信息家电嵌入式系统选择方案

　　1 引言？

　　Internet发展到今天，满足了人们许多方面的需求，但也面临着许多新的课题，如何让各种家用电子设备联入INTERNET从而实现远程控制即是其中很重要的一点。具有Internet/Intranet功能的网络化电子设备的实质是在电子设备的基础上实现网络化和信息化，其核心是使电子设备本身实现TCP/IP网络通信协议。？

　　总体上讲，电子设备网络化的方案可分为两大类，一类是直接在电子设备上实现TCP/IP，使之直接连上Internet;另一类是使电子设备经过通信转换后通过公共的TCP/IP转接口（或称网关Gateway）与Internet相连。？

　　前一类的典型代表是Wind River System公司的Vxworks及pSOS操作系统。由于TCP、IP协议的复杂性及系统实时性的要求，8位、16位的单片机很难满足该系统的要求。后一类的实现方案则有多种。第一种是用专用芯片来完成单片机与网关间的协议转换。其典型代表为武汉力源公司的Webchip芯片。第二种是用代理协议来完成单片机与网关间的协议转换。其典型代表是中国单片机公共实验室基于EMIT软件提出的BOL-IST方案。第三种方案是用单片机控制以太网网卡进行数据传输，此时须加载TCP/IP协议到单片机中。还有一种方案是在设备与网关之间的通信采用RS-232等“轻重量级”协议，而后通过网关接入Internet。

　　2 可行方案及其特点？

　　2.1 单片机嵌入微操作系统方案？

　　单片机嵌入微操作系统的方案是将微型操作系统集成入单片机中，由它来控制单片机完成包括连入Internet等一系列任务。各种任务由微操作系统统一调度完成。在单片机内载入专用操作系统必须满足一定的条件：必须使操作系统足够小并采用高档16、32位单片机。这是因为单片机内部的资源十分有限，不能载入复杂的系统并进行快速处理。从八十年代起，国际上就开始进行一些商用嵌入式系统和专有操作系统的开发，现在已经有了一些成熟的操作系统如：Windows CE、VxWorks、pSOS、Linux、VRTX等。采用本方案的优点有：（1）单片机应用系统可直接拨号上网，外围电路简单且系统功能强大。（2）近年来，随着Linux的普及，面临压力的各厂商开始考虑开放源代码，这无疑将促进其发展。不足之处：（1）一次性投资较大。主流产品如VxWorks及pSOS售价均在20000美元左右。如采用Linux则开发量较大。（2）须采用32位单片机，在大多数场合采用如此高端的产品造成资源浪费。耗用大量的IP地址，总体成本高。？

　　2.2 Webchip解决方案？

　　Webchip方案是在家用电器中内置一块Web接口芯片Webchip，将其作为智能装置连接到Internet网上的“桥梁”。Webchip是独立于各种微控制器MCU的专用网络芯片，通过标准的输入输出口，可与所有的微控制器相接。这样，微控制器可以通过Webhip接收并执行经由Internet远程传来的命令，或将一些数据交给Webchip发送出去。在Webchip方案中，嵌入式Internet网络中有一个被称为EmGateWay的网关，它可以是一台以Windows操作系统为平台的普通PC机，主要用于支持复杂的TCP/IP协议并提供http服务。

　　EmGateWay通过RS232、RS485、Lon works等轻量给网以及Modem、RF、IrDA等方式，将多个嵌入式设备或智能家电连接在一起，并担当TCP/IP和下级网之间有关协议的转换任务。采用Webchip方案的优点有：（1）可支持不同协议，应用系统的设计简单。（2）降低了对应用系统中MCU性能的要求，减少了应用系统硬件开支。（3）可充分利用现有设备。不足之处：（1）采用Webchip芯片后仍需通过网关代理。（2）用户不仅要购买支持不同协议的Webchip芯片，还要采用EmGateWay网关，总体花费较大。

