Comparación de varios métodos de acceso a Internet integrado
En primer lugar, presenta el desarrollo de la tecnología de Internet integrada y sus amplias perspectivas de aplicación, así como los conceptos y principios básicos de la tecnología de Internet integrada, y luego se centra en varias formas en que los sistemas integrados acceden a Internet. incluyendo Se comparan los principios de funcionamiento de varios métodos de acceso, los métodos de procesamiento de TCP/IP y otros protocolos, el hardware y software requeridos, y sus ventajas y desventajas, y se señalan nuevas direcciones de desarrollo.
Palabras clave: sistema integrado; Internet integrado; protocolo TCP/IP
0 Introducción
La tecnología de Internet integrada es una forma de conectar dispositivos integrados a la tecnología del Internet, esta tecnología se puede utilizar para extender Internet desde una PC a microcontroladores de 8, 16 y 32 bits para realizar la recopilación remota de datos basada en Internet, el control remoto, la alarma automática, la carga/descarga de archivos de datos y La transmisión automática de correo electrónico y otras funciones han ampliado enormemente el ámbito de aplicación de Internet.
La tecnología de Internet integrada no existe desde hace mucho tiempo, pero se está desarrollando muy rápidamente. Constantemente surgen nuevas ideas, constantemente se introducen nuevos conceptos, surgen nuevas tecnologías y constantemente se lanzan nuevos productos. producido, comenzando desde el nivel más bajo de hardware, desde las soluciones proporcionadas por la tecnología hasta el espacio de imaginación del desarrollo de software de alto nivel, estamos innovando constantemente. Con el advenimiento de la era de las PC, el siglo XXI será la era de la Internet integrada. Arun Netravali, presidente de Bell Labs en Estados Unidos, y un grupo de científicos han hecho esta predicción: la Internet integrada "producirá cientos de miles de veces más servidores delgados y servidores súper integrados que en la era de las PC". Los servidores delgados conectarán todo tipo de información física y biológica que podamos imaginar y la proporcionarán a quienes la necesiten de forma automática, en tiempo real, de manera conveniente y sencilla a través de Internet. "Para obtener más información, visite el Foro de tecnología innovadora.
Los expertos en redes predicen que el 70% de la información transmitida a través de Internet en el futuro procederá de pequeños sistemas integrados [2]. La Internet integrada tendrá buenas perspectivas de desarrollo y un mercado amplio. La tecnología de Internet del futuro estará dominada por la Internet integrada. Por lo tanto, los sistemas integrados y el acceso a Internet se han convertido en un tema de investigación candente.
1 La base de la Internet integrada
La Internet integrada es la combinación de sistemas integrados e Internet. Los sistemas integrados incluyen procesadores integrados, sistemas operativos integrados y circuitos de aplicaciones, y el acceso a Internet debe tener los protocolos de acceso correspondientes, como el protocolo universal TCP/IP. Por lo tanto, la base para realizar la Internet integrada es el procesador integrado, el sistema operativo integrado y el protocolo de comunicación para acceder a Internet.
(1) Procesador integrado
MCU es un procesador integrado típico, como la serie común In-tel 8051, AVR de Atmel, PIC de MicroChip y Dragonball de Motorola, C8051F de Cygnal, etc. ., así como algunos microcontroladores de alta gama, como ARM, SH3, MIPS, etc. Hay cientos de tipos de procesadores integrados. El procesador es el núcleo del sistema integrado y su rendimiento afecta directamente el rendimiento de todo el sistema, la forma de acceder a Internet y el costo.
(2) Sistema operativo integrado
Para que un sistema integrado complete funciones complejas, ya no es posible escribir todos los programas directamente desde la capa inferior como un microcontrolador normal. Se debe utilizar la capa inferior Sistema operativo, sobre la base del cual se completa el diseño de software de aplicación complejo. Sin embargo, debido a las limitaciones de los recursos del propio sistema integrado, el sistema operativo integrado no puede ser tan grande como el sistema operativo de la PC Windows98/2000 tiene varios cientos de megabytes, mientras que el sistema operativo integrado generalmente sólo tiene entre 100 y 200. medio byte. Al mismo tiempo, el sistema operativo integrado también debe ser un sistema operativo multitarea en tiempo real, y Windows98/2000 no es un sistema operativo en tiempo real. Por otro lado, debido a la gran variedad de procesadores integrados, el sistema operativo integrado también debe soportar una variedad de procesadores con diferentes arquitecturas de procesador.
En la actualidad, la corriente principal de los sistemas integrados en el mundo es el sistema operativo multitarea en tiempo real (RTOS: Real-Time Operating System).
