嵌入式Internet技术的实现方法

1、嵌入式Internet技术的实现方法论文摘要：近几年来，嵌入式相关技术的开展非常迅速，嵌入式CPU处理能力也越来越强，由8位、16位、升级到32位、64位，使得一些需要高性能嵌入式CPU支持的嵌入式系统，如掌上电脑、PDA、机顶盒等产品纷纷登场，预示着以信息家电为代表的互联网时代嵌入式产品的兴起。嵌入式设备与Internet的结合代表着嵌入式系统和网络技术的真正未来，为嵌入式市场展现了美好前景。嵌入式系统与Internet技术的结合已经成为嵌入式系统研究领域的一个新兴前沿课题，这就是嵌入式Internet技术。嵌入式 Internet技术是一种设备接入技术或者说是一种异种网络互连技术，它主要解

2、决的问题是通过Web和嵌入式技术实现从不同子网、不同的物理区域对接入到Internet的设备和异类子网进行监控、诊断、测试、管理、及维护等操作，从而使用户对接入到Internet上的各种设备或其它类型的子网具有远程监控、诊断和管理的能力。关键字：嵌入式、嵌入式Internet技术、嵌入式系统一、背景近几年来，嵌入式相关技术的开展非常迅速，嵌入式CPU处理能力也越来越强，由8位、16位、升级到32位、64位，使得一些需要高性能嵌入式CPU支持的嵌入式系统，如掌上电脑、PDA、机顶盒等产品纷纷登场，预示着以信息家电为代表的互联网时代嵌入式产品的兴起。嵌入式设备与Internet的结合代表着嵌入式系

3、统和网络技术的真正未来，为嵌入式市场展现了美好前景。嵌入式系统与Internet技术的结合已经成为嵌入式系统研究领域的一个新兴前沿课题，这就是嵌入式Internet技术。嵌入式系统是指嵌入式计算机系统。一个嵌入式计算机系统应该是一个计算机硬件和软件的集合体，它是以应用为中心，以计算机技术为根底，软件硬件可裁减，适应应用系统，对功能、可靠性、本钱、体积、功耗、严格要求的专用计算机系统。从形式上来说，嵌入式系统能够辅助其宿主系统完成某些功能或提高某些性能，而不被最终用户所在意。嵌入式系统的根底是以应用为中心的芯片设计和面向应用的软件产品开发。典型的嵌入式系统由两局部组成：以嵌入式CPU包括微处理器

4、MPU和微控制器MCU为中心的硬件设计和基于实时操作系统RTOS的嵌入式应用软件开发。二、课题的提出嵌入式 Internet技术是一种设备接入技术或者说是一种异种网络互连技术，它主要解决的问题是通过Web和嵌入式技术实现从不同子网、不同的物理区域对接入到Internet的设备和异类子网进行监控、诊断、测试、管理、及维护等操作，从而使用户对接入到Internet上的各种设备或其它类型的子网具有远程监控、诊断和管理的能力。机电一体化毕业论文Internet通信协议对计算机系统的CPU速度、存储器容量等的要求比拟高，用于PC系统不存在任何困难，但是用于自身资源有限的嵌入式系统就必须根据需要有所取舍，

5、合理选择通信协议的实现和处理方案。嵌入式Internet与MCU技术密切相关。利用单片机实现嵌入式互联网方案的技术难点是：如何利用单片机本身有限的资源对信息进行TCP/IP协议处理，使之变成可以在互联网上传输的IP数据包。嵌入式Internet技术就是要最大限度地利用嵌入式系统资源，根据TCP/IP协议对网络数据信息进行最高效的处理。目前，存在四种实现嵌入式Internet技术的方案。1、PC机网关方案图1 ONDC模型示意图第一种嵌入式Internet的实现方案产生于20世纪90年代中期。人们采用PC机+网卡+采集插卡组成以太网网关，进行协议转换，将由现场总线连接现场设备组成的分布式系统接入

