基于嵌入式系統的因特網技術的應用方法的研究

摘 要:嵌入式系統是指嵌入到各種產品或工程應用中，以微處理器或微控制器為核心的軟硬件系統，近幾年嵌入式系統與因特網技術相結合，形成的嵌入式因特網技術是這些年隨著網絡時代的到來而發展起來的一項新興技術，各種電子產品通過植入因特網而變的智能，特別是使用嵌入式網關實現互聯，是網絡的熱點之一，對于8位微處理器或嵌入式TCP/IP協議棧組成的互聯網關，在智能家電有一定的價值，本文通過嵌入式系統的因特網技術的構成分析了家用電器組網接入因特網的方法。

關鍵詞:嵌入式 Internet 智能家電

中圖分類號:TP393文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(b)-0034-01

1 引言

隨著互聯網技術的普及和發展，各種電子設備都與互聯網技術相結合，于是形成了嵌入式互聯網技術，通過現有的嵌入式系統，新加了網絡接口來擴展其功能，使得一些家用電器和便攜式電子設備能方便的介入互聯網。

2 家用電器連接互聯網的分析

基于嵌入式的互聯網技術以及控制器局域網總線技術的控制系統，該系統具有因特網的以太網接口，同時也能夠通過控制器包括局域網總線與其他的智能設備相連接，這樣通過因特網可以遠程訪問家庭的一切設備并進行控制。嵌入式系統能夠連接因特網應具備兩個條件，第一是要具有連接因特網絡的物理接口，第二是實現因特網上通用的傳輸控制協議/因特網互聯協議。在連接因特網物理接口的選擇上，可以選用局域網連接因特網。

該系統的硬件:MUC模塊;以太網接口電路;控制器局域網絡總線接口;與上位機接口電路;電源電路;工作狀態指示電路。MUC資源擴展電路。

3 嵌入式因特網技術實現的形式

利用以太網作為信息的傳輸媒介，同時利用它巨大的資源實現最佳控制，在最大范圍內實現資源共享，傳統使用方式是采用PC機+網卡+數據采集卡，進行協議轉換，將家電設備采集的數據經過現場測控網接入以太網，把管理的PC機放到以太網中，組成一個自動化的網絡控制系統，由于家用對成本的考慮，所以可以以微處理器取代PC機，用網卡控制芯片取代網卡，并且需要一臺計算機進行監控，使控制網的成本下降，從而使分布式控制系統而成，由于微處理器的處理能力與存儲有限，要實現TCP/IP協議是比較困難的，因此，要對TCP/IP協議進行改進，對上層協議可以進行簡化，即可實現原來的TCP.IP協議轉變成嵌入式TCP/IP協議，

就目前的情況來看，8/16位的嵌入式系統實現因特網技術主要有三種形式:

1)MCU+專用網絡芯片。8位MCU通過精簡的TCP/IP連接以太網的方案有AN212O，8052.LPHARD.CZ TCP/IP lean sever等幾種方案，通過比較8位MCU作為成熟的微處理器，應用廣泛，而且性能價格比較高，開發簡單;lwip是免費的軟件，用成功移植的先例，因此選用8位MCU和lwip進行硬件和軟件的卡發設計。2)ECU直接實現形式。優點:設計靈活，成本低，適應性強.3)EMIT技術。EMIT技術采用桌面計算機或高性能的嵌入式處理器為網關，稱為emGateway，上面支持傳輸控制協議/因特網互聯協議運行HTTP服務程序，形成一個用戶可以通過瀏覽器來進行遠程訪問。emGateway通過RS485，RS232，控制器局域網絡等輕量級總線與外設聯系起來，每個外設的應用程序中包含一個獨立的通信任務，稱為emMicro，監測嵌入式設備中預先定義的各個變量，并將結果反饋到emGateway中;同時emMicro還可以解釋emGateway的命令，修改設備中的變量或進行某種控制。

4 整體系統框架設計

1)家庭內部網絡的構建，內部組建什么樣的網絡。2)設備采用何種物理接口接入因特網，如今聯入因特網的方式有許多種，選擇一個合適的連接方式，這是系統設計要解決的又一關鍵問題。3)設備控制系統采用什么協議接入因特網，因特網發展如此快，主要因為它采用一套開放的通信協議，以提供不同網絡上節點計算機之間的通信，這就是傳輸控制協議/因特網互聯協議，傳輸控制協議/因特網互聯的協議族中選擇合適的協議。4)目前家庭聯網的方式有很多，從介質傳輸的形式來分有:有線方式主要電話線，電力線，電纜等;無線方式主要有現在流行的藍牙技術等，但鑒于家庭電器設備的多樣性和復雜性，以及可靠性和低成本的考慮，家電內部聯網采用控制器局域網絡總線架構，這種總線具有以下特點:控制器局域網絡總線為多主方式工作，網絡上任以節點均可在任意時刻主動的向網絡上其他節點發送信息，不分主次;控制器局域網絡總線在仲裁方式上有一定的優先級，級別低的會給級別高的主動讓位，防止網絡堵塞;控制器局域網絡總線在距離上和家庭電子設備比較合適，速率也較快;控制器局域網絡總線結構簡單，成本較低，而且技術容易掌握。

5 接入因特網方式

以太網對于嵌入式系統具有很強的適應性。首先是穩定性很高，以太網采用的介質是光纖，速度快，性能穩定。其次是實時性強，對于CSMA/CD通信協議所帶來的不確定問題，隨著以太網的速率提高而得到解決。

傳輸控制協議/因特網互聯協議的封裝。傳輸控制協議/因特網互聯協議是分層結構的，每個協議都有自己特定的數據格式，發送數據時，首先添加傳輸控制協議/因特網互聯協議的首部信息并將數據交給下層，下層也要添加自己的首部信息并送交下層，依次直至最后以層協議。這樣數據就封裝起來了。應用層數據要在以太網進行傳輸，就必須按照以太網的幀格式進行封裝，并且逐級封裝，因為UDP，TCP，ICMP等協議都可以向網絡的IP協議傳送數據，因此，IP數據包中必須對IP的上層協議進行不同的標識。網絡層的IP協議，以及地址解析協議ARP都可以向鏈路層傳送數據，因此也必須在以太網的幀首部中加入指明數據來源的類型域。

小型范圍內的家電內部組網我們采用控制器局域網絡總線，控制器局域網絡總線具有實時性強，靈活性高，成本低和可靠性好等特點。因特網的接入方式采用以太網接入因特網，并且以太網技術非常成熟，已經成為了小型局域網的一個標準，也符合小型嵌入式系統的實現。

6 軟件設計

軟件設計包括神經元芯片和單片機的程序設計，神經元芯片采用Neuron C語言，單片機采用C語言，神經元芯片的程序設計;Neuron C是一種專門為Neuron芯片的程序設計語言，它在標準的C基礎上進行了自然擴展，是一個開發LonWorks的有力工具，單片機的程序設計包括網卡驅動程序，移植lwip 協議棧，單片機和神經元芯片的通信程序，用C51語言設計，一網卡驅動程序，二移植lwip協議棧，三網關的軟件設計。