RTOS es la plataforma base y de desarrollo para el software de aplicaciones integradas. Es un software integrado en el código de destino. Otras aplicaciones de usuario se basan en RTOS. No solo eso, RTOS también es un kernel estándar que encapsula recursos como el tiempo de CPU, interrupciones, E / S, temporizadores, etc., dejando a los usuarios con una API estándar y, según la prioridad de cada tarea, un desarrollo razonable durante el desarrollo Distribuir Base de CPU entre diferentes tareas. De esta forma, los programas en lenguaje C basados en RTOS tienen una gran portabilidad. Al mismo tiempo, se pueden escribir varios controladores de hardware sobre la base de RTOS, combinando funciones de biblioteca experta, funciones de biblioteca industrial, funciones de biblioteca de productos y aplicaciones generales, que pueden venderse como productos para promover el intercambio de propiedad intelectual dentro de la industria.
Aunque los sistemas operativos integrados comerciales no aparecieron hasta finales de la década de 1970, a finales del siglo XX ya existían muchos sistemas operativos comerciales maduros, como Palm OS, VxWorks, pSOS, Nuclear, VelOSity, QNX. , VRTX, WindowsCE (ahora rebautizado como Windows Powered) y el Linux integrado actualmente muy publicitado, etc.
(3) Protocolos de comunicación para acceder a Internet
Para que los sistemas integrados accedan a Internet, al igual que las PC que acceden a Internet, deben utilizar los protocolos de comunicación correspondientes. La Internet actual utiliza el protocolo TCP/IP, por lo que el sistema integrado finalmente debe acceder a Internet a través de TCP/IP. El sistema integrado debe procesar la información a través del protocolo TCP/IP para poder transmitir paquetes de datos IP a través de Internet.
Debido a las limitaciones de los recursos propios del sistema integrado, la potencia de procesamiento no es tan fuerte como la de la computadora de escritorio, y la complejidad de TCP/IP desde la PC, el procesamiento de los protocolos de comunicación se convierte en el La clave para que el sistema integrado acceda a Internet, y también es la clave para que el sistema integrado acceda a Internet. Acceso del sistema a las partes más importantes de Internet. Internet es también una de las dificultades para que los sistemas integrados accedan a Internet. Por lo tanto, lo siguiente se centra en analizar varios métodos de acceso actuales y diferentes métodos de procesamiento de protocolos.
2 Método de acceso a Internet integrado
2.1 Procesador más protocolo TCP/IP
Utilizando el procesador más el protocolo TCP/IP, el procesador del microcontrolador es como una PC directamente El procesamiento del protocolo TCP/IP generalmente requiere procesadores de alta gama, como ARM de 32 bits, SH3, MIPS y otros microcontroladores. Algunos tienen velocidades de instrucción de ciclo único más altas y sus estructuras se muestran en la Figura 1.
Hay otras dos formas de lidiar con protocolos TCP/IP específicos. Un enfoque es utilizar un sistema operativo en tiempo real, RTOS, para manejar el protocolo TCP/IP directamente en el software. Los sistemas operativos en tiempo real son cada vez más potentes y muchos sistemas pueden admitir interfaces gráficas y protocolos TCP/IP. Este método es el más flexible y puede realizar muchas funciones complejas según las necesidades de los usuarios. Por supuesto, la flexibilidad también aumenta la complejidad del desarrollo, y los requisitos para los desarrolladores y el sistema operativo y TCP/IP son cada vez mayores. El protocolo requiere cierto grado de familiaridad, por lo que el ciclo de desarrollo es relativamente largo y los precios de las MCU y RTOS de alta gama también son altos.
El otro es utilizar chips de hardware para solidificar el protocolo TCP/IP, como Seiko Instruments S7600A, que admite HTTP, SMTP, POP3, MIME y otros protocolos, y procesa el protocolo TCP/IP a través de dispositivos externos. circuitos hardware. También se puede utilizar con microcontroladores SX más periféricos virtuales de UBICOM (anteriormente Scenix). El microcontrolador SX utiliza una canalización paralela de CPU e instrucciones de ciclo de reloj único para operar a máxima velocidad con un factor igual a 1, admitiendo cristales de hasta 100 MHz, lo que resulta en velocidades de ejecución de hasta 100 MIPS. La característica más importante del microcontrolador SX es que admite periféricos virtuales. Diseña muchos módulos funcionales (como recepción y transmisión DTMF, protocolo TCP/IP, etc.) en módulos de funciones de software. Cuando es necesario utilizar una determinada función, la correspondiente. El módulo se llama directamente, lo que equivale a instalar los circuitos periféricos de hardware correspondientes, pero el método de periférico virtual es más flexible y conveniente, y el circuito de hardware es simple.
