ca嵌入式系統(tǒng)原理

1、1,嵌入式系統(tǒng)原理,8 嵌入式網(wǎng)絡(luò)與協(xié)議棧,2,內(nèi)容,嵌入式網(wǎng)絡(luò)幾種常用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線嵌入式系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)嵌入式internet藍(lán)牙技術(shù)I2C總線,3,1概述,設(shè)計(jì)嵌入式網(wǎng)絡(luò)的原因計(jì)算/處理資源的分散性減少處理的數(shù)據(jù)量模塊化設(shè)計(jì)需求系統(tǒng)可靠性要求網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用物理層聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)工業(yè)控制領(lǐng)域internet應(yīng)用,4,內(nèi)容,嵌入式網(wǎng)絡(luò)幾種常用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)家庭網(wǎng)絡(luò)-最后100米工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線嵌

2、入式系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)嵌入式internet藍(lán)牙技術(shù)I2C總線,,5,2 嵌入式網(wǎng)絡(luò),contents分布式嵌入式系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)過(guò)程幾種常用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡(jiǎn)介,6,2.1.1 分布式嵌入式系統(tǒng),分布式嵌入式系統(tǒng)的組成,7,2.1.2網(wǎng)絡(luò)的抽象模型,8,2.1.3網(wǎng)絡(luò)的形式,點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)單工半雙工雙工總線多級(jí)網(wǎng)絡(luò)多種網(wǎng)絡(luò),9,點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò),需要考慮流量控制不需要考慮沖突,例如：2臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)RS232通信,10,總線,節(jié)點(diǎn),

3、節(jié)點(diǎn),節(jié)點(diǎn),,,,,典型消息格式,例如：常用的以太網(wǎng),11,多級(jí)網(wǎng)絡(luò),,12,多種網(wǎng)絡(luò),高速網(wǎng)低速網(wǎng)工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線,13,14,2.1.4報(bào)文傳遞編程,通常的編程方式請(qǐng)求/應(yīng)答方式推移方式,15,2.1.4報(bào)文傳遞編程-請(qǐng)求/應(yīng)答方式,發(fā)送報(bào)文發(fā)送一個(gè)報(bào)文result=send_packet(address，data，length);報(bào)文尺寸大于發(fā)送單位-分拆for(i=0;i<message.leng

4、th;i=i+PACKET_SIZE) send_packet(address，&message.data[i]);,16,利用中斷方式發(fā)送報(bào)文,發(fā)送報(bào)文的方式查詢方式中斷方式,17,利用中斷方式接收?qǐng)?bào)文,中斷控制器收到報(bào)文，產(chǎn)生中斷中斷服務(wù)例程執(zhí)行，讀取報(bào)文如果處理時(shí)間短，直接處理如果處理時(shí)間長(zhǎng)，把報(bào)文提交給中斷任務(wù)進(jìn)行處理,18,通信編程的阻塞式與非阻塞式,小結(jié)阻塞式發(fā)送數(shù)據(jù)，直到完成發(fā)送，調(diào)用才返

5、回接收數(shù)據(jù)，直到收到數(shù)據(jù)后，調(diào)用才返回非阻塞式發(fā)送數(shù)據(jù)，調(diào)用立即返回；以后在需要的時(shí)候查詢發(fā)送是否完成-發(fā)送的數(shù)據(jù)放到發(fā)送隊(duì)列中接收數(shù)據(jù)，無(wú)論是否收到數(shù)據(jù)，均立即返回。如果收到數(shù)據(jù)，則進(jìn)行處理；如果未收到數(shù)據(jù)，以后在需要的時(shí)候繼續(xù)執(zhí)行接收操作-檢查接收隊(duì)列中是否有報(bào)文,19,例：非阻塞方式,… …send_packet(…) //只把報(bào)文交給發(fā)送“過(guò)程/任務(wù)/隊(duì)列”wait(…) //延時(shí)，等待發(fā)送完成if(send_fi