6、以太网，将管理PC机放在以太网内，组成一个较大的自控系统。这种组成方式本钱很高，只适用于大的自控系统。东北大学CNCI研究所提出的ONDC模型OpenNetwork Device Connectivity正是这种形式的典型代表。图1为ONDC模型的逻辑拓扑结构示意图。该图描述了当时实现整个嵌入式Internet的体系结构。从图上可以看出，ONDC效劳器实际上充当了从Fieldbus到Ethernet的网关。ONDC的实现采用了先进的智能控制器技术和Internet技术。每个设备都通过控制盒控制，所有这些控制盒通过现场总线连接起来到达ONDC效劳器后来称为EI网关，效劳器能够存取控制盒以实现控制

7、这些设备的目的。因为有了EI效劳器，各种功能可以通过网络界面提供应远程用户，Web效劳器能够使这种功能通过WEB浏览器在网上实现通信。通过这个系统，在权限允许的范围内，可以在任何地方，任何时间控制和观察现场总线网络中的任何设备。由于ONDC系统还提供了远程任务下载的能力，当系统在运行时，你甚至可以在家里通过调制解调器改变控制盒的程序。从而实现了功能下载;。ONDC模型最大的功绩在于它实现了世界上最小的物理网现场总线网和世界上最大的逻辑网Internet之间的互联，这一模型的实现可以说是具有划时代意义的，它让我们对于Internet的认识和应用有了更多的想象空间。2、嵌入式系统网关在20世纪90

8、年代后期，人们采用嵌入式系统+以太网卡+采集卡来组成以太网网关以实现嵌入式Internet技术。这一阶段的嵌入式系统实际上是在硬件和软件上均可按用户需要进行剪裁的PC机。例如，PC-104结构的单板机实际上就是一台没有显示器、键盘、硬盘、软盘的PC-486DX计算机，有电子硬盘及各种I/O插口，可装入Windows CE和其他PC机应用软件。所以，实际上它是第一种网关的简化和微型化。它的本钱比第一种有所下降，但价格还是较高。另外，利用了PC机的软件，开发速度较快。代表这一系统的有东大新业公司的Webit 1.0产品，如图2所示。图2 东大新业的Webit 1.0产品东北大学新业公司的Webit

9、 1.0产品推出于2000年初，它采用了嵌入式PC机的体系结构和主板，中央处理器为Cyrix的MediaGX200MHz处理器。运行有嵌入式Linux内核的PC体系结构提供了完整的网络接口。Webit产品是一个基于Embedded Internet技术的高新技术产品。它在Internet网络中代替了传统结构中的PC机或Server，它使得任何一个电器设备可以通过Internet用TCP/IP协议来访问。对照传统的Internet结构图，我们可以看出，传统的PC实现的是使人能够通过Internet来访问数据，传统的Server实现的是使数据Data能够通过Internet来发布。而Webit针对

10、的用户;是设备，而不是人。我们说，传统的Internet实现了通过Web来访问数据Data、访问音频Audio、访问视频Video。而Webit产品那么实现了对现场设备输入/输出I/O数据的访问，实现了对设备行为Action的访问。另一方面，Webit还实现了通过Web效劳进行一个或多个控制电器代码的下载Download，所下载的代码可以立即被启动执行。而这些代码是不依赖于Webit本身的。这个功能是传统的Internet效劳器或客户机所不具有的。图3 Webit 1.0逻辑结构图图3为Webit的工作逻辑结构识示意，从图中，可以看出Webit的实现过程是这样的：首先，远端用户通过Web浏览器

