1、嵌入式Internet技術的實現方法論文摘要：近幾年來，嵌入式相關技術的開展非常迅速，嵌入式CPU處理能力也越來越強，由8位、16位、升級到32位、64位，使得一些需要高性能嵌入式CPU支持的嵌入式系統，如掌上電腦、PDA、機頂盒等產品紛紛登場，預示著以信息家電為代表的互聯網時代嵌入式產品的興起。嵌入式設備與Internet的結合代表著嵌入式系統和網絡技術的真正未來，為嵌入式市場展現了美好前景。嵌入式系統與Internet技術的結合已經成為嵌入式系統研究領域的一個新興前沿課題，這就是嵌入式Internet技術。嵌入式 Internet技術是一種設備接入技術或者說是一種異種網絡互連技術，它主要解

2、決的問題是通過Web和嵌入式技術實現從不同子網、不同的物理區域對接入到Internet的設備和異類子網進行監控、診斷、測試、管理、及維護等操作，從而使用戶對接入到Internet上的各種設備或其它類型的子網具有遠程監控、診斷和管理的能力。關鍵字：嵌入式、嵌入式Internet技術、嵌入式系統一、背景近幾年來，嵌入式相關技術的開展非常迅速，嵌入式CPU處理能力也越來越強，由8位、16位、升級到32位、64位，使得一些需要高性能嵌入式CPU支持的嵌入式系統，如掌上電腦、PDA、機頂盒等產品紛紛登場，預示著以信息家電為代表的互聯網時代嵌入式產品的興起。嵌入式設備與Internet的結合代表著嵌入式系

3、統和網絡技術的真正未來，為嵌入式市場展現了美好前景。嵌入式系統與Internet技術的結合已經成為嵌入式系統研究領域的一個新興前沿課題，這就是嵌入式Internet技術。嵌入式系統是指嵌入式計算機系統。一個嵌入式計算機系統應該是一個計算機硬件和軟件的集合體，它是以應用為中心，以計算機技術為根底，軟件硬件可裁減，適應應用系統，對功能、可靠性、本錢、體積、功耗、嚴格要求的專用計算機系統。從形式上來說，嵌入式系統能夠輔助其宿主系統完成某些功能或提高某些性能，而不被最終用戶所在意。嵌入式系統的根底是以應用為中心的芯片設計和面向應用的軟件產品開發。典型的嵌入式系統由兩局部組成：以嵌入式CPU包括微處理器

4、MPU和微控制器MCU為中心的硬件設計和基于實時操作系統RTOS的嵌入式應用軟件開發。二、課題的提出嵌入式 Internet技術是一種設備接入技術或者說是一種異種網絡互連技術，它主要解決的問題是通過Web和嵌入式技術實現從不同子網、不同的物理區域對接入到Internet的設備和異類子網進行監控、診斷、測試、管理、及維護等操作，從而使用戶對接入到Internet上的各種設備或其它類型的子網具有遠程監控、診斷和管理的能力。機電一體化畢業論文Internet通信協議對計算機系統的CPU速度、存儲器容量等的要求比擬高，用于PC系統不存在任何困難，但是用于自身資源有限的嵌入式系統就必須根據需要有所取舍，

5、合理選擇通信協議的實現和處理方案。嵌入式Internet與MCU技術密切相關。利用單片機實現嵌入式互聯網方案的技術難點是：如何利用單片機本身有限的資源對信息進行TCP/IP協議處理，使之變成可以在互聯網上傳輸的IP數據包。嵌入式Internet技術就是要最大限度地利用嵌入式系統資源，根據TCP/IP協議對網絡數據信息進行最高效的處理。目前，存在四種實現嵌入式Internet技術的方案。1、PC機網關方案圖1 ONDC模型示意圖第一種嵌入式Internet的實現方案產生于20世紀90年代中期。人們采用PC機+網卡+采集插卡組成以太網網關，進行協議轉換，將由現場總線連接現場設備組成的分布式系統接入