6、nished){ //如果發(fā)送完成…}Else{ //如果發(fā)送未完成…},20,例:阻塞方式,…send_packet(…) //函數(shù)返回時(shí)，報(bào)文已發(fā)送…,21,2.1.4報(bào)文傳遞編程-推移方式,數(shù)據(jù)的發(fā)送方在不需要等待請(qǐng)求的情況下主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)。推移方式適用于數(shù)據(jù)發(fā)送方周期性地產(chǎn)生數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中，如工廠中連續(xù)過(guò)程控制系統(tǒng)的傳感器節(jié)點(diǎn)，不斷向控制主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)；廣泛應(yīng)用于汽車上的CAN總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程

7、數(shù)據(jù)的通信機(jī)制等。,22,例：汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)-推移方式,23,2.2基于網(wǎng)絡(luò)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì),contents通信分析系統(tǒng)性能分析考慮網(wǎng)絡(luò)中的優(yōu)先級(jí)倒置硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)、分配與調(diào)度,24,2.2.1通信分析,報(bào)文傳輸延遲算法發(fā)送方的開(kāi)銷+網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲+接收方的開(kāi)銷網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲起主要作用,25,2.2.2系統(tǒng)性能分析考慮-網(wǎng)絡(luò)無(wú)干擾,執(zhí)行延遲時(shí)間,,26,2.2.2系統(tǒng)性能分析考慮-網(wǎng)絡(luò)有干擾,,由于P1到P2的數(shù)據(jù)依賴，任何P1執(zhí)

8、行時(shí)間的不確定將使得P2的開(kāi)始時(shí)間不確定。由于P2和P3分配到同一個(gè)嵌入式設(shè)備M2上，意味著P2的就緒時(shí)間和執(zhí)行時(shí)間的變化將會(huì)影響到P3的完成時(shí)間。由于P3到P4的數(shù)據(jù)依賴，P3完成時(shí)間的變化將影響P4的開(kāi)始時(shí)間。,27,2.2.2系統(tǒng)性能分析考慮-原則,,對(duì)復(fù)雜的基于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行精確的性能分析，要使用CAD工具。有些算法可以有效地確定進(jìn)程開(kāi)始和完成時(shí)間的上界和下界。如果沒(méi)有計(jì)算機(jī)輔助分析工具來(lái)幫助分析性能，那么手工設(shè)

9、計(jì)必須滿足硬實(shí)時(shí)要求的嵌入式系統(tǒng)時(shí)一定要小心。系統(tǒng)在力圖達(dá)到硬實(shí)時(shí)的時(shí)間確定性要求時(shí)，應(yīng)確保關(guān)鍵性的任務(wù)是活動(dòng)的，這一點(diǎn)非常重要。例如：設(shè)計(jì)一個(gè)嵌入式硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)，包括通信部分、數(shù)據(jù)處理部分、人機(jī)界面部分，為了保證系統(tǒng)的時(shí)間確定性，通常用戶界面活動(dòng)和其他非基本任務(wù)可以臨時(shí)關(guān)掉。如果需要多個(gè)關(guān)鍵性任務(wù)能夠同時(shí)發(fā)生或運(yùn)行，那么系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)一定要保證它們不共享任何處理器資源和通信鏈接資源。這是一種保守的設(shè)計(jì)策略，使用CAD工具有助于放寬某些限

10、制，以便更充分地發(fā)揮硬件效率。,28,2.2.3網(wǎng)絡(luò)中的優(yōu)先級(jí)倒置,報(bào)文的優(yōu)先級(jí)不同當(dāng)一個(gè)低優(yōu)先級(jí)報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)上傳輸時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的使用權(quán)就被分配給該低優(yōu)先級(jí)報(bào)文，允許它阻塞任何高優(yōu)先級(jí)報(bào)文，直到把該報(bào)文傳輸完成為止。因?yàn)槊總€(gè)報(bào)文的長(zhǎng)度都有限，這種現(xiàn)象不會(huì)導(dǎo)致死鎖，但是可能會(huì)延緩關(guān)鍵性的通信。對(duì)此唯一能做的就是分析網(wǎng)絡(luò)的行為來(lái)確定優(yōu)先級(jí)倒置是否可能導(dǎo)致一些報(bào)文延遲時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。 報(bào)文的優(yōu)先級(jí)相同網(wǎng)絡(luò)的用戶（進(jìn)程）的優(yōu)先級(jí)不同，導(dǎo)致優(yōu)先級(jí)倒

