设计人员将嵌入式设备连接到互联网的传统方法是使用 MCU 和以太网 MAC。 以往的MCU产品中内置IP和以太网接口很少。 设计者首先需要一个插孔,将以太网信号转换成MCU可以读取的信号; 然后,需要在其上运行TCP/IP协议栈。 DHCP、DNS 和您想要使用的任何其他协议。 TCP/IP协议栈通常用C语言编写并移植到MCU中。 实际设计中,选择哪种MCU对设计结果没有太大影响。 如果选择像ARM一样强大的MCU搭配Linux,那么开发产品时就会变得非常简单。 另外,设计人员还可以选择功能较弱但更便宜的 AVR 或 PIC。
然而,用软件实现整个 TCP/IP 协议栈是一项复杂的任务。 为此,设计者可以选择合适的硬件TCP/IP协议栈产品,例如韩国WIZnet公司的固件网络芯片W5100。 该产品集成了TCP/IP协议栈、以太网MAC和PHY。 Lantronix 还提供类似的模块,这些模块功能更强大且更易于使用,但也更昂贵。
事实上,市场上用于嵌入式控制的以太网接口设备一直很少,而且这些设备大多数都是针对PC应用定制的。 为了形成更加紧凑的解决方案,现在越来越多的MCU制造商开始将MAC组件集成到标准的8位或16位MCU架构中,有些制造商甚至将硬件TCP/IP协议栈与微控制器结合起来。
Microchip 长期以来一直提供专为嵌入式控制市场设计的 10Mbps 以太网解决方案,现在还提供集成了 10/100 MAC 的 PIC32 微控制器、集成了 MAC/PHY 的 PIC18 微控制器、独立以太网设备以及免费的 TCP -IP 软件堆栈。 Microchip的PIC18是一款应用非常广泛的以太网MCU产品,只需添加一个magjack并从Microchip网站下载TCP/IP协议栈即可执行工作。
ST最近还增强了其基于ARM Cortex的STM32产品线,增加了片上以太网功能(STM32F107系列增加了10/100以太网MAC),为IEEE1588精确时间协议提供完整的硬件支持,使设计人员能够实现实时 时间应用程序开发以太网连接功能。
WIZnet,我们在文章中首先提到的专注于以太网系列产品的公司,最近对W5100全硬件网络芯片的功能进行了扩展和升级,推出了结合主控芯片的W7100,该芯片集成了8051标准单片机和全硬件网络芯片。 规模网络芯片。 硬件解码 TCP/IP 以太网协议栈。
事实证明,虽然以太网是一种网络和系统到系统协议,但它已被其他应用程序采用,包括背板。 由于其高度的灵活性、可靠性和性能,不仅MCU供应商正在积极部署相关产品,而且它也是FPGA内部常见的协议选择。
CvcloneII是Altera结合其最新一代高端器件推出的全新嵌入式开发系统,集成了完整的千兆位以太网硬核,包括MAC模块和可选的物理层PCS模块和PMA模块。 MAC模块支持l0/100/1000 Mbps。
Xilinx 提供适用于低成本 10/100 以太网应用的 Spartan-3 和适用于多端口千兆位以太网应用的 Virtex-5 FPGA。 Virtex-5 FPGA 采用 65 nm 工艺技术制造,集成了四个三态以太网 MAC 硬模块,支持各种 PHY 接口,从使用 SelectIO 技术的 MII 到使用 GTP 收发器的 SGMII。
“物联网和智能地球不是概念炒作,而是互联网和嵌入式系统在高级阶段的融合。” 北京航空航天大学何利民教授在近日于深圳召开的“MCU技术创新与嵌入式系统应用大会”上特别指出。
智能传感器网络和控制是物联网发展及其广泛市场认可的主要驱动因素。 Microchip 的 Jason Tollefson 表示:“我们看到物联网从工业和智能能源应用中发展起来。更多的机器对机器 (M2M) 通信将转向使用互联网,消费者将需要能够通过智能 电话。以及受管制产品。”
智能电网在物联网中的作用至关重要,Atmel战略营销经理Pierre Roux认为:“在互联网向嵌入式领域渗透的过程中,移动互联网设备,例如智能手机和更时尚的平板电脑,显然扮演着重要角色。 然而,如果我们将物联网视为相互通信的物联网,那么智能电网应被视为向智能家电、智能家居和电动汽车过渡的主要推动者。”
“事实上,我们甚至可以说,如果智能电网还没有准备好,那么上述转变就毫无意义。” 皮埃尔·鲁强调说。
无线技术是构建物联网最重要的方式之一。 大量传感器或传感器网络感知外界并以无线方式收集信息。 因此,许多无线技术联盟组织正在积极加入物联网阵营。 未来的嵌入式平台如何为各种无线技术提供强有力的支持,也是各大处理器供应商在规划产品时关注的重点。
各大联盟之间在智能电网标准和应用领域的竞争尤为激烈。 目前,ZigBee、RFID等传统传感器技术已占据主导地位; Wi-Fi和蓝牙等技术也积极参与。 在家庭无线网络的采用方面,802.15.4 和 802.11 目前处于领先地位,802.15.4 及其即将推出的支持物联网的 ZigBee Smart Energy 2.0 堆栈稍好一些。
据Pierre Roux介绍,目前已批准和正在制定的ZigBee应用规范包括:家庭自动化,提高家庭的安全性、可靠性、可控性和便利性; 和楼宇自动化,提高建筑效率。 访问、安全和 HVAC 等控制的灵活性和智能性; 智能能源,包括需求响应、净计量; RF4CE例如远程控制(消费电子设备的高级远程控制)和其他用于电信、医疗保健和零售应用的规范。
MCU厂商的ZigBee实现方案主要分为三类:(1)MCU和RF收发器独立的双芯片方案,ZigBee协议栈运行在MCU上; (2)集成RF和MCU的单芯片解决方案; (3) ZigBee 协处理器和 MCU 两芯片解决方案。
虽然三种方案各有优势,但单芯片方案显然是目前各大厂商主推的主要方案,也是一个重要的发展趋势。 在主要的Zigbee芯片供应商中,德州仪器(TI)的Zigbee产品线涵盖了上述三种解决方案; Freescale、Ember、Jennic等都可以提供单芯片解决方案。