　　2.3 EMIT解决方案？

　　emWare的EMIT软件技术使用标准的Internet协议对8位和16位嵌入式设备进行管理，而没有大型网络服务器的软、硬件开锁。它实际上是一种代理协议机制，利用网关在网络中桥接代理协议栈和TCP/IP协议栈。其思路是：一个通过互联网控制的电子设备，它和控制它的服务器之间只需要交换很少量的数据，不需要功能完整的TCP/IP协议去管理。网关完全可以担当得了翻译转换的业务，将代理协议提供的数据转换成TCP/IP需要的数据，或将TCP/IP发送的数据转换后提供给代理协议。EMIT常采用桌面计算机或高性能的嵌入式处理器作为网关，称为emGateway，emGateway通过RS-232、RS-485、CAN、红外、射频等轻量级总线与我个嵌入式设备联系起来，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emGateway的命令，修改设备中的变量，或进行某种控制。增加到嵌入式系统中的emMicro代码长度一般在1-8K Bytes左右。采用EMIT方案的优点有：（1）可根据情况选用各档次的单片机，8位、16位的均可采用。（2）价格相对而言比较便宜，少量购买时更具优势。（3）emWare公司2001年公开了emNet协议，此举利有利于此方案的发展。不足之处：（1）emNet占用一定的系统资源且大多数情况下仍需通过PC机平台（或网关）。（2）系统设计工程师必须熟悉emNet协议和相关的接口，工作量大。原来客户应用系统的MCU也不一定符合要求。？

　　2.4 单片机控制以太网网卡进行数据传输？

　　单片机加载TCP/IP协议控制以太网网卡进行传输数据，并通过TCP/IP协议连接到互联网也是可行的一种方案。它的基本思路是：在远程控制端进行的操作首先通过路由器寻找到目标，再通过网卡的ISA接口传入单片机。在单片机中加载的驱动程序将之转换成物理祯格式，最后由TCP/IP协议将之转化为应用层控制命令。因为单片机内部资源有限，要完成上网任务必须精简TCP/IP协议，这需要深入了解TCP/IP协议。此外，完成此方案还须了解单片机和网卡驱动程序。本方案由于在用户中不使用PC机平台或网关，故而在价格上颇具优势，适合于工业监控和智能小区。采用本方案的优点有：（1）不需经过网关代理，总体价格低廉。（2）产品系自己搭建，进一步开发、维护相对容易。不足之处：（1）开发周期长，需要对单片机、TCP/IP协议、网卡驱动程序有较深的了解。（2）协议和各种程序要占用一定的系统资源。？

　　2.5 局域网挂接Internet解决方案？

　　局域网挂接Internet解决方案是目前很常见的一种解决方案。它的基本原理是采用专用网络（如RS232，RS485，Lon works、CAN Bus等）把一小批单片机连接在一起，然后再将专用网络接到网关上。网关可以是PC机，它将专用网络上的信息转换为TCP/IP协议数据包，然后发到网上实现信息共享。在工业控制里，由于生产现场遍布信息节点，而又没有必要将节点都直接联入Internet，故采用局域网挂接Internet是一种较理想的解决方案。采用局域网挂接Internet的方案的优点有：（1）对电子设备高度分散的场合非常适用。（2）局域网的技术已经很成熟了，适于多种场合，可支持双绞线、电力线、光缆、射频、红外线等。它的不足之处是：它依赖PC机作为网关进行协议转换，在多个单片机系统分散的情况下，专用网络布线极为不便；需要在PC机上安装专门的协议转换软件，而这些软件费用较高。？

　　3 结束语？

　　信息家电等电子设备联入Internet在当今十分流行，可选择的方案也有很多。有些方案如局域网挂接Internet更像是一种过渡型方案要，而随着Linux的普及与流行，以之为基础的嵌入式操作系统则显得更有活力。在实际应用中，人们可根据具体场合及特定要求进行选择。