11、置,29,1優(yōu)先級(jí)不同的報(bào)文傳輸,,高優(yōu)先級(jí)報(bào)文,低優(yōu)先級(jí)報(bào)文,,,,發(fā)送,當(dāng)一個(gè)低優(yōu)先級(jí)報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)上傳輸時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的使用權(quán)就被分配給該低優(yōu)先級(jí)報(bào)文，允許它阻塞任何高優(yōu)先級(jí)報(bào)文，直到把該報(bào)文傳輸完成為止。,30,2報(bào)文優(yōu)先級(jí)相同，進(jìn)程優(yōu)先級(jí)不同,,進(jìn)程（高）,進(jìn)程（低）,進(jìn)程,,,發(fā)送報(bào)文,,節(jié)點(diǎn)1,節(jié)點(diǎn)1,31,優(yōu)先級(jí)倒置的后果,網(wǎng)絡(luò)的傳輸延遲不確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要考慮,32,2.2.4硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)、分配與調(diào)度,在設(shè)計(jì)硬件平臺(tái)時(shí)，必須

12、做出以下設(shè)計(jì)選擇：所需要的處理器數(shù)目-影響響應(yīng)時(shí)間FF總線（32節(jié)點(diǎn) vs.10節(jié)點(diǎn))所有處理器的類型-現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)上位機(jī)下位機(jī)所需要的網(wǎng)絡(luò)數(shù)目單級(jí)多級(jí)網(wǎng)絡(luò)的類型協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率,33,嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮小結(jié),嵌入式網(wǎng)絡(luò)的概念、組成、分類和用途網(wǎng)絡(luò)的延遲分析考慮基本設(shè)計(jì)原則-從延時(shí)方面考慮（優(yōu)先級(jí)）網(wǎng)絡(luò)中的優(yōu)先級(jí)倒置現(xiàn)象及后果,34,內(nèi)容,嵌入式網(wǎng)絡(luò)幾種常用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)家庭網(wǎng)絡(luò)-最后100米

13、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線嵌入式系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)嵌入式internet藍(lán)牙技術(shù)I2C總線,,35,2.3幾種常用的通信接口技術(shù)簡(jiǎn)介,PCICompactPCI——CPCIPC104/plusIrDA/Fast IrDAUSBEthernet/fast ethernetIEEE1394PCMCIA其它,狹義的網(wǎng)絡(luò)分布于不同地理位置的裝置進(jìn)行通信廣義的網(wǎng)絡(luò)分布于不同地理位置的裝置進(jìn)行通信分布于同一個(gè)電路板的智能器件之間的通

14、信,36,內(nèi)容,嵌入式網(wǎng)絡(luò)幾種常用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線嵌入式系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)嵌入式internet藍(lán)牙技術(shù)I2C總線,37,工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)的發(fā)展階段,1 手動(dòng)控制系統(tǒng)-人工2 氣動(dòng)控制和液壓控制系統(tǒng)-減輕人的勞動(dòng)強(qiáng)度 3 電氣控制系統(tǒng)-初級(jí)自動(dòng)化4 計(jì)算機(jī)集中式控制系統(tǒng)-CCS5 集散式控制系統(tǒng)-DCS6 分布式控制系統(tǒng)-DCS7 基于現(xiàn)場(chǎng)總線的分布式控制系統(tǒng)-FCS,38,工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò),,,工廠級(jí),車間級(jí)

15、,現(xiàn)場(chǎng)級(jí),網(wǎng)關(guān),,,,網(wǎng)關(guān),,,,,大型計(jì)算機(jī)-管理系統(tǒng),大型控制裝置、計(jì)算機(jī),傳感器、執(zhí)行器、施動(dòng)器,39,4 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線,現(xiàn)場(chǎng)總線概念工業(yè)過(guò)程變量讀（數(shù)據(jù)采集）、計(jì)算（處理）、寫(xiě)（控制）工業(yè)自動(dòng)化連續(xù)過(guò)程控制離散控制混合控制系統(tǒng),40,4 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線,現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸?shù)男畔⒌奶攸c(diǎn)實(shí)時(shí)性與時(shí)間確定性協(xié)議的簡(jiǎn)單性短幀信息傳送信息交換的頻繁性和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的均衡性要求網(wǎng)絡(luò)有較高的安全性、容錯(cuò)能力低成本要求,

