集成以太網(wǎng)MAC或硬件TCP/IP協(xié)議棧
對于設(shè)計人員來說，將其嵌入式設(shè)備連入互聯(lián)網(wǎng)的傳統(tǒng)方法，是選用一款MCU和一個以太網(wǎng)MAC。以往的MCU產(chǎn)品中很少內(nèi)置IP和以太網(wǎng)接口，設(shè)計人員首先需要一個jack(插孔)，將以太網(wǎng)信號轉(zhuǎn)換成MCU可讀取信號；然后，需要TCP/IP協(xié)議棧，在其上運行DHCP、DNS和任何想要使用的其他協(xié)議。TCP/IP協(xié)議棧通常由C語言編寫并移植到MCU內(nèi)。在實際設(shè)計中，選用哪種MCU對設(shè)計結(jié)果并無太大影響。如果所選用的是帶Linux的ARM那么強大的MCU，那么在開發(fā)產(chǎn)品的時候就會非常簡單。或者，設(shè)計人員還可以選擇功能沒有那么強大，但是價格更為便宜的AVR或者是PIC。
然而，利用軟件實現(xiàn)整個TCP/IP協(xié)議棧是一項復(fù)雜的工作。針對于此，設(shè)計人員可以選用適合的硬件TCP/IP協(xié)議棧產(chǎn)品，如韓國微知網(wǎng)絡(luò)(WIZnet)公司的固件網(wǎng)絡(luò)芯片W5100。該產(chǎn)品集TCP/IP協(xié)議棧、以太網(wǎng)MAC和PHY為一體。Lantronix也提供類似的模塊，功能更為強大且更簡單易用，但是價格也更高。
事實上，一直以來市場上用于嵌入式控制的以太網(wǎng)接口器件都非常稀少，而且這些器件大都是為PC應(yīng)用而定制。為了形成更加緊湊的解決方案，現(xiàn)在越來越多的MCU制造商，開始把MAC部件集成到標(biāo)準(zhǔn)的8位或16位MCU架構(gòu)中，甚至有些廠商將硬件TCP/IP協(xié)議棧與單片機相結(jié)合。
Microchip很早就提供專為嵌入式控制市場設(shè)計的10Mbps以太網(wǎng)解決方案，而現(xiàn)在，更有集成10/100 MAC的PIC32單片機、集成MAC / PHY的PIC18單片機、獨立的以太網(wǎng)器件以及免費的TCP-IP軟件棧。Microchip的PIC18是一款使用非常廣泛的以太網(wǎng)MCU產(chǎn)品，只需添加一個magjack并從Microchip網(wǎng)站下載TCP/IP協(xié)議棧即可執(zhí)行工作。
ST最近也增強了其基于ARM Cortex的STM32產(chǎn)品線，加入了片上以太網(wǎng)功能(STM32F107系列增加了一個10/100以太網(wǎng)MAC)，以完整的硬件支持IEEE1588精確時間協(xié)議，使設(shè)計人員能夠為實時應(yīng)用開發(fā)以太網(wǎng)連接功能。
而我們在文章中最先提到的專注于以太網(wǎng)系列產(chǎn)品的WIZnet公司，新近在W5100全硬件網(wǎng)絡(luò)芯片功能的延伸和升級上，推出了結(jié)合主控芯片的W7100，集成了8051標(biāo)準(zhǔn)單片機和全硬件解碼TCP/IP以太網(wǎng)協(xié)議棧。
事實證明，雖然以太網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)-系統(tǒng)協(xié)議，但它已經(jīng)為其它應(yīng)用所采用，包括背板。因為具有很高的靈活性、可靠性和性能，不但MCU供應(yīng)商正在積極布局相關(guān)產(chǎn)品，其也是FPGA內(nèi)的常見協(xié)議選擇。
Altera公司結(jié)合其最新一代高端器件推出的全新嵌入式開發(fā)系統(tǒng)CvcloneII，就在其中集成了完整的千兆以太網(wǎng)硬核，其中包括MAC模塊以及可選擇的物理層PCS模塊和PMA模塊，MAC模塊支持l0/100/1000 Mbps。
Xilinx則提供面向低成本10/100以太網(wǎng)應(yīng)用的Spartan-3和面向多端口千兆位級以太網(wǎng)應(yīng)用的Virtex-5 FPGA。Virtex-5 FPGA利用65-nm工藝技術(shù)制造，整合了4個三態(tài)以太網(wǎng)MAC硬模塊，支持各種PHY 接口，從采用SelectIO技術(shù)的MII到采用GTP收發(fā)器的SGMII。
集成Zigbee等無線功能
“物聯(lián)網(wǎng)(Internet Of Things, IOT)與智慧地球不是概念炒作，是互聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)在高級階段的融合?！北本┖娇蘸教齑髮W(xué)何立民教授在近日于深圳舉行的“MCU技術(shù)創(chuàng)新與嵌入式應(yīng)用大會”中特別指出。
智能傳感器網(wǎng)絡(luò)與控制是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展與獲得市場廣泛認(rèn)可的主要推動因素。Microchip的Jason Tollefson對此表示：“我們看到了從工業(yè)和智能能源應(yīng)用中發(fā)展起來的物聯(lián)網(wǎng)。更多機器到機器(M2M)的通信會轉(zhuǎn)為使用互聯(lián)網(wǎng)，而且消費者需要能夠通過智能電話監(jiān)視和控制的產(chǎn)品?！?/FONT>
