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用于嵌入式控制的以太網(wǎng)

發(fā)布時(shí)間:2008/5/27 0:00:00 訪問次數(shù):496

        

    

    將各個(gè)嵌入式控制模塊連接在一起的方法有很多,而以太網(wǎng)具有較好的可靠性、速度和大量成熟的基礎(chǔ)架構(gòu)

    20世紀(jì)80年代,當(dāng)個(gè)人電腦開始在全球的辦公室中普及的時(shí)候,人們不禁吃驚的發(fā)現(xiàn),一場(chǎng)正在興起的計(jì)算革命能夠發(fā)掘并大大提高人們的生產(chǎn)效率。20世紀(jì)90年代,所有的電腦開始通過modem和小型辦公網(wǎng)絡(luò)連接在一起,然后通過internet實(shí)現(xiàn)了互連,從此互連網(wǎng)的計(jì)算和通信功能開始明顯地提高人們工作的效率。

    隨著越來越多的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)開始相互連接并與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)連接在一起,我們有可能會(huì)在嵌入式控制應(yīng)用的roi(投資回報(bào))中看到與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用類似的階躍式增長。

    互連的方案

    將某一應(yīng)用系統(tǒng)中(或者分離的應(yīng)用系統(tǒng)中)的各個(gè)嵌入式控制模塊連接在一起的方法有很多。表1列出了幾種主要的嵌入式系統(tǒng)接口的特性。(注:本文不討論無線互連技術(shù)。)

    

    

    

    表1 主要的嵌入式系統(tǒng)互連技術(shù)的特性

    挖掘基礎(chǔ)架構(gòu)

    相對(duì)usb的普及,以太網(wǎng)最有可能為嵌入式控制應(yīng)用的互連帶來革命。幾乎在每一棟大樓、家庭、辦公室和工廠車間里都遍布著網(wǎng)絡(luò)電纜、集線器和交換機(jī),網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)的普及為嵌入式控制的互連提供了巨大的機(jī)遇。通過挖掘網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)的潛力,可以提高嵌入式控制的應(yīng)用效率,降低其成本,并催生新型的應(yīng)用。

    以太網(wǎng)具有驚人的尋址能力,能夠?qū)?shù)以億計(jì)的設(shè)備連接在一起。10/100base-t以太網(wǎng)接口通過便宜的雙絞電纜,能夠提供成本低廉的互連,并且具有很多不錯(cuò)的特性:

    使用差分信號(hào),具有較高的抗噪性;

    

    通過使用微型變壓器(常常集成在標(biāo)準(zhǔn)的rj-45連接器中),實(shí)現(xiàn)了高達(dá)1500v的導(dǎo)線絕緣性能;

    

    低工作電壓;

    

    高速。

    以太網(wǎng)規(guī)范規(guī)定以太網(wǎng)需要兩種接口部件:mac(media access controller,媒體訪問控制器)和phy(physical transceiver,物理收發(fā)器)。mac是一種純數(shù)字的設(shè)備,負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流的同步處理。而phy在很大程度上是一種模擬器件,負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成在特定的媒體上(常用雙絞線)傳輸所需的信號(hào)電平。

    到目前為止,嵌入式控制設(shè)計(jì)者所能夠找到的以太網(wǎng)接口器件非常稀少,而且這些器件都是為pc應(yīng)用而定制的。8位和16位接口的器件常常都采用大型封裝,有幾百個(gè)引腳,需要嵌入式應(yīng)用為pc總線的仿真預(yù)留大量的i/o接口(24個(gè)以上)。

    近來,很多微控制器廠商已經(jīng)開始關(guān)注嵌入式控制的應(yīng)用領(lǐng)域,并且認(rèn)識(shí)到這一領(lǐng)域?qū)Ω`活和更專用解決方案的需求。有些廠商已經(jīng)開始把mac部件集成到標(biāo)準(zhǔn)的8位或16位微控制器架構(gòu)中,形成了非常緊湊的解決方案。

    另外一些廠商則將mac和phy都集成到引腳個(gè)數(shù)較少的以太網(wǎng)控制器中。這些以太網(wǎng)控制器一般都采用ram緩沖器和一個(gè)簡(jiǎn)單的spi接口,使得整個(gè)器件可以進(jìn)行小型封裝(參見圖1)。

    

    

    

    圖1 帶spi接口的28腳封裝的以太網(wǎng)控制器

    成本問題

    通過spi接口連接的低引腳數(shù)以太網(wǎng)控制器從根本上改變了接入以太網(wǎng)的總成本。以前,mac和phy的成本僅僅是接入以太網(wǎng)總成本的一部分。而大部分應(yīng)用的成本源于pc總線和作為緩沖存儲(chǔ)的系統(tǒng)存儲(chǔ)器。另外,管理收發(fā)緩沖器的數(shù)據(jù)傳輸、錯(cuò)誤檢測(cè)和消息過濾還需要用到處理器。

    現(xiàn)在,我們可以在一個(gè)非常小的8位微控制器中就可以實(shí)現(xiàn)小容量板上ram和18/14腳封裝的單片以太網(wǎng)控制器。這些成本低廉的微控制器為新一代低成本的嵌入式應(yīng)用發(fā)掘以太網(wǎng)技術(shù)和基礎(chǔ)架構(gòu)打開了方便之門。

    性能問題

    成本最低的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備是10base-t(ieee 802.3i),其性能與全速usb相當(dāng),并且高于表1中所列舉的所有接口的性能。目前最常見的平臺(tái)是100mb/s的100base-t(ieee 802.3u)。這兩種標(biāo)準(zhǔn)是可以同時(shí)工作的,因此廉價(jià)的10base-t設(shè)備可以直接連接到100base-t標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)架構(gòu)上。

