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嵌入式Internet技术如何实现

作者: 中文核心期刊2018-07-07阅读:文章来源:中文核心期刊咨询网

  近年来,嵌入式相关技术的发展非常迅速,嵌入式CPU的处理能力越来越强。它已从8位升级到16位,再到32位和64位,这使得一些嵌入式电路需要高性能的嵌入式CPU支持。手持式计算机,PDA,机顶盒和其他产品等系统已经出现在市场上,这表明嵌入式产品在互联网时代以信息家电为代表,接下来小编简单介绍一篇优秀嵌入式计算机论文。

计算机科学与探索

  嵌入式设备与Internet的结合代表着嵌入式系统和网络技术的真正未来,为嵌入式市场展现了美好前景。嵌入式系统与Internet技术的结合已经成为嵌入式系统研究领域的一个新兴前沿课题,这就是嵌入式Internet技术。嵌入式 Internet技术是一种设备接入技术或者说是一种异种网络互连技术,它主要解决的问题是通过Web和嵌入式技术实现从不同子网、不同的物理区域对接入到Internet的设备和异类子网进行监控、诊断、测试、管理、及维护等操作,从而使用户对接入到Internet上的各种设备或其它类型的子网具有远程监控、诊断和管理的能力。

  一、背景

  近几年来,嵌入式相关技术的发展非常迅速,嵌入式CPU处理能力也越来越强,由8位、16位、升级到32位、64位,使得一些需要高性能嵌入式CPU支持的嵌入式系统,如掌上电脑、PDA、机顶盒等产品纷纷登场,预示着以信息家电为代表的互联网时代嵌入式产品的兴起。嵌入式设备与Internet的结合代表着嵌入式系统和网络技术的真正未来,为嵌入式市场展现了美好前景。嵌入式系统与Internet技术的结合已经成为嵌入式系统研究领域的一个新兴前沿课题,这就是嵌入式Internet技术。

  嵌入式系统是指嵌入式计算机系统。一个嵌入式计算机系统应该是一个计算机硬件和软件的集合体,它是以应用为中心,以计算机技术为基础,软件硬件可裁减,适应应用系统,对功能、可靠性、成本、体积、功耗、严格要求的专用计算机系统。从形式上来说,嵌入式系统能够辅助其宿主系统完成某些功能或提高某些性能,而不被最终用户所在意。

  嵌入式系统的基础是以应用为中心的芯片设计和面向应用的软件产品开发。典型的嵌入式系统由两部分组成:以嵌入式CPU(包括微处理器MPU和微控制器MCU)为中心的硬件设计和基于实时操作系统(RTOS)的嵌入式应用软件开发。

  二、课题的提出

  嵌入式 Internet技术是一种设备接入技术或者说是一种异种网络互连技术,它主要解决的问题是通过Web和嵌入式技术实现从不同子网、不同的物理区域对接入到Internet的设备和异类子网进行监控、诊断、测试、管理、及维护等操作,从而使用户对接入到Internet上的各种设备或其它类型的子网具有远程监控、诊断和管理的能力。机电一体化毕业论文

  Internet通信协议对计算机系统的CPU速度、存储器容量等的要求比较高,用于PC系统不存在任何困难,但是用于自身资源有限的嵌入式系统就必须根据需要有所取舍,合理选择通信协议的实现和处理方案。

  嵌入式Internet与MCU技术密切相关。利用单片机实现嵌入式互联网方案的技术难点是:如何利用单片机本身有限的资源对信息进行TCP/IP协议处理,使之变成可以在互联网上传输的IP数据包。嵌入式Internet技术就是要最大限度地利用嵌入式系统资源,根据TCP/IP协议对网络数据信息进行最高效的处理。

  目前,存在四种实现嵌入式Internet技术的方案。

  1、PC机网关方案

  图1 ONDC模型示意图

  第一种嵌入式Internet的实现方案产生于20世纪90年代中期。人们采用PC机+网卡+采集插卡组成以太网网关,进行协议转换,将由现场总线连接现场设备组成的分布式系统接入以太网,将管理PC机放在以太网内,组成一个较大的自控系统。这种组成方式成本很高,只适用于大的自控系统。东北大学CNCI研究所提出的ONDC模型(OpenNetwork Device Connectivity)正是这种形式的典型代表。

  图1为ONDC模型的逻辑拓扑结构示意图。该图描述了当时实现整个嵌入式Internet的体系结构。从图上可以看出,ONDC服务器实际上充当了从Fieldbus到Ethernet的网关。ONDC的实现采用了先进的智能控制器技术和Internet技术。每个设备都通过控制盒控制,所有这些控制盒通过现场总线连接起来到达ONDC服务器(后来称为EI网关),服务器能够存取控制盒以实现控制这些设备的目的。因为有了EI服务器,各种功能可以通过网络界面提供给远程用户,Web服务器能够使这种功能通过WEB浏览器在网上实现通信。

  通过这个系统,在权限允许的范围内,可以在任何地方,任何时间控制和观察现场总线网络中的任何设备。由于ONDC系统还提供了远程任务下载的能力,当系统在运行时,你甚至可以在家里通过调制解调器改变控制盒的程序。从而实现了“功能下载”。ONDC模型最大的功劳在于它实现了世界上最小的物理网(现场总线网)和世界上最大的逻辑网(Internet)之间的互联,这一模型的实现可以说是具有划时代意义的,它让我们对于Internet的认识和应用有了更多的想象空间。

  2、嵌入式系统网关

  在20世纪90年代后期,人们采用嵌入式系统+以太网卡+采集卡来组成以太网网关以实现嵌入式Internet技术。这一阶段的嵌入式系统实际上是在硬件和软件上均可按用户需要进行剪裁的PC机。例如,PC-104结构的单板机实际上就是一台没有显示器、键盘、硬盘、软盘的PC-486DX计算机,有电子硬盘及各种I/O插口,可装入Windows CE和其他PC机应用软件。所以,实际上它是第一种网关的简化和微型化。它的成本比第一种有所下降,但价格还是较高。另外,利用了PC机的软件,开发速度较快。代表这一系统的有东大新业公司的Webit 1.0产品,如图2所示。

  图2 东大新业的Webit 1.0产品

  东北大学新业公司的Webit 1.0产品推出于2000年初,它采用了嵌入式PC机的体系结构和主板,中央处理器为Cyrix的MediaGX200MHz处理器。运行有嵌入式Linux内核的PC体系结构提供了完整的网络接口。Webit产品是一个基于Embedded Internet技术的高新技术产品。它在Internet网络中代替了传统结构中的PC机或Server,它使得任何一个电器设备可以通过Internet用TCP/IP协议来访问。对照传统的Internet结构图,我们可以看出,传统的PC实现的是使人能够通过Internet来访问数据,传统的Server实现的是使数据(Data)能够通过Internet来发布。而Webit针对的“用户”是设备,而不是人。我们说,传统的Internet实现了通过Web来访问数据(Data)、访问音频(Audio)、访问视频(Video)。而Webit产品则实现了对现场设备输入/输出(I/O)数据的访问,实现了对设备行为(Action)的访问。另一方面,Webit还实现了通过Web服务进行一个或多个控制电器代码的下载(Download),所下载的代码可以立即被启动执行。而这些代码是不依赖于Webit本身的。这个功能是传统的Internet服务器或客户机所不具有的。

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  《计算机科学与探索》是由中国电子科技集团公司主管、华北计算技术研究所主办的国内外公开发行的计算机学报级高级学术期刊,中国计算机学会会刊。报道计算机(硬件、软件)各学科具有创新性、前沿性、导向性、开拓性及探索性的科研成果。

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