智能電網(wǎng)在物聯(lián)網(wǎng)中的角色至關(guān)重要，愛特梅爾公司戰(zhàn)略營銷經(jīng)理Pierre Roux認(rèn)為：“在互聯(lián)網(wǎng)向嵌入式領(lǐng)域滲透的過程中，移動互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，比如智能手機和更時髦的平板電腦，顯然起著舉足輕重的作用。不過，如果我們把物聯(lián)網(wǎng)看作是物體間相互通信的互聯(lián)網(wǎng)，那么智能電網(wǎng)應(yīng)該被視為向智能電器、智能家庭和電動汽車轉(zhuǎn)換的主要使能者?！?/FONT>
“事實上，我們甚至可以說，若智能電網(wǎng)沒有就緒，上面提到的轉(zhuǎn)向根本沒有意義?！盤ierre Roux強調(diào)道。
無線技術(shù)是構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)最主要的方式之一，大量傳感器或者傳感網(wǎng)通過無線的方式來感知外界、采集信息。因此，眾多無線技術(shù)聯(lián)盟組織正積極投身物聯(lián)網(wǎng)陣營。未來的嵌入式平臺，該如何對各種無線技術(shù)進(jìn)行強有力的支持，也是各大處理器供應(yīng)商在進(jìn)行產(chǎn)品規(guī)劃時所關(guān)注的重點
各大聯(lián)盟在智能電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)與應(yīng)用領(lǐng)域，競爭尤為激烈。目前，ZigBee、RFID等傳統(tǒng)傳感器技術(shù)已然占得先機；Wi-Fi、Bluetooth等技術(shù)也正在積極參與。在家庭無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的采用方面，當(dāng)前802.15.4和802.11居于領(lǐng)先地位，其中802.15.4和其即將推出并支持物聯(lián)網(wǎng)的ZigBee Smart Energy 2.0堆棧稍勝一籌。
據(jù)Pierre Roux介紹，目前已批準(zhǔn)及開發(fā)中的ZigBee應(yīng)用規(guī)范包括：家庭自動化(Home Automation)，提高家庭的安全性、可靠性、可控制性以及便利性；樓宇自動化(Building Automatio)，提高樓宇在出入、安全和HVAC等控制方面的靈活性和智能性；智能能源，包括需求響應(yīng)，電表凈計量；RF4CE，如遙控(消費電子設(shè)備的先進(jìn)遙控)及用于電信、醫(yī)療保健和零售應(yīng)用的其它規(guī)范。
MCU廠商的Zigbee實現(xiàn)方案主要分為三類：(1)MCU和RF收發(fā)器分離的雙芯片方案，ZigBee協(xié)議棧在MCU上運行；(2)集成RF和MCU的單芯片方案；(3)ZigBee協(xié)處理器和MCU的雙芯片方案。
雖然三種方案各有優(yōu)勢，但單芯片方案顯然是當(dāng)前主要廠商的主推方案，也是重要的發(fā)展趨勢。在主要的Zigbee芯片提供商中，德州儀器(TI)的Zigbee產(chǎn)品線覆蓋了以上三種方案；飛思卡爾、Ember、Jennic等則都可以提供單芯片方案。
例如飛思卡爾最新的MC1323x系列，內(nèi)含一個8位HCS08微控制器以及一個完全符合IEEE 802.15.4的收發(fā)器。除了RF監(jiān)測和監(jiān)控以外，這套新的系列器件還將允許消費者直接支持和使用傳統(tǒng)紅外線(IR)功能和器件。
而過去一貫提供MCU+RF雙芯片方案的愛特梅爾，近來也開始推出包括兼容IEEE 802.15.4和ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的低成本、低功耗、低數(shù)據(jù)率MCU無線控制器件。其最新推出的AVR無線MCU ATmega128RFA1符合IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，集成了愛特梅爾基于AVR增強特性RISC架構(gòu)的CMOS 8位MCU以及2.4GHz ISM頻段的高數(shù)據(jù)速率收發(fā)器。該器件的吞吐量達(dá)到1MIPS/MHz，無線電收發(fā)器的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)速率從250kbps到高達(dá)2Mbps。
對于互聯(lián)產(chǎn)品的設(shè)計人員來說，當(dāng)前的主要技術(shù)挑戰(zhàn)其實是不同網(wǎng)絡(luò)之間，即傳感器網(wǎng)絡(luò)、智能電網(wǎng)和個域網(wǎng)之間的互操作性難題。隨著全球各地紛紛推出不同的標(biāo)準(zhǔn)(比如無線 m-bus、Zigbee、WiMax、WiFi、WiBro等等)，維持這種互操作性的難度也在不斷增加。在中國，這類標(biāo)準(zhǔn)還有待定義，智能電表的部署尚依賴于470MHz RF技術(shù)。
（轉(zhuǎn)載）