Este método es más conveniente y menos difícil de desarrollar que el anterior, pero aún requiere familiaridad con el protocolo TCP/IP y las interfaces relacionadas.
Estos dos métodos son similares a implementar la función de agregar una tarjeta de red a una PC en una MCU. La MCU maneja directamente el protocolo TCP/IP, que es más complicado y cada MCU también requiere una IP. dirección, que requiere dinero para comprar. Requiere procesadores MCU de alta gama y tiene altos costos de desarrollo, por lo que generalmente solo se usa en algunos productos de alta gama (como automóviles). La ventaja es que no se necesita un PC como puerta de enlace.
2.2 Método Webit
Webit es un producto práctico desarrollado por Shenyang Dongda Xinye Information Technology Co., Ltd. para sistemas integrados para acceder a Internet. Combina MCU y controlador Ethernet. en una placa pequeña e instálela en el sistema integrado para completar la conexión entre el sistema integrado y la red de Internet. Webit tiene su propia dirección IP, que es similar al primer método mencionado anteriormente, pero está más integrado y la parte de procesamiento del protocolo es independiente. Los desarrolladores guardan el diseño de la parte de la red y se centran en el sistema de aplicación en sí.
Webit suele ser un sistema basado en un microcontrolador AVR, con 8 kilobytes de espacio FLASH para almacenar programas de servicio del sistema, 512 bytes de espacio RAM y EEPROM para almacenamiento
Parámetros del sistema (IP dirección, dirección MAC, velocidad en baudios del puerto serie, etc.), hay una EEPROM para almacenar páginas web en la parte periférica del microcontrolador. También se incluye un controlador Ethernet de 10 M para proporcionar conectividad de red. La interfaz del sistema de aplicación proporcionada por el sistema es un puerto UART de nivel TTL y un puerto de E/S de 14 bits, a través del cual se conecta al sistema de aplicación. El modo de aplicación se muestra en la Figura 2.
El método Webit es en realidad similar al primer método, excepto que la parte de procesamiento del protocolo está separada y completada solo por Webit, de modo que los desarrolladores no tienen que considerar los protocolos de red y las interfaces relacionadas, pero también requiere una dirección IP independiente. Dirección IP. Este método no requiere una puerta de enlace ni una PC. Las estructuras de software y hardware se pueden diseñar de forma independiente y el costo de desarrollo es relativamente bajo.
2.3 Adoptar un protocolo de red integrado especializado
Adoptar la tecnología Embedded Micro Internetworking (EMIT: Embedded Micro Internetworking Technology) desarrollada por emWare y consta de emNet y emGateway. MCU, emGateway se ejecuta en MCU. El protocolo emNet se ejecuta dentro de la MCU y es un protocolo de red que se utiliza para conectar sistemas integrados a otras redes (como RS485, IR, RF, líneas eléctricas, etc.). Al mismo tiempo, emNet también permite que los sistemas integrados con emMicro se comuniquen de manera efectiva con la puerta de enlace del microcontrolador integrado emGate-way. La puerta de enlace del microcontrolador integrado (es decir, em-Gateway) se ejecuta en una computadora, un decodificador de TV o un servidor de electrodomésticos dedicado y es un puente entre la red del dispositivo e Internet. El sistema de aplicación ejecuta emNet en la MCU y está conectado a Internet a través de em-Gateway, consulte la Figura 3.
Específicamente, EMIT utiliza una computadora de escritorio o un procesador integrado de alto rendimiento como puerta de enlace emGateway, que admite el protocolo TCP/IP y ejecuta un programa de servicio de Internet. emGateway conecta múltiples dispositivos integrados a través de RS232, RS485, CAN, infrarrojos, RF y otros buses. La aplicación de cada dispositivo integrado contiene una tarea de comunicación independiente llamada emMicro, que es responsable de monitorear los parámetros predefinidos en el dispositivo integrado y. envía los resultados a emGateway; emMicro también es responsable de interpretar comandos de emGate-way, modificar variables en el dispositivo o realizar algún tipo de control.
Este método requiere que los ingenieros de diseño estén familiarizados con el protocolo emNet y las interfaces relacionadas, por lo que la carga de trabajo del diseño de hardware y software sigue siendo muy grande.
La MCU del sistema de aplicación procesa el protocolo emNet, que ocupará una cierta cantidad de recursos del sistema y tiene requisitos más altos para la MCU. También requiere una microcomputadora como puerta de enlace. La ventaja es que una dirección IP en la puerta de enlace puede conectar múltiples aplicaciones integradas.