11、例如Microsoft的IE访问Webit。运行于Webit上的Web Server程序将把一段Java程序通过Internet传输到远端的Web浏览器上，然后，Web浏览器将解释并执行这个Java程序。该程序实现的才是真正Webit客户端的功能。由于Java语言的跨平台型，使我们的Webit的使用不受用户客户端软件平台的限制。被执行的Java程序与位于Webit上的EI效劳器程序通信。通过交互式的界面，可以对连接到Webit上的用户设备进行访问控制，医学包括端口的读、写、与、或、异或、取反等根本操作及下载功能。3、单片机系统实现的方案2000年以来，人们利用单片机加上以太网接口芯片组成了嵌入

12、式Internet网关。这实际上是嵌入式网关向群众化、普及化的进一步开展。它以单片机取代PC机，用以太网接口芯片取代以太网卡，使整体系统的价格下降到几百元。这就使现场设备能以低廉的费用，以简捷的方式接入以太网，使网络家电变为现实，使以太网分布式控制系统能得到迅速的开展。这种方案中的微处理器所含盖的范围很广，有具备较强的计算处理能力的32位处理器，也有8位或16位的微控制器。通过设计合理的最小系统，能够提供实现Internet网络协议栈所需的资源和性能；在嵌入式操作系统RTOS平台上进行软件开发，可以完成TCP/IP协议处理以及其他更多更复杂的功能，实现TCP/IP over PPPPoint-

13、to-Point或者TCP/IP over Ethernet的方案、设计应用编程接口为高层协议软件提供访问Internet进行通信的函数并不困难。目前微处理器厂商如Motorola，Intel，AMD，ARM等公司都支持RTOS，软件提供商入Wind River System，Tasking，CMX，AcceleratedTechnology等公司提供面向不同类型和需求的嵌入式软件产品。随着微处理器价格急剧下降，利用RTOS开发嵌入式应用系统已经逐渐成为趋势。根据系统性能的要求，选择合理的微处理器及其开发套件，选取适当的RTOS软件包，可以提高系统开发效率，最终到达系统目标。但是购置优秀的商用

14、RTOS完整软件包需要支付昂贵的版权许可，而且系统的扩展性和灵活行受到限制。现在Linux作为开放源代码的多任务操作系统加到嵌入式系统的开发应用中，但是技术尚未完全成熟，因此在开发嵌入式Internet技术时有诸多要素必须权衡。图4 采用AVR处理器接入Internet的最简方案图4表示的是如何通过一块低价格处理器实现Internet接入的功能。系统采用了AVR处理器内核实现，处理器通过UART口或I/O口经电平转换或功率驱动以后与现场设备的控制线相连，能实现对设备的管理与控制。另一方面，AVR单片机通过连接到廉价的ISA总线的网卡芯片上，能够对外Internet上的用户提供一种通过以太网接口

15、访问嵌入式系统的方法。此外，系统还在单片机外部扩充了一个串行SEEPROM芯片来存储系统工作时要用到的文件数据。串行SEEPROM芯片种应该有一个简单的文件系统，其中存储的数据包括HTML网页，GIF和JPEG图像等。4、SoC技术实现方案第四种是近两年来，随着SoC芯片化技术的不断提高，出现了大量相对于模块化、芯片化的协议转换产品，片上系统System on Chip的解决方案在具有模块化协议转换产品的优点之外，还能提供更小的体积，更低廉的价格，更好的连接界面，更稳定的产品特性，更好的易用性，是目前协议转换需求解决方案的开展趋势。相对应的产品有Rabbit公司的Rabbit2000，UbiC

16、om公司的IP2022，iReady公司的S7600等。SoC技术利用RISC体系结构技术，在硅片级完全采用硬件逻辑实现TCP/IP协议栈，提供以太网Ethernet或串行链路PPP介质支持；支持实时操作系统，实现TCP、UDP、ARP、RARP、ICMP等网络根底协议，同时提供的Internet高层协议软件，如HTTP、FTP、SMTP等的支持。Internet控制器芯片的处理速度非常快，可高达每秒1亿条指令，支持实时多任务操作，能够实现8位嵌入式系统完全接入Internet。此方案具有开发时间短，系统本钱低的优点。因此对于开发小型、廉价的信息中间产品是比拟好的选择。四、总结与展望嵌入式网络