6、以太網，將管理PC機放在以太網內，組成一個較大的自控系統。這種組成方式本錢很高，只適用于大的自控系統。東北大學CNCI研究所提出的ONDC模型OpenNetwork Device Connectivity正是這種形式的典型代表。圖1為ONDC模型的邏輯拓撲結構示意圖。該圖描述了當時實現整個嵌入式Internet的體系結構。從圖上可以看出，ONDC效勞器實際上充當了從Fieldbus到Ethernet的網關。ONDC的實現采用了先進的智能控制器技術和Internet技術。每個設備都通過控制盒控制，所有這些控制盒通過現場總線連接起來到達ONDC效勞器后來稱為EI網關，效勞器能夠存取控制盒以實現控制

7、這些設備的目的。因為有了EI效勞器，各種功能可以通過網絡界面提供應遠程用戶，Web效勞器能夠使這種功能通過WEB瀏覽器在網上實現通信。通過這個系統，在權限允許的范圍內，可以在任何地方，任何時間控制和觀察現場總線網絡中的任何設備。由于ONDC系統還提供了遠程任務下載的能力，當系統在運行時，你甚至可以在家里通過調制解調器改變控制盒的程序。從而實現了功能下載;。ONDC模型最大的功績在于它實現了世界上最小的物理網現場總線網和世界上最大的邏輯網Internet之間的互聯，這一模型的實現可以說是具有劃時代意義的，它讓我們對于Internet的認識和應用有了更多的想象空間。2、嵌入式系統網關在20世紀90

8、年代后期，人們采用嵌入式系統+以太網卡+采集卡來組成以太網網關以實現嵌入式Internet技術。這一階段的嵌入式系統實際上是在硬件和軟件上均可按用戶需要進行剪裁的PC機。例如，PC-104結構的單板機實際上就是一臺沒有顯示器、鍵盤、硬盤、軟盤的PC-486DX計算機，有電子硬盤及各種I/O插口，可裝入Windows CE和其他PC機應用軟件。所以，實際上它是第一種網關的簡化和微型化。它的本錢比第一種有所下降，但價格還是較高。另外，利用了PC機的軟件，開發速度較快。代表這一系統的有東大新業公司的Webit 1.0產品，如圖2所示。圖2 東大新業的Webit 1.0產品東北大學新業公司的Webit

9、 1.0產品推出于2000年初，它采用了嵌入式PC機的體系結構和主板，中央處理器為Cyrix的MediaGX200MHz處理器。運行有嵌入式Linux內核的PC體系結構提供了完整的網絡接口。Webit產品是一個基于Embedded Internet技術的高新技術產品。它在Internet網絡中代替了傳統結構中的PC機或Server，它使得任何一個電器設備可以通過Internet用TCP/IP協議來訪問。對照傳統的Internet結構圖，我們可以看出，傳統的PC實現的是使人能夠通過Internet來訪問數據，傳統的Server實現的是使數據Data能夠通過Internet來發布。而Webit針對

10、的用戶;是設備，而不是人。我們說，傳統的Internet實現了通過Web來訪問數據Data、訪問音頻Audio、訪問視頻Video。而Webit產品那么實現了對現場設備輸入/輸出I/O數據的訪問，實現了對設備行為Action的訪問。另一方面，Webit還實現了通過Web效勞進行一個或多個控制電器代碼的下載Download，所下載的代碼可以立即被啟動執行。而這些代碼是不依賴于Webit本身的。這個功能是傳統的Internet效勞器或客戶機所不具有的。圖3 Webit 1.0邏輯結構圖圖3為Webit的工作邏輯結構識示意，從圖中，可以看出Webit的實現過程是這樣的：首先，遠端用戶通過Web瀏覽器