16、41,4 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線,bitbus產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的爭(zhēng)論（集中式、總線仲裁器、令牌總線）FF的推出-2019標(biāo)準(zhǔn)的多樣化多樣化的合理性源于應(yīng)用的多樣性廠家的利益之爭(zhēng),42,4 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線,目前的標(biāo)準(zhǔn)化類型1　IEC技術(shù)報(bào)告（即FF H1）類型2　ControlNet（美國(guó)Rockwell公司支持）類型3　Profibus（德國(guó)西門(mén)子公司支持）類型4　P-Net（丹麥Process Data公司支持）類型5　

17、FF HSE（即原FF H2，美國(guó)Fisher Rosemount公司支持）類型6　Swiff Net（美國(guó)波音公司支持）類型7　WorldFIP（法國(guó)Alsthom公司支持）類型8　Interbus（德國(guó)Phoenix Contact公司支持）其它lonworks, TCN, CAN等,43,4 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線,FF總線,,44,4 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線,FF總線的優(yōu)點(diǎn)FF儀表實(shí)現(xiàn)了模擬儀表到數(shù)字儀表的飛躍，具有高抗干擾

18、性； 可以節(jié)約大量的導(dǎo)線，從而降低成本；可以在控制室進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)儀表的調(diào)試和維護(hù)； 儀表的精度得到普遍提高，變送器類儀表的精度均能達(dá)到0.1級(jí)以上； 可以方便地實(shí)現(xiàn)儀表的溫度補(bǔ)償、故障檢測(cè)及保護(hù)等功能； FF儀表可以裝入PID等多種算法，直接構(gòu)成控制回路；FF儀表具有互操作性，同一系統(tǒng)甚至是同一條總線上可以使用多個(gè)廠家的FF儀表，不同廠家功能相同的FF儀表還可以直接互換。,,45,FF現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng),46,4 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總

19、線,HARTHART是Highway Addressable Remote Transducer（高速可尋址的遠(yuǎn)程變送器）的簡(jiǎn)稱，最早由Rosemount公司開(kāi)發(fā)，并得到八十多家著名儀表公司的支持。目前世界上已有上百家公司宣布支持、使用這一協(xié)議，成立了HART用戶集團(tuán)（Hart User Group），1993年成立了HART通信基金會(huì)。HART，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)化的產(chǎn)品，它的最主要的特點(diǎn)是在4~20mA模擬信號(hào)的傳輸線上傳輸

20、數(shù)字信號(hào)，使模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)共同使用同一種傳輸介質(zhì)，主要功能是方便了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的組態(tài)和管理。HART協(xié)議也分為三層結(jié)構(gòu)，分別是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。,,47,Sample: HART產(chǎn)品,48,4 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線,profibus,,,49,profibus體系結(jié)構(gòu),50,profibus的MAC機(jī)制,51,4 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線,CANCAN是控制局域網(wǎng)絡(luò)（Control Area Network）的簡(jiǎn)稱，最早由德國(guó)B

21、OSCH公司推出，用于汽車內(nèi)部測(cè)量與執(zhí)行部件之間的通信。隨著CAN技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的應(yīng)用已經(jīng)不局限于汽車行業(yè)，而且面向過(guò)程工業(yè)方向發(fā)展，如機(jī)械工業(yè)、紡織工業(yè)、農(nóng)用機(jī)械、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域。1991年9月，Philips Semiconductors制訂并發(fā)布了CAN技術(shù)規(guī)范（2.0版本）。該技術(shù)規(guī)范包括A、B兩部分，其中2.0A給出了CAN報(bào)文標(biāo)準(zhǔn)格式，2.0B給出了標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展的兩種格式，此后，1993年11月I