17、通信和实时操作系统是嵌入式工业的新兴应用领域，随着高位微处理器性能提高、价格下降，数字化设备将会具有更强的处理能力，嵌入式系统的开发也越来越复杂。很显然在目前进行的嵌入式Internet技术的不同方案中，采用单片机系统的方案在现阶段具有更广泛的应用前途，包含更深刻的理论和应用价值。这也正是本论文工作的重要意义所在。然而随着嵌入式Internet技术的不断应用和普及，嵌入式产品的需求将变得越来越标准，巨大的市场需求将带动SoC产品的规模化生产。可以预见，在不久的将来，面向不同需求的系列化嵌入式Internet芯片必将大量上市，而其价格将非常低廉。参考文献1.Bruce Powel Douglas

18、s著，尹浩琼等译实时UML开发嵌入式系统高效对象第二版，北京 中国电力出版社，20032.Wayne Wolf著，孙玉芳等译嵌入式计算机系统设计原理，北京：机械工业出版社，20023.李阔，阮冠春，乔业，赵海基于Java Bean技术的Embedded Internet模型及实现东北大学学报自然科学版2000，21(5)：4774.金欢，阮冠春，徐凌宇，赵海基于嵌入式Internet技术的Webit体系结构研究与实现控制与决策2002，本科论文17(5)：541论文摘要：近几年来，嵌入式相关技术的开展非常迅速，嵌入式CPU处理能力也越来越强，由8位、16位、升级到32位、64位，使得一些需要高

19、性能嵌入式CPU支持的嵌入式系统，如掌上电脑、PDA、机顶盒等产品纷纷登场，预示着以信息家电为代表的互联网时代嵌入式产品的兴起。嵌入式设备与Internet的结合代表着嵌入式系统和网络技术的真正未来，为嵌入式市场展现了美好前景。嵌入式系统与Internet技术的结合已经成为嵌入式系统研究领域的一个新兴前沿课题，这就是嵌入式Internet技术。嵌入式 Internet技术是一种设备接入技术或者说是一种异种网络互连技术，它主要解决的问题是通过Web和嵌入式技术实现从不同子网、不同的物理区域对接入到Internet的设备和异类子网进行监控、诊断、测试、管理、及维护等操作，从而使用户对接入到Inte

20、rnet上的各种设备或其它类型的子网具有远程监控、诊断和管理的能力。关键字：嵌入式、嵌入式Internet技术、嵌入式系统一、背景近几年来，嵌入式相关技术的开展非常迅速，嵌入式CPU处理能力也越来越强，由8位、16位、升级到32位、64位，使得一些需要高性能嵌入式CPU支持的嵌入式系统，如掌上电脑、PDA、机顶盒等产品纷纷登场，预示着以信息家电为代表的互联网时代嵌入式产品的兴起。嵌入式设备与Internet的结合代表着嵌入式系统和网络技术的真正未来，为嵌入式市场展现了美好前景。嵌入式系统与Internet技术的结合已经成为嵌入式系统研究领域的一个新兴前沿课题，这就是嵌入式Internet技术。嵌入式系统是指嵌入式计算机系统。一个嵌入式计算机系统应该是一个计算机硬件和软件的集合体，它是以应用为中心，以计算机技术为根底，软件硬件可裁减，适应应用系统，对功能、可靠性、本钱、体积、功耗、严格要求的专用计算机系统。从形式上来说，嵌入式系统能够辅助其宿主系统完成某些功能或提高某些性能，而不被最终用户所在意。嵌入式系统的根底是以应用为中心的芯片设计和面向应用的软件产品开发。典型的嵌入式系统由两局部组成：以嵌入式CPU包括微处理器MPU和微控制器MCU为中心的硬件设计和基于