11、例如Microsoft的IE訪問Webit。運行于Webit上的Web Server程序將把一段Java程序通過Internet傳輸到遠端的Web瀏覽器上，然后，Web瀏覽器將解釋并執行這個Java程序。該程序實現的才是真正Webit客戶端的功能。由于Java語言的跨平臺型，使我們的Webit的使用不受用戶客戶端軟件平臺的限制。被執行的Java程序與位于Webit上的EI效勞器程序通信。通過交互式的界面，可以對連接到Webit上的用戶設備進行訪問控制，醫學包括端口的讀、寫、與、或、異或、取反等根本操作及下載功能。3、單片機系統實現的方案2000年以來，人們利用單片機加上以太網接口芯片組成了嵌入

12、式Internet網關。這實際上是嵌入式網關向群眾化、普及化的進一步開展。它以單片機取代PC機，用以太網接口芯片取代以太網卡，使整體系統的價格下降到幾百元。這就使現場設備能以低廉的費用，以簡捷的方式接入以太網，使網絡家電變為現實，使以太網分布式控制系統能得到迅速的開展。這種方案中的微處理器所含蓋的范圍很廣，有具備較強的計算處理能力的32位處理器，也有8位或16位的微控制器。通過設計合理的最小系統，能夠提供實現Internet網絡協議棧所需的資源和性能；在嵌入式操作系統RTOS平臺上進行軟件開發，可以完成TCP/IP協議處理以及其他更多更復雜的功能，實現TCP/IP over PPPPoint-

13、to-Point或者TCP/IP over Ethernet的方案、設計應用編程接口為高層協議軟件提供訪問Internet進行通信的函數并不困難。目前微處理器廠商如Motorola，Intel，AMD，ARM等公司都支持RTOS，軟件提供商入Wind River System，Tasking，CMX，AcceleratedTechnology等公司提供面向不同類型和需求的嵌入式軟件產品。隨著微處理器價格急劇下降，利用RTOS開發嵌入式應用系統已經逐漸成為趨勢。根據系統性能的要求，選擇合理的微處理器及其開發套件，選取適當的RTOS軟件包，可以提高系統開發效率，最終到達系統目標。但是購置優秀的商用

14、RTOS完整軟件包需要支付昂貴的版權許可，而且系統的擴展性和靈活行受到限制?，F在Linux作為開放源代碼的多任務操作系統加到嵌入式系統的開發應用中，但是技術尚未完全成熟，因此在開發嵌入式Internet技術時有諸多要素必須權衡。圖4 采用AVR處理器接入Internet的最簡方案圖4表示的是如何通過一塊低價格處理器實現Internet接入的功能。系統采用了AVR處理器內核實現，處理器通過UART口或I/O口經電平轉換或功率驅動以后與現場設備的控制線相連，能實現對設備的管理與控制。另一方面，AVR單片機通過連接到廉價的ISA總線的網卡芯片上，能夠對外Internet上的用戶提供一種通過以太網接口

15、訪問嵌入式系統的方法。此外，系統還在單片機外部擴充了一個串行SEEPROM芯片來存儲系統工作時要用到的文件數據。串行SEEPROM芯片種應該有一個簡單的文件系統，其中存儲的數據包括HTML網頁，GIF和JPEG圖像等。4、SoC技術實現方案第四種是近兩年來，隨著SoC芯片化技術的不斷提高，出現了大量相對于模塊化、芯片化的協議轉換產品，片上系統System on Chip的解決方案在具有模塊化協議轉換產品的優點之外，還能提供更小的體積，更低廉的價格，更好的連接界面，更穩定的產品特性，更好的易用性，是目前協議轉換需求解決方案的開展趨勢。相對應的產品有Rabbit公司的Rabbit2000，UbiC

16、om公司的IP2022，iReady公司的S7600等。SoC技術利用RISC體系結構技術，在硅片級完全采用硬件邏輯實現TCP/IP協議棧，提供以太網Ethernet或串行鏈路PPP介質支持；支持實時操作系統，實現TCP、UDP、ARP、RARP、ICMP等網絡根底協議，同時提供的Internet高層協議軟件，如HTTP、FTP、SMTP等的支持。Internet控制器芯片的處理速度非常快，可高達每秒1億條指令，支持實時多任務操作，能夠實現8位嵌入式系統完全接入Internet。此方案具有開發時間短，系統本錢低的優點。因此對于開發小型、廉價的信息中間產品是比擬好的選擇。四、總結與展望嵌入式網絡