2.4 Uso del chip dedicado Webchip
Webchip es una solución práctica desarrollada por Wuhan Liyuan Company en abril de 2000, que permite integrar fácilmente dispositivos electrónicos integrados y electrodomésticos con una conexión de red. Webchip es un chip de interfaz de red dedicado que es independiente de varios microcontroladores y está conectado a varios microcontroladores a través de puertos de entrada y salida estándar. La MCU puede recibir y ejecutar comandos transmitidos de forma remota a través de Internet o enviar datos a un Webchip a través de una conexión de Webchip con una puerta de enlace. El sistema de aplicación MCU se conecta a la puerta de enlace a través del chip de red Webchip y luego ingresa a la red de Internet, como se muestra en la Figura 4.
El protocolo MCUNet solidificado dentro de Webchip es compatible con los protocolos em-Gateway y OSGi. Es un protocolo de software que establece contacto entre el equipo electrónico de la MCU y la plataforma informática en la puerta de enlace, y maneja la comunicación entre la MCU. y la puerta de entrada. El protocolo MCUNet tiene una estructura simple pero funciones poderosas. La función de Webchip es interpretar el protocolo de comunicación y controlar la transmisión de datos, por lo que el sistema de aplicación MCU no necesita administrar el contenido específico del protocolo, solo necesita interpretar y ejecutar los comandos enviados por Webchip (un total de 17 comandos). entre Webchip y MCU***). Webchip compilará los datos de la MCU en un formato compatible con el protocolo y luego los pasará a la puerta de enlace. Webchip interpreta los comandos y los datos emitidos por la puerta de enlace y luego los envía a la MCU. El servidor de puerta de enlace de la Figura 4 se utiliza para la interpretación, conversión y ejecución de protocolos y, por lo general, se implementa mediante una PC normal.
El breve proceso de trabajo de Webchip es el siguiente: Webchip se conecta al sistema de aplicación MCU a través de la interfaz serial de tres cables SPI. El otro extremo del Webchip está conectado a la puerta de enlace basada en plataforma de PC a través de un circuito de interfaz RS-232, RS-485 o módem. Webchip juega un papel importante en el acceso a Internet a través de sistemas de aplicaciones MCU. Webchip es en realidad responsable de compilar, interpretar y convertir los protocolos subyacentes para conectar el sistema de aplicación MCU a la puerta de enlace y luego a Internet. Esto se debe a que PC Gateway puede proporcionar servicios HTTP y conectarse con navegadores web.
Este tipo de programa es relativamente simple y no tiene altos requisitos para la MCU. No hay requisitos especiales en términos de velocidad de ejecución, configuración de hardware, capacidad de memoria, etc., el diseño del software es solo una. Además del sistema de aplicación original, una pequeña sección del programa de interfaz, el resto no requiere cambios importantes. Para los ingenieros de diseño, no es necesario estar familiarizado con protocolos de red complejos e interfaces relacionadas, y no es necesario considerar ningún protocolo de red. Solo necesitan interpretar e implementar las instrucciones y los datos transmitidos por We-bchip para lograr la conexión. la red de Internet. Los ciclos de desarrollo son más cortos y más flexibles. Al igual que con los protocolos de red integrados dedicados, se requiere una microcomputadora como puerta de enlace, y una dirección IP en la puerta de enlace puede conectar múltiples aplicaciones integradas.
El chip PS2000 aún no está disponible y los detalles del chip PS2000 han estado disponibles recientemente en el sitio web de Power Source. Sus kits de desarrollo también son relativamente económicos, incluida la placa del módulo PSM2000 con interfaz de comunicación y el kit de demostración PSE2000 EVKIT.
3 Conclusión
Con el desarrollo de la tecnología de chips, habrá cada vez más formas nuevas de acceder a Internet integrado. En lo que respecta a la situación actual, el principal problema es la necesidad de resolver el problema de los costos. Aunque los métodos de acceso mencionados anteriormente tienen soluciones de menor costo, en comparación con los sistemas MCU baratos en muchos sistemas integrados, sus costos de acceso son altos. todavía ocupa una proporción considerable en todo el sistema.
Sólo cuando el costo de acceso se reduzca aún más podrá la Internet integrada realmente ingresar a los hogares de la gente común y desempeñar un papel importante en el gran mercado de sistemas integrados y hogares inteligentes. Por lo tanto, es necesario seguir desarrollando el sistema de acceso único de menor costo. Solución de chip para adaptarse a las necesidades del mercado.