四种嵌入式　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　实现方式 四种嵌入式处理器的特点

　　嵌入式设备一般都是以嵌入式微处理器（EMPU）、微控制器（MCU）或数字信号处理器（DSP）为核心的系统。嵌入式设备接入因特网的关键是实现TCP/IP协议。 　　国际上，微控制器和微处理器在工业自动化和设备管理中采用 TCP/IP 协议接入网络始于 1994 年，初期的进展比较缓慢。近几年来，由于微电子技术的迅猛发展，微控制器和微处理器的性能大大提高，而价格却大大降低，与此同时，因特网也以前所未有的速度向前发展，网络通信的性能、质量和可靠性得到稳步提高，网络普及程度迅速提高。世界各大公司看到了嵌入式设备连上因特网的巨大商业价值和市场潜力，纷纷投入力量研究，使得嵌入式 Internet 技术的研究和应用呈现出加速发展的势头。
　　嵌入式设备一般都是以嵌入式微处理器（EMPU）、微控制器（MCU）或数字信号处理器（DSP）为核心的系统。嵌入式设备接入因特网的关键是实现TCP/IP协议。目前嵌入式设备与 Internet 连接有如下四种可行的方式。
　　处理机加 TCP/IP 协议方式
　　采用处理机加 TCP/IP 协议方式，MCU 处理机像 PC 机一样直接处理 TCP/IP协议。一般需要高档的处理机，如 32 位的 ARM、SH3、MIPS 等 MCU和一些单周期指令速度较高的 8 位 MCU，如 AVR、SX 等，其结构见图 1。
　　
　　对TCP/IP协议的具体处理又有两种方法。
　　一种方法是采用实时操作系统(RTOS)，用软件方式直接处理TCP/IP协议。实时操作系统的功能越来越强大，许多都具有对图像界面和TCP/IP的支持能力。采用这种方式最灵活，能按用户需求实现很多复杂的功能，当然灵活的同时带来的是开发复杂度的增加，对开发人员的要求高，对操作系统和TCP/IP协议都要有一定的熟悉程度，因此开发周期也较长，高档MCU和RTOS的价格也很高。
　　另一种是采用固化了TCP/IP协议的硬件芯片。如Seiko Instruments公司的57600A等，它支持HTTP、SMTP、POP3、 MIME等多种协议，通过外部硬件电路处理TCP/IP协议，也可用UBICOM公司(原Scenix公司)的SX单片机加虚拟外设的方式。SX单片机采用CPU并行流水线和单时钟周期指令，其极限运行速度系数等于1，达到最大值，支持的晶振最大到100MHz，因此执行速度可达100MIPS。SX单片机的最大特点是支持虚拟外设，将许多功能模块(如DTMF接收与发送、TCP/IP协议等)设计成软件功能模块，需要使用某功能时自接调用相应模块，其效果等同于安装对应硬件外设电路，但虚拟外设方式更灵活更方便，且硬件电路简单。该方式与前一种相比更方便，开发难度有所降低，但还是需要熟悉TCP/IP协议和相关接口。
　　这两种方式类似于在MCU上实现PC机加网卡的功能，MCU自接处理TCP/IP协议，复杂度较高。它需要高档的MCU处理机和较高的开发成本，因此一般只会在一些高档产品(如汽车)中使用。
　　
　　Webit方式
　　
　　Webit是沈阳东大新业信息技术股份有限公司研制开发的嵌入式系统接入Internet的一个实用产品，它将MCU和以太网控制器集成到一块小板卡上，将它装入到嵌入系统中就可以完成嵌入系统与Internet网的连接。Webit与前面提到的第一种方式相似，但它有更高的集成度，将协议处理部分独立出来，开发人员省去了网络部分的设计，而将主要精力放在应用系统本身。Webit总体上是一个基于AVR单片机的系统，在单片机内有用来存储系统服务程序的8千字节的Flash空间、512字节的RAM空间以及用来存放系统参数(lP地址、MAC地址、串口波特率等)的EEPROM。在单片机的外围，有用来存放Web页面的EEPROM。系统中包含一个1 OM以太网控制器，用来提供网络的连接。系统提供的应用系统接口为TTL电平的DART口及14位I/O口，通过它与应用系统相连，其应用方式见图2。