22、SO正式頒布了道路交通運(yùn)輸工具-數(shù)據(jù)信息交換-高速通信控制器局域網(wǎng)（CAN）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 11898。,,,52,CAN體系結(jié)構(gòu),53,4 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線,CAN的典型應(yīng)用,,,54,例子：工業(yè)應(yīng)用的CAN控制系統(tǒng),55,工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線小結(jié),概念由來(lái)與發(fā)展常用的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線控制裝置是基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的嵌入式系統(tǒng)（每個(gè)智能儀表嵌入了嵌入式處理器/控制器）,56,,,to be continued,57,內(nèi)容,嵌

23、入式網(wǎng)絡(luò)幾種常用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)家庭網(wǎng)絡(luò)-最后100米工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線嵌入式系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)嵌入式internet藍(lán)牙技術(shù)I2C總線,58,5 嵌入式系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng),contents選擇協(xié)議棧選擇網(wǎng)絡(luò)技術(shù)選擇現(xiàn)成的實(shí)現(xiàn)方案使用標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用協(xié)議流行的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),59,5.1選擇協(xié)議棧,考慮適應(yīng)產(chǎn)品的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)的開(kāi)發(fā)-TCP/IP協(xié)議，netware協(xié)議等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議所占用的內(nèi)存的考慮硬件資源通信控制器物理層收發(fā)器接口

24、成本因素協(xié)議開(kāi)銷,60,5.2選擇網(wǎng)絡(luò)技術(shù),例如：根據(jù)應(yīng)用選擇internet接入工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域軍用其它,61,5.3選擇現(xiàn)成的實(shí)現(xiàn)方案,選擇現(xiàn)成的實(shí)現(xiàn)方案原因（現(xiàn)成的協(xié)議）：一方面可以節(jié)省開(kāi)發(fā)的時(shí)間，另一方面現(xiàn)成的方案具有很高的可靠性。關(guān)于自主開(kāi)發(fā)利用開(kāi)發(fā)的剩余資源從事這一工作，如在沒(méi)有緊急的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的情況下，進(jìn)行這一工作。自主開(kāi)發(fā)的協(xié)議棧不要馬上投入使用，因?yàn)榭赡艽嬖诘腷ug會(huì)造成維護(hù)成本的升高。需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)

25、的一致性測(cè)試。進(jìn)行長(zhǎng)期的可靠性測(cè)試。經(jīng)過(guò)測(cè)試過(guò)的協(xié)議棧才可以用在實(shí)際的項(xiàng)目中。,62,5.4例：使用標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用協(xié)議,例如，通過(guò)使用HTML和HTTP（超文本標(biāo)記語(yǔ)言和超文本傳輸協(xié)議）這類標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用數(shù)據(jù)格式和協(xié)議，就不需要為桌面系統(tǒng)寫(xiě)自己的應(yīng)用程序。對(duì)于客戶端：應(yīng)用可以使用標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器軟件對(duì)于服務(wù)器端的軟件：可以使用標(biāo)準(zhǔn)的WEB server，這些軟件很多可以找到開(kāi)放源碼的，可以節(jié)省不少時(shí)間，可靠性也可以得到保證。而且，如果使用一

26、個(gè)有廣泛應(yīng)用基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用協(xié)議，開(kāi)發(fā)者不需要向最終用戶提供工具軟件。,63,5.5流行的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),NetBIOSIPX/SPXAppleTalkTCP/IP,64,小結(jié),使用標(biāo)準(zhǔn)化使用成熟的技術(shù)自主開(kāi)發(fā)的成熟化-再使用,65,內(nèi)容,嵌入式網(wǎng)絡(luò)幾種常用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)家庭網(wǎng)絡(luò)-最后100米工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線嵌入式系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)嵌入式internet藍(lán)牙技術(shù)I2C總線,,66,6 嵌入式internet,嵌入式intern

