簡(jiǎn)化嵌入式系統的物聯(lián)網(wǎng)連接

發(fā)布時(shí)間:2013-11-29 11:12    發(fā)布者:eechina
關(guān)鍵詞: lwIP , 物聯(lián)網(wǎng)
作者: Meng He

ABI Research指出,目前市場(chǎng)上的無(wú)線(xiàn)連接設備已超過(guò)100億部,而到2020年通過(guò)無(wú)線(xiàn)連接到物聯(lián)網(wǎng)(萬(wàn)物互聯(lián))的設備將突破300億部。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)越來(lái)越受到人們的重視,許多OEM廠(chǎng)商都發(fā)現自身面臨的壓力也越來(lái)越大,他們必須為各種產(chǎn)品提供因特網(wǎng)連接功能,才能從實(shí)現設備間的通信功能中受益。但是,許多開(kāi)發(fā)人員并不熟悉如何實(shí)現高度穩健的TCP/IP協(xié)議棧。本文將探討在嵌入式系統中有關(guān)支持因特網(wǎng)連接功能的主要問(wèn)題,以及如何通過(guò)新工具幫助開(kāi)發(fā)人員為系統提供TCP/IP且無(wú)需擔心低層次實(shí)現細節問(wèn)題。

首先,讓我們簡(jiǎn)要回顧一下TCP/IP協(xié)議。傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)協(xié)議(TCP/IP)是連接到因特網(wǎng)的硬件設備之間用于交換數據的通用語(yǔ)言。這些規則管理著(zhù)終端操作系統(Windows、iOS、Linux等)之間的交換機制以及SMTP、FTP、HTTP等一系列具體協(xié)議。

TCP/IP被細分為不同的“層”(詳見(jiàn)圖1)。因特網(wǎng)數據以數據片段的格式從應用層路由到傳輸層。物理層是在IEEE 802.3規范所定義的以太網(wǎng)協(xié)議下,數據通過(guò)“因特網(wǎng)”進(jìn)行物理傳輸的地方。以太網(wǎng)有多種不同的規范版本,可提供各種最大比特率、傳輸模式和傳輸介質(zhì)(光纖、同軸電纜等)。介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制(MAC)是物理層非常重要的部分,MAC地址表示以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )上節點(diǎn)的物理地址。每個(gè)以太網(wǎng)幀都包含一個(gè)源地址和一個(gè)目的地址。


圖1. 因特網(wǎng)上的數據傳輸

應用層負責提供用戶(hù)接口。以下是常見(jiàn)的應用層協(xié)議 。

1. 超文本傳輸協(xié)議(HTTP):傳輸與瀏覽萬(wàn)維網(wǎng)(WWW)相關(guān)的數據。

2. 簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議(SMTP):支持整個(gè)因特網(wǎng)上的電子郵件傳輸。

3. 文件傳輸協(xié)議(FTP):用于在因特網(wǎng)上傳輸文件。

4. 域名系統(DNS):翻譯域名。

5. 動(dòng)態(tài)主機配置協(xié)議(DHCP):為特定節點(diǎn)動(dòng)態(tài)分配IP地址。

6. Telnet:為節點(diǎn)創(chuàng )建互動(dòng)的TCP連接。

7. 簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò )時(shí)間協(xié)議(SNTP):支持節點(diǎn)時(shí)鐘與參考時(shí)鐘同步。

8. 簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò )管理協(xié)議(SNMP):用于監控網(wǎng)絡(luò )連接設備,檢查是否存在發(fā)生故障等需要干預的情況。

嵌入式TCP/IP協(xié)議棧的兩種最常見(jiàn)用途就是消息傳送和Web頁(yè)面顯示。例如,簡(jiǎn)單的SMTP消息傳送系統允許微控制器獲得傳感器讀數,并根據預設的間隔將讀數以消息或電子郵件的形式發(fā)送給中央存儲庫,以便記錄和分析。家庭中可采用這種應用每隔一小時(shí)給住戶(hù)發(fā)送室溫電子郵件,當然我們也可進(jìn)一步擴展這種使用案例。嵌入式微控制器不僅能讀取溫度信息,而且能監控門(mén)窗是否鎖好、燈光是否關(guān)閉等。這些系統可以全天候監控有關(guān)信息。如果住戶(hù)將要工作到很晚才回家,那么他/她可使用HTTP請求微控制器發(fā)送包含所有相關(guān)信息的Web頁(yè)面。然后,住戶(hù)可通過(guò)改變Web頁(yè)面上的一些字段,打開(kāi)某些房間的燈、提升溫度、并執行其它任務(wù)。

實(shí)現能夠滿(mǎn)足各個(gè)系統要求的以太網(wǎng)子系統有多種不同方式:

1. 以太網(wǎng)控制器模塊

包含TCP/IP硬連線(xiàn)芯片、變壓器和RJ45的控制器模塊能大幅簡(jiǎn)化所提供的連接功能。完整的廠(chǎng)商生態(tài)系統可提供各種現成可用的模塊,不僅能加速產(chǎn)品的上市進(jìn)程,同時(shí)還提供極具吸引力的價(jià)格點(diǎn)。這種方案對于想要快速開(kāi)發(fā)因特網(wǎng)系統的工程師來(lái)說(shuō)非常理想。例如,開(kāi)發(fā)人員可選擇Wiznet的WIZ550io、W5100 shield以及Rabbit Semiconductor的以太網(wǎng)模塊RCM6760 MiniCore等模塊。隨著(zhù)Arduino平臺的日益普及,市場(chǎng)上也開(kāi)始出現許多兼容于官方Arduino開(kāi)發(fā)板的模塊。

2. TCP/IP IC加一款MCU

此外,設計人員還能將TCP/IP控制器連接到他們的嵌入式微控制器。例如,Microchip的ENC28J60以太網(wǎng)模塊能通過(guò)SPI接口直接連接到大多數的微控制器。這些模塊通常采用獨立的以太網(wǎng)控制器IC,其具有眾多特性,能夠處理大部分的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議要求。這樣的基礎架構能幫助設計人員構建并共享他們自己的以太網(wǎng)項目。例如,Github上有個(gè)項目(https://github.com/kmmankad/ENC28J60-PSoC3)就能支持賽普拉斯的可編程片上系統(PSoC)控制器和基于ENC28J60的器件之間的因特網(wǎng)連接;PSoC 3的同一項目同時(shí)也可移植到PSoC 5中。這種實(shí)現方案的優(yōu)勢在于它能將微控制器內核和其它片上資源釋放出來(lái),以滿(mǎn)足其它系統功能的需求。在硬件層面,我們只需要一個(gè)RJ45連接器、磁性元件、一個(gè)25 MHz的晶振或振蕩器以及一些無(wú)源組件即可。

3. 支持lwIP的單芯片微控制器

輕量級IP(lwIP)是一種廣泛使用的開(kāi)源TCP/IP協(xié)議棧,專(zhuān)門(mén)針對嵌入式系統而精心設計,并獲得了全球開(kāi)發(fā)人員網(wǎng)絡(luò )的支持。對許多應用來(lái)說(shuō),lwIP可提供以太網(wǎng)功能,同時(shí)能大幅降低MCU的資源占用率。MCU實(shí)現協(xié)議棧從物理上需要MAC和PHY。lwIP對于想要實(shí)現低成本連接功能的設計人員來(lái)說(shuō)是一種理想選擇。但是,由于這更像是一種DIY類(lèi)型的實(shí)現方案,因此開(kāi)發(fā)人員還必須愿意為解決協(xié)議棧問(wèn)題而付諸努力。這種實(shí)現方案的挑戰在于系統資源的使用以及動(dòng)態(tài)分配MAC地址的功能。PSoC的動(dòng)態(tài)可重配置屬性使得解決上述挑戰成為可能。PSoC的數字側由通用數字模塊(UDB)組成,可用于平衡配置粒度并支持高效的實(shí)現方案。這種方法的基礎就在于能定制器件數字操作,從而滿(mǎn)足應用要求。例如,片上DMA使我們能設計出可配置的RX和TX FIFO。PSoC設計環(huán)境PSoC Creator支持開(kāi)發(fā)人員構建自己的以太網(wǎng)組件,并將其作為系統級設計中的虛擬芯片。

連接功能代表著(zhù)未來(lái)需求,世界正日益依賴(lài)因特網(wǎng)來(lái)促進(jìn)并擴展通信。隨著(zhù)芯片廠(chǎng)商推出具有更多實(shí)現選項和更高靈活性的成熟產(chǎn)品,設計人員可根據所需級別從現成可用的交鑰匙模塊到DIY嵌入式方案中做出購買(mǎi)選擇。
本文地址:http://selenalain.com/thread-123996-1-1.html     【打印本頁(yè)】

本站部分文章為轉載或網(wǎng)友發(fā)布,目的在于傳遞和分享信息,并不代表本網(wǎng)贊同其觀(guān)點(diǎn)和對其真實(shí)性負責;文章版權歸原作者及原出處所有,如涉及作品內容、版權和其它問(wèn)題,我們將根據著(zhù)作權人的要求,第一時(shí)間更正或刪除。
上網(wǎng)去溜溜 發(fā)表于 2013-12-17 09:16:11
不錯
您需要登錄后才可以發(fā)表評論 登錄 | 立即注冊

相關(guān)視頻

關(guān)于我們  -  服務(wù)條款  -  使用指南  -  站點(diǎn)地圖  -  友情鏈接  -  聯(lián)系我們
電子工程網(wǎng) © 版權所有   京ICP備16069177號 | 京公網(wǎng)安備11010502021702
快速回復 返回頂部 返回列表
午夜高清国产拍精品福利|亚洲色精品88色婷婷七月丁香|91久久精品无码一区|99久久国语露脸精品|动漫卡通亚洲综合专区48页