嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢：網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與嵌入式微處理架構(gòu)
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| (發(fā)布日期：2008-4-23 20:54:22) 來源：網(wǎng)絡(luò) |
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互連嵌入式系統(tǒng)的演變 過去嵌入式系統(tǒng)通常是深嵌于最終產(chǎn)品之中，以系統(tǒng)控制為基礎(chǔ)，一般不與外界連接。其微控制器在一個相當(dāng)封閉的系統(tǒng)中工作，定時查詢外設(shè)、收集數(shù)據(jù)、完成簡單的處理工作，以及控制開關(guān)和LED指示燈。此外，微控制器也進行少量的數(shù)據(jù)操作或數(shù)據(jù)傳輸。現(xiàn)今的嵌入式系統(tǒng)一般都要連接到局域網(wǎng)，這樣就有數(shù)十...
互連嵌入式系統(tǒng)的演變
過去嵌入式系統(tǒng)通常深嵌于最終產(chǎn)品之中，以系統(tǒng)控制為基礎(chǔ)，一般不與外界連接。其微控制器在一個相當(dāng)封閉的系統(tǒng)中工作，定時查詢外設(shè)、收集數(shù)據(jù)、完成簡單的處理工作，以及控制開關(guān)和LED指示燈。此外，微控制器也進行少量的數(shù)據(jù)操作或數(shù)據(jù)傳輸。由于它們不會與局域網(wǎng) (LAN)或互聯(lián)網(wǎng)(Internet)連接，所以不存在保安的問題。然而，一切現(xiàn)在都改變了。現(xiàn)今的嵌入式系統(tǒng)一般都要連接到局域網(wǎng)，這樣就有數(shù)十、甚至上百個控制器連接在一起。舉例說，汽車制造和工業(yè)控制領(lǐng)域中的CAN有上百個微控制器在相互作用；ZigBee 無線控制網(wǎng)絡(luò)也有若多數(shù)量的微控制器互連在一起。而且，隨著嵌入式網(wǎng)絡(luò)越來越復(fù)雜(因此需要更大的網(wǎng)絡(luò)帶寬和更遠的傳輸距離)，嵌入式以太網(wǎng)也開始涉足于工業(yè)控制、建筑物自動化、醫(yī)療和保安產(chǎn)品市場。
目前市場的發(fā)展趨勢是將這些局域網(wǎng)需要通過企業(yè)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)或外聯(lián)網(wǎng)特別是互聯(lián)網(wǎng)與外界連接。嵌入式系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)要求的不斷增加，導(dǎo)致微控制器必須具備更多性能：更強的互連性，增加程序和數(shù)據(jù)內(nèi)存空間來支持相應(yīng)的通信協(xié)議，提高性能和處理帶寬以進行系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)、執(zhí)行通信協(xié)議和提供嚴密的保安能力。在需要通過內(nèi)聯(lián)網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控CAN或ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用環(huán)境中，嵌入式微控制器必須能支持10/100M以太網(wǎng)、CAN、ZigBee 網(wǎng)絡(luò)以及其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，更必須具有先進的安全加密算法。
另一個影響嵌入式系統(tǒng)的因素是通用串行總線 (USB) 的快速普及，尤其是在 PC 及其外設(shè)領(lǐng)域。與提供基本通信鏈路的傳統(tǒng)通用異步收發(fā)器 (UART) 接口不同，USB是一種內(nèi)置豐富驅(qū)動程序的即插即用式總線接口，能縮短開發(fā)周期和設(shè)備安裝時間。不但設(shè)計員喜歡這種接口，終端用戶也因為不必為新購的外設(shè)安裝加載新的設(shè)備驅(qū)動程序而樂于使用。再考慮到采用筆記本電腦對復(fù)印機、自助售貨機、ATM機，工廠自動化設(shè)備、家用安全系統(tǒng)等完成系統(tǒng)設(shè)置和現(xiàn)場服務(wù)，可以預(yù)計USB在嵌入式系統(tǒng)將占一重要席位。新款的筆記本電腦都只配備了USB接口，所以由它們服務(wù)的系統(tǒng)也必須有USB接口，否則這些系統(tǒng)便得采用舊款PC或USB適配器。