27、et概述嵌入式internet的應(yīng)用-目前最方便的聯(lián)網(wǎng)方式智能公路：包括交通管理、車輛導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測(cè)和汽車服務(wù)。植物工廠：特種植物工廠，如實(shí)現(xiàn)野生名貴藥材的遠(yuǎn)程監(jiān)控培養(yǎng)和種植、無(wú)土栽培技術(shù)應(yīng)用、智能種子工程等。 虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）機(jī)器人：包括交通警察、門(mén)衛(wèi)、家用機(jī)器人等。工業(yè)制冷：冷庫(kù)、中央空調(diào)和超級(jí)市場(chǎng)冰柜。VR精品店：客戶可以在Internet上實(shí)時(shí)地查看到存貨狀況。VR家政系統(tǒng)：水、電、煤氣表的自動(dòng)抄表，安全

28、防火和防盜系統(tǒng)等。工業(yè)自動(dòng)化：目前已經(jīng)有大量的8位、16位和32位嵌入式微控制器在實(shí)際工作中得到廣泛應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)化是提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、減少人力資源消耗的主要途徑。如制藥工業(yè)的過(guò)程控制、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)安全、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)和石油化工系統(tǒng)等。POS網(wǎng)絡(luò)及電子商務(wù)：公共交通無(wú)接觸智能卡（Contactless Smartcard，CSC）發(fā)行系統(tǒng)、公共電話卡發(fā)行系統(tǒng)、自動(dòng)售貨機(jī)等。 環(huán)境工程與自然：水文資料實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，防洪體系及水土質(zhì)量監(jiān)

29、測(cè)，堤壩安全，地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)，實(shí)時(shí)氣象信息網(wǎng)，水源和空氣污染監(jiān)測(cè)等。,67,,,,68,6 嵌入式internet,原理（2種方式）1 直接接入internet設(shè)備可以直接連接到Internet上，對(duì)Internet進(jìn)行透明的訪問(wèn)。不需要專用的接入設(shè)備。設(shè)備的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化，便于實(shí)現(xiàn)。需要的嵌入式處理器的資源比較高，如更快的處理器，更大的存儲(chǔ)器容量，導(dǎo)致系統(tǒng)的成本高。需要IP地址資源，目前Internet的IPV4的IP資源有限，因

30、此這種方案在IPV6版本中可能比較現(xiàn)實(shí)，但是可以應(yīng)用于Intranet中。2 通過(guò)網(wǎng)關(guān)接入internetgo to next,69,,網(wǎng)關(guān),,RS-232、RS-485、CAN、紅外、電力線、射頻等,,需要接入internet的各種設(shè)備,… …,internet,70,6 嵌入式internet,接入方案案例-32/64位網(wǎng)絡(luò)處理器32/64位的嵌入式系統(tǒng)因?yàn)橛凶銐虻哪芰唾Y源，所以可以使用TCP/IP協(xié)議的全集和標(biāo)準(zhǔn)的sock

31、et接口。集成以太網(wǎng)控制器接口例子：Netsilicon公司的Net+ARMmotorola的PowerPC, Coldfiresamsung的KS32C50100系列，S3C4510等,71,6 嵌入式internet,接入方案案例-8/16位嵌入式處理器對(duì)協(xié)議棧進(jìn)行簡(jiǎn)化和裁減從模塊層次上進(jìn)行基本模塊IP，TCP，UDP 從模塊內(nèi)部進(jìn)行例如：路由功能的裁剪需要專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)和技能,72,6 嵌入式internet

32、,嵌入式TCP/IP概述嵌入式協(xié)議棧的API可能與普通的協(xié)議棧不同Winsock, BSD socket, …-為了開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)化嵌入式協(xié)議棧的可裁剪性嵌入式TCP/IP協(xié)議棧的平臺(tái)兼容性嵌入式協(xié)議棧的效率較高（1）占用的代碼??；（2）需要的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器?。唬?）代碼的效率高，可以減少對(duì)處理器的處理速度的要求。,73,6 嵌入式internet,嵌入式TCP/IP實(shí)現(xiàn)的形式基于硬件實(shí)現(xiàn)的協(xié)議棧 日本Seiko公司以iRe