　　
　　Webit方式实际上与第一种方式类似，只是将协议处理部分分离出来由Webit单独完成，开发人员可以不必考虑网络协议和相关接口，无需PC机，软、硬件结构可以独立设计，其开发成本相对较低。
　　专用嵌入式网络协议方式
　　这种方式利用了emWare公司开发的嵌入式Internet网络技术。EMIT由emNet和emGateway两部分组成，emNet协议运行在MCU内部，是为嵌入式系统和其他网络(如RS485, IR, RF和电力线等)进行连接的网络协议。同时，emNet使得集成emMicro的嵌入式系统能够和嵌入式微控制器网关emGateway进行有效的通信。嵌入式微控制器网关(即emGateway)运行在计算机、TV机顶盒或专用的家用电器服务器中，它是设备网络和Internet之间连接的桥梁。应用系统运行MCU内的emNet，通过emGateway与Internet连接，如图3。
　　
　　具体来讲，EMIT采用桌面计算机或高性能嵌入式处理器作为网关emGateway，支持TCP/IP协议并运行Internet服务程序，形成一个用户可通过网络浏览器进行远程访问的服务器。emGateway通过RS232, RS485, CAN、红外、射频等总线将多个嵌入式设备连系起来，每个嵌入式设备的应用程序中包含一个独立的通信任务，称为emMicro。监测嵌入式设备中预先定义的各个变量，并将结果反馈到 emGateway中，同时emMicro还，可以解释emGate-way的命令，修改设备中的变量，或进行某种控制。这种方式要求设计上程师必须熟悉emNet协议和相关的接口，并且软硬件设计的上作量仍然较大。应用系统的MCU处理emNet协议要占用一定的系统资源，对MCU的要求也较高，同时需要微机做网关。
　　
　　专用芯片Webchip方式
　　
　　Webchip是武汉力源公司于2000年4月开发出使嵌入式电子设备和家用电器与网络方便连接的实用解决方案。Webchip是独立于各种微控制器的专用网络接口芯片，它通过标准的输入、输出口与各种MCU相连。MCU通过Webchip与网关连接即可接收并执行经由Internet远程传来的命令或将数据交给Webchip发送出去。MCU应用系统通过Webchip网络芯片与Gateway连接，再进入Internet 网，如图4所示。
　　
　　Webchip的简要上述过程是: Webchip通过SPI三线串行接口与MCU应用系统连接。它与MCU应用系统交换信息是由17条简单的指令进行控制。Webchip的另一端以RS232, RS485或Modem等接口电路与基于PC机平台的网关接口。
　　Webchip在MCU应用系统接入Internet的过程中实际上是起了底层协议的编译、解释和转换作用，将MCU应用系统与网关再与Internet连接起来。这是由于PC机网关能提供HTTP服务，又可与网络浏览器接口。这种方案相对更简单，对MCU要求较低，无论是运行速度、硬件配置和存储器容量等方面均无特殊要求。软件设计也只需在原应用系统的基础上增加一小段接口程序，其他无需作大的改动。对设计工程师，不需要熟悉复杂的网络协议和相关接口，完全不必考虑任何网络协议，只需要解释并执行Webchip传送过来的指令和数据就可以实现与Internet网络连接。其开发周期更短更灵活。但它同采用专用嵌入式网络协议方案一样，需要微机做网关。
　　目前国内外很多厂家都在开展嵌入式Internet技术的研究，并且推出了各种各样的解决方案。很难简单地评价各种方案的优劣，也很难预测哪种方案能够成为世界公认的标准。但可以肯定的一点是，将Internet技术延伸到一个更为广阔的嵌入式应用领域将是一个巨大而有潜力的市场，尤其是工业控制领域。