還有一點，隨著嵌入式系統(tǒng)越來越多地通過使用外部網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)控，尤其是該系統(tǒng)可以通過互聯(lián)網(wǎng)或無線網(wǎng)絡(luò)來訪問時，對保安的要求必然會更高。沒有人能容忍局外人惡意破壞系統(tǒng)、關(guān)斷防火報警系統(tǒng)，或隨便打開輸油管的閥門，所以保安就成為了嵌入式系統(tǒng)非常重要的一環(huán)。
對微控制器結(jié)構(gòu)的意義：高帶寬、高互連性、高可預(yù)見性
嵌入式系統(tǒng)朝著嵌入式網(wǎng)絡(luò)的趨勢發(fā)展從根本上改變了其結(jié)構(gòu)，而結(jié)構(gòu)卻是人們在選擇一個微控制器時必須考慮的。微控制器必須具有多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議接口，能傳輸并驗證大量數(shù)據(jù)，足夠的安全性以及內(nèi)存和處理能力，以容納眾多的協(xié)議堆棧；而且，在許多情況下，還必須在能耗很少的前提下完成這些任務(wù)。8位和16位處理器顯然在內(nèi)存資源和處理能力上達不到這些要求，許然需要 8 位和 16 位處理器具備的“確定過程式性能” (deterministic performance) 和監(jiān)管功能，而這些對32位處理器來說卻很罕有。此外，對成本敏感的系統(tǒng)還得與8位和16位微控制器的價格相若，而且配套開發(fā)工具的價格也必須容易接受。
要適應(yīng)嵌入式市場不斷增的互連需求和支持這類應(yīng)用的實時性要求，這種處理器還是不夠的。要滿足現(xiàn)今的互連應(yīng)用環(huán)境，嵌入式微控制器需要能夠支持多種通信協(xié)議、高速數(shù)據(jù)傳輸，系統(tǒng)安全和確定過程式實時處理。Atmel公司的SAM7 微控制器系列基于ARM技術(shù)，并具有USB接口，其最新的SAM7X 微控制器正朝著上述的領(lǐng)域發(fā)展。這種微控制器的工作頻率達50 MIPS，配備片上以太網(wǎng)和CAN通信協(xié)議，采用硬件實現(xiàn)的AES/3DES加密技術(shù)，安全鍵存儲技術(shù)以及各種外部接口包括USB、USART、串行外圍接口 (SPI)、同步串行接口 (SSC)、雙線接口SSC/I2S和雙線接口 (TWI)。該微控制器采用一個外設(shè)DMA控制器獨立實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)的傳輸，無需占用 ARM7 處理器資源，并具有 8 位和 16 位處理器常備的實時系統(tǒng)控制功能 (32 位系統(tǒng)很少有這些功能)，包括欠壓檢測器、上電復(fù)位電路、實時時鐘和監(jiān)控定時器。SAM7X 微控制器還包括一些外設(shè)：一個 10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、脈沖寬度調(diào)制以及功率管理控制器。SAM7X 的存儲密度從 128 到 256Kbit 閃存和 32到 64Kbit SRAM 不等。這些功能才可真正滿足嵌入式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的需求。
嵌入式互連的發(fā)展趨勢
隨著越來越多設(shè)備互連在一起，連接電纜的長度和網(wǎng)絡(luò)帶寬均大幅增長。最大帶寬為1Mbps的CAN網(wǎng)絡(luò)逐漸達到極限，開始被100Mbps以太網(wǎng)取代。事實上，以太網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)使用的都是相同的通信協(xié)議，即TCP/IP。由于在將一個遠程傳感器通過互聯(lián)網(wǎng)連接到某一臺PC時無需轉(zhuǎn)換協(xié)議，因此整個網(wǎng)絡(luò)便會簡化，設(shè)備的互操作性得以增強。采用互聯(lián)網(wǎng)這類公共通信網(wǎng)絡(luò)對安全性的要求也大為提高。不過，CAN 也不會在一夜之間消失，而是繼續(xù)存在于嵌入式網(wǎng)絡(luò)世界內(nèi)一段時間。ZigBee 很可能在低數(shù)據(jù)傳輸率控制應(yīng)用中占一重要席位；而與PC 連接方面， USB 勢將成為標準。
通用串行接口 (USB) 是一種用于將外設(shè)作為即插即用設(shè)備連接到PC上的接口標準。因此，USB替代了PC上的串行接口 (UART)，而且比后者的傳輸速率更大，在全速模式下可達12Mbps。 |
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