33、ady芯核為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)的S7600芯片，大量購(gòu)買(mǎi)時(shí)價(jià)格約為7美元。 應(yīng)用于DSP的協(xié)議棧 如eDevice公司提供的SmartStack協(xié)議棧，就是在Analog Devices公司的AD1218x DSP芯片的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。普通的協(xié)議棧-軟件TCP/IP代理協(xié)議棧-continued,74,6 嵌入式internet-代理協(xié)議棧,75,6 嵌入式internet,嵌入式internet的方案選擇-考慮的問(wèn)題與Interne

34、t連接的方式（直接、通過(guò)網(wǎng)關(guān)）需要發(fā)送和接收信息的種類在系統(tǒng)中使用軟件協(xié)議棧和硬件協(xié)議棧的難度評(píng)估增加一個(gè)協(xié)議棧，不同的方案對(duì)原來(lái)的設(shè)計(jì)的改動(dòng)大小成本比較：軟件成本、硬件成本、總體增加的成本,76,內(nèi)容,嵌入式網(wǎng)絡(luò)幾種常用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)家庭網(wǎng)絡(luò)-最后100米工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線嵌入式系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)嵌入式internet藍(lán)牙技術(shù)I2C總線,77,7 藍(lán)牙技術(shù),特點(diǎn)適用的設(shè)備多工作頻段全球通用ISM-Industry, S

35、cience, Medicine使用方便安全加密、抗干擾能力強(qiáng)兼容性好尺寸小、功耗低多路、多方向連接,78,藍(lán)牙系統(tǒng)模塊,79,7 藍(lán)牙技術(shù),產(chǎn)品藍(lán)牙芯片藍(lán)牙芯片是藍(lán)牙系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。2019年底，朗訊公司宣布了它的第一個(gè)藍(lán)牙集成芯片W7020，該產(chǎn)品由一個(gè)單芯片無(wú)線發(fā)送子系統(tǒng)、一個(gè)基帶控制器和藍(lán)牙協(xié)議軟件組成。2000年6月，Mitel宣布推出MT1020，稱這是世界上第一種藍(lán)牙基頻寬控制器，可進(jìn)行語(yǔ)音和數(shù)據(jù)處理。

36、2000年6月下旬，英國(guó)初創(chuàng)公司（CSR）宣布推出第一個(gè)支持短距射頻（RF）技術(shù)的單芯片RF及基頻IC，該芯片采取了低價(jià)策略，每顆售價(jià)8美元，并計(jì)劃2019年底降為5美元。CSR芯片組可支持的藍(lán)牙操作頻寬達(dá)2.4GHz，并支持藍(lán)牙軟件層的快閃內(nèi)存，能夠傳送語(yǔ)音數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)。該公司2000年將有超過(guò)100萬(wàn)個(gè)組件出貨，主要客戶是電信巨人阿爾卡特（Alcatel）和日本的Tochigi Mitsumi。CSR芯片組將采用0.35微米工藝在

37、亞洲及歐洲地區(qū)生產(chǎn)。2000年7月，日本沖電氣工業(yè)公司開(kāi)始出廠藍(lán)牙芯片組及中間軟件的工業(yè)樣品，并將設(shè)計(jì)藍(lán)牙接口所必需的硬軟件一并出售給設(shè)備廠家。 目前-查閱文獻(xiàn),80,7 藍(lán)牙技術(shù),產(chǎn)品藍(lán)牙耳機(jī)2019年11月，愛(ài)立信公司展示了采用藍(lán)牙技術(shù)的實(shí)用電話耳機(jī)，這是第一個(gè)采用藍(lán)牙技術(shù)使手得以解放的部件。藍(lán)牙耳機(jī)輕巧、無(wú)線，通過(guò)內(nèi)建藍(lán)牙無(wú)線發(fā)送芯片同插入移動(dòng)電話上的藍(lán)牙相連，與人通電話十分方便。該耳機(jī)可以放在任一只耳朵上，同愛(ài)立信T28

