(shè)備，它和控制它的服務(wù)器之間只需要交換很少量的數(shù)據(jù)，不需要功能完整的TCP/IP協(xié)議去管理。網(wǎng)關(guān)完全可以擔(dān)當(dāng)?shù)昧朔g轉(zhuǎn)換的業(yè)務(wù)，將代理協(xié)議提供的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成TCP/IP需要的數(shù)據(jù)，或?qū)CP/IP發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后提供給代理協(xié)議。EMIT常采用桌面計算機或高性能的嵌入式處理器作為網(wǎng)關(guān)，稱為emGateway，emGateway通過RS-232、RS-485、CAN、紅外、射頻等輕量級總線與我個嵌入式設(shè)備聯(lián)系起來，每個嵌入式設(shè)備的應(yīng)用程序中包含一個獨立的通信任務(wù)，稱為emMicro，監(jiān)測嵌入式設(shè)備中預(yù)先定義的各個變量，并將結(jié)果反饋到emGateway中；同時emMicro還可以解釋emGateway的命令，修改設(shè)備中的變量，或進行某種控制。增加到嵌入式系統(tǒng)中的emMicro代碼長度一般在1-8K Bytes左右。采用EMIT方案的優(yōu)點有：（1）可根據(jù)情況選用各檔次的單片機，8位、16位的均可采用。（2）價格相對而言比較便宜，少量購買時更具優(yōu)勢。（3）emWare公司2001年公開了emNet協(xié)議，此舉利有利于此方案的發(fā)展。不足之處：（1）emNet占用一定的系統(tǒng)資源且大多數(shù)情況下仍需通過PC機平臺（或網(wǎng)關(guān)）。（2）系統(tǒng)設(shè)計工程師必須熟悉emNet協(xié)議和相關(guān)的接口，工作量大。原來客戶應(yīng)用系統(tǒng)的MCU也不一定符合要求。？

2.4 單片機控制以太網(wǎng)網(wǎng)卡進行數(shù)據(jù)傳輸？

單片機加載TCP/IP協(xié)議控制以太網(wǎng)網(wǎng)卡進行傳輸數(shù)據(jù)，并通過TCP/IP協(xié)議連接到互聯(lián)網(wǎng)也是可行的一種方案。它的基本思路是：在遠程控制端進行的操作首先通過路由器尋找到目標(biāo)，再通過網(wǎng)卡的ISA接口傳入單片機。在單片機中加載的驅(qū)動程序?qū)⒅D(zhuǎn)換成物理禎格式，最后由TCP/IP協(xié)議將之轉(zhuǎn)化為應(yīng)用層控制命令。因為單片機內(nèi)部資源有限，要完成上網(wǎng)任務(wù)必須精簡TCP/IP協(xié)議，這需要深入了解TCP/IP協(xié)議。此外，完成此方案還須了解單片機和網(wǎng)卡驅(qū)動程序。本方案由于在用戶中不使用PC機平臺或網(wǎng)關(guān)，故而在價格上頗具優(yōu)勢，適合于工業(yè)監(jiān)控和智能小區(qū)。采用本方案的優(yōu)點有：（1）不需經(jīng)過網(wǎng)關(guān)代理，總體價格低廉。（2）產(chǎn)品系自己搭建，進一步開發(fā)、維護相對容易。不足之處：（1）開發(fā)周期長，需要對單片機、TCP/IP協(xié)議、網(wǎng)卡驅(qū)動程序有較深的了解。（2）協(xié)議和各種程序要占用一定的系統(tǒng)資源。？

2.5 局域網(wǎng)掛接Internet解決方案？

局域網(wǎng)掛接Internet解決方案是目前很常見的一種解決方案。它的基本原理是采用專用網(wǎng)絡(luò)（如RS232，RS485，Lon works、CAN Bus等）把一小批單片機連接在一起，然后再將專用網(wǎng)絡(luò)接到網(wǎng)關(guān)上。網(wǎng)關(guān)可以是PC機，它將專用網(wǎng)絡(luò)上的信息轉(zhuǎn)換為TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)包，然后發(fā)到網(wǎng)上實現(xiàn)信息共享。在工業(yè)控制里，由于生產(chǎn)現(xiàn)場遍布信息節(jié)點，而又沒有必要將節(jié)點都直接聯(lián)入Internet，故采用局域網(wǎng)掛接Internet是一種較理想的解決方案。采用局域網(wǎng)掛接Internet的方案的優(yōu)點有：（1）對電子設(shè)備高度分散的場合非常適用。（2）局域網(wǎng)的技術(shù)已經(jīng)很成熟了，適于多種場合，可支持雙絞線、電力線、光纜、射頻、紅外線等。它的不足之處是：它依賴PC機作為網(wǎng)關(guān)進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，在多個單片機系統(tǒng)分散的情況下，專用網(wǎng)絡(luò)布線極為不便；需要在PC機上安裝專門的協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件，而這些軟件費用較高。？

3 結(jié)束語？

信息家電等電子設(shè)備聯(lián)入Internet在當(dāng)今十分流行，可選擇的方案也有很多。有些方案如局域網(wǎng)掛接Internet更像是一種過渡型方案要，而隨著Linux的普及與流行，以之為基礎(chǔ)的嵌入式操作系統(tǒng)則顯得更有活力。在實際應(yīng)用中，人們可根據(jù)具體場合及特定要求進行選擇。