17、通信和實時操作系統是嵌入式工業的新興應用領域，隨著高位微處理器性能提高、價格下降，數字化設備將會具有更強的處理能力，嵌入式系統的開發也越來越復雜。很顯然在目前進行的嵌入式Internet技術的不同方案中，采用單片機系統的方案在現階段具有更廣泛的應用前途，包含更深刻的理論和應用價值。這也正是本論文工作的重要意義所在。然而隨著嵌入式Internet技術的不斷應用和普及，嵌入式產品的需求將變得越來越標準，巨大的市場需求將帶動SoC產品的規?；a。可以預見，在不久的將來，面向不同需求的系列化嵌入式Internet芯片必將大量上市，而其價格將非常低廉。參考文獻1.Bruce Powel Douglas

18、s著，尹浩瓊等譯實時UML開發嵌入式系統高效對象第二版，北京 中國電力出版社，20032.Wayne Wolf著，孫玉芳等譯嵌入式計算機系統設計原理，北京：機械工業出版社，20023.李闊，阮冠春，喬業，趙?；贘ava Bean技術的Embedded Internet模型及實現東北大學學報自然科學版2000，21(5)：4774.金歡，阮冠春，徐凌宇，趙?；谇度胧絀nternet技術的Webit體系結構研究與實現控制與決策2002，本科論文17(5)：541論文摘要：近幾年來，嵌入式相關技術的開展非常迅速，嵌入式CPU處理能力也越來越強，由8位、16位、升級到32位、64位，使得一些需要高

19、性能嵌入式CPU支持的嵌入式系統，如掌上電腦、PDA、機頂盒等產品紛紛登場，預示著以信息家電為代表的互聯網時代嵌入式產品的興起。嵌入式設備與Internet的結合代表著嵌入式系統和網絡技術的真正未來，為嵌入式市場展現了美好前景。嵌入式系統與Internet技術的結合已經成為嵌入式系統研究領域的一個新興前沿課題，這就是嵌入式Internet技術。嵌入式 Internet技術是一種設備接入技術或者說是一種異種網絡互連技術，它主要解決的問題是通過Web和嵌入式技術實現從不同子網、不同的物理區域對接入到Internet的設備和異類子網進行監控、診斷、測試、管理、及維護等操作，從而使用戶對接入到Inte

20、rnet上的各種設備或其它類型的子網具有遠程監控、診斷和管理的能力。關鍵字：嵌入式、嵌入式Internet技術、嵌入式系統一、背景近幾年來，嵌入式相關技術的開展非常迅速，嵌入式CPU處理能力也越來越強，由8位、16位、升級到32位、64位，使得一些需要高性能嵌入式CPU支持的嵌入式系統，如掌上電腦、PDA、機頂盒等產品紛紛登場，預示著以信息家電為代表的互聯網時代嵌入式產品的興起。嵌入式設備與Internet的結合代表著嵌入式系統和網絡技術的真正未來，為嵌入式市場展現了美好前景。嵌入式系統與Internet技術的結合已經成為嵌入式系統研究領域的一個新興前沿課題，這就是嵌入式Internet技術。嵌入式系統是指嵌入式計算機系統。一個嵌入式計算機系統應該是一個計算機硬件和軟件的集合體，它是以應用為中心，以計算機技術為根底，軟件硬件可裁減，適應應用系統，對功能、可靠性、本錢、體積、功耗、嚴格要求的專用計算機系統。從形式上來說，嵌入式系統能夠輔助其宿主系統完成某些功能或提高某些性能，而不被最終用戶所在意。嵌入式系統的根底是以應用為中心的芯片設計和面向應用的軟件產品開發。典型的嵌入式系統由兩局部組成：以嵌入式CPU包括微處理器MPU和微控制器MCU為中心的硬件設計和基于