38、，T28 WORLD和R320蜂窩電話配合使用。,81,7 藍(lán)牙技術(shù),產(chǎn)品藍(lán)牙適配器,82,7 藍(lán)牙技術(shù),產(chǎn)品藍(lán)牙手機(jī)2000年6月上旬在新加坡舉辦的“通信技術(shù)亞洲展覽會(huì)”上，愛(ài)立信公司展示了內(nèi)置藍(lán)牙芯片的GPRS手機(jī)R520m和T36。愛(ài)立信公司認(rèn)為R520m是世界首例藍(lán)牙GPRS手機(jī)。,83,7 藍(lán)牙技術(shù),產(chǎn)品筆記本電腦作為藍(lán)牙技術(shù)的倡導(dǎo)者，IBM公司宣布出臺(tái)一系列新的無(wú)線增強(qiáng)技術(shù)，以與IBM成功的ThinkPad筆記本電

39、腦的線路設(shè)計(jì)相配套，同時(shí)推出應(yīng)用藍(lán)牙技術(shù)的全新ThinkPad筆記本電腦，該電腦帶有Portofino端口，能方便地連接到無(wú)線調(diào)制解調(diào)器、照相機(jī)和其它設(shè)備上。通過(guò)藍(lán)牙技術(shù)，筆記本電腦將不再需要無(wú)線調(diào)制解調(diào)器或是單獨(dú)的無(wú)線ISP賬號(hào)，而是將來(lái)自筆記本電腦的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線電設(shè)備發(fā)送到蜂窩電話，然后再由蜂窩電話進(jìn)行傳輸。,84,7 藍(lán)牙技術(shù),產(chǎn)品無(wú)線操作的便攜硬盤(pán)在一次展覽會(huì)上，一款叫做NetDrive的便攜式硬盤(pán)給人留下極其深刻的印象，它

40、可利用藍(lán)牙技術(shù)無(wú)線接收數(shù)據(jù)，加以存儲(chǔ)（總?cè)萘靠蛇_(dá)200兆）。有了這種設(shè)備后，電腦用戶可在電腦主機(jī)與硬盤(pán)間可進(jìn)行無(wú)線操作。當(dāng)他離開(kāi)時(shí)，可將硬盤(pán)帶走，防止他人非法操作；回來(lái)后重新連上硬盤(pán)便可繼續(xù)工作。,85,7 藍(lán)牙技術(shù),產(chǎn)品個(gè)人電腦附件東芝公司于2000年8月上市對(duì)應(yīng)藍(lán)牙技術(shù)面向電腦的周邊設(shè)備。推出的產(chǎn)品為具備藍(lán)牙通信功能的PC卡“PABTC001”和可以安裝該P(yáng)C卡的模擬Modem“PABTS001”。使用PC卡“PABTC001”

41、可以在筆記本電腦之間通過(guò)無(wú)線方式傳輸文件。摩托羅拉公司也公布了其第一批藍(lán)牙產(chǎn)品，包括一個(gè)PCMCIA卡，一個(gè)USB附件。PCMCIA卡和USB附件這兩個(gè)新產(chǎn)品都是個(gè)人電腦的附加設(shè)備，可以允許個(gè)人電腦用無(wú)線方式交換信息和整理數(shù)據(jù)。,86,內(nèi)容,嵌入式網(wǎng)絡(luò)幾種常用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)家庭網(wǎng)絡(luò)-最后100米工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線嵌入式系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)嵌入式internet藍(lán)牙技術(shù)I2C總線,,87,8 I2C總線-簡(jiǎn)介,概述I2C總線是一種廣為

42、人知的常用于將微控制器鏈接到系統(tǒng)的總線。目前大多數(shù)的嵌入式處理器都集成了I2C總線接口，許多的I/O芯片具有I2C總線接口，如EEPROM存儲(chǔ)器，溫度傳感器等。I2C總線廣泛的應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)的主板上的各個(gè)部件之間的連接與通信。,88,I2C總線的應(yīng)用例子,EMCU子系統(tǒng),E2PROM,數(shù)字傳感器,,,,,,,89,8 I2C總線,系統(tǒng)結(jié)構(gòu),90,小結(jié),嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的考慮網(wǎng)絡(luò)的形式常用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹工業(yè)網(wǎng)絡(luò)-現(xiàn)場(chǎng)總線家用