    當(dāng)前,1

        

    

    將各個(gè)嵌入式控制模塊連接在一起的方法有很多,而以太網(wǎng)具有較好的可靠性、速度和大量成熟的基礎(chǔ)架構(gòu)

    20世紀(jì)80年代,當(dāng)個(gè)人電腦開始在全球的辦公室中普及的時(shí)候,人們不禁吃驚的發(fā)現(xiàn),一場(chǎng)正在興起的計(jì)算革命能夠發(fā)掘并大大提高人們的生產(chǎn)效率。20世紀(jì)90年代,所有的電腦開始通過modem和小型辦公網(wǎng)絡(luò)連接在一起,然后通過internet實(shí)現(xiàn)了互連,從此互連網(wǎng)的計(jì)算和通信功能開始明顯地提高人們工作的效率。

    隨著越來越多的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)開始相互連接并與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)連接在一起,我們有可能會(huì)在嵌入式控制應(yīng)用的roi(投資回報(bào))中看到與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用類似的階躍式增長。

    互連的方案

    將某一應(yīng)用系統(tǒng)中(或者分離的應(yīng)用系統(tǒng)中)的各個(gè)嵌入式控制模塊連接在一起的方法有很多。表1列出了幾種主要的嵌入式系統(tǒng)接口的特性。(注:本文不討論無線互連技術(shù)。)

    

    

    

    表1 主要的嵌入式系統(tǒng)互連技術(shù)的特性

    挖掘基礎(chǔ)架構(gòu)

    相對(duì)usb的普及,以太網(wǎng)最有可能為嵌入式控制應(yīng)用的互連帶來革命。幾乎在每一棟大樓、家庭、辦公室和工廠車間里都遍布著網(wǎng)絡(luò)電纜、集線器和交換機(jī),網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)的普及為嵌入式控制的互連提供了巨大的機(jī)遇。通過挖掘網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)的潛力,可以提高嵌入式控制的應(yīng)用效率,降低其成本,并催生新型的應(yīng)用。

    以太網(wǎng)具有驚人的尋址能力,能夠?qū)?shù)以億計(jì)的設(shè)備連接在一起。10/100base-t以太網(wǎng)接口通過便宜的雙絞電纜,能夠提供成本低廉的互連,并且具有很多不錯(cuò)的特性:

    使用差分信號(hào),具有較高的抗噪性;

    

    通過使用微型變壓器(常常集成在標(biāo)準(zhǔn)的rj-45連接器中),實(shí)現(xiàn)了高達(dá)1500v的導(dǎo)線絕緣性能;

    

    低工作電壓;

    

    高速。

    以太網(wǎng)規(guī)范規(guī)定以太網(wǎng)需要兩種接口部件:mac(media access controller,媒體訪問控制器)和phy(physical transceiver,物理收發(fā)器)。mac是一種純數(shù)字的設(shè)備,負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流的同步處理。而phy在很大程度上是一種模擬器件,負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成在特定的媒體上(常用雙絞線)傳輸所需的信號(hào)電平。

    到目前為止,嵌入式控制設(shè)計(jì)者所能夠找到的以太網(wǎng)接口器件非常稀少,而且這些器件都是為pc應(yīng)用而定制的。8位和16位接口的器件常常都采用大型封裝,有幾百個(gè)引腳,需要嵌入式應(yīng)用為pc總線的仿真預(yù)留大量的i/o接口(24個(gè)以上)。

    近來,很多微控制器廠商已經(jīng)開始關(guān)注嵌入式控制的應(yīng)用領(lǐng)域,并且認(rèn)識(shí)到這一領(lǐng)域?qū)Ω`活和更專用解決方案的需求。有些廠商已經(jīng)開始把mac部件集成到標(biāo)準(zhǔn)的8位或16位微控制器架構(gòu)中,形成了非常緊湊的解決方案。

    另外一些廠商則將mac和phy都集成到引腳個(gè)數(shù)較少的以太網(wǎng)控制器中。這些以太網(wǎng)控制器一般都采用ram緩沖器和一個(gè)簡(jiǎn)單的spi接口,使得整個(gè)器件可以進(jìn)行小型封裝(參見圖1)。

    

    

    

    圖1 帶spi接口的28腳封裝的以太網(wǎng)控制器

    成本問題

    通過spi接口連接的低引腳數(shù)以太網(wǎng)控制器從根本上改變了接入以太網(wǎng)的總成本。以前,mac和phy的成本僅僅是接入以太網(wǎng)總成本的一部分。而大部分應(yīng)用的成本源于pc總線和作為緩沖存儲(chǔ)的系統(tǒng)存儲(chǔ)器。另外,管理收發(fā)緩沖器的數(shù)據(jù)傳輸、錯(cuò)誤檢測(cè)和消息過濾還需要用到處理器。

    現(xiàn)在,我們可以在一個(gè)非常小的8位微控制器中就可以實(shí)現(xiàn)小容量板上ram和18/14腳封裝的單片以太網(wǎng)控制器。這些成本低廉的微控制器為新一代低成本的嵌入式應(yīng)用發(fā)掘以太網(wǎng)技術(shù)和基礎(chǔ)架構(gòu)打開了方便之門。

    性能問題

    成本最低的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備是10base-t(ieee 802.3i),其性能與全速usb相當(dāng),并且高于表1中所列舉的所有接口的性能。目前最常見的平臺(tái)是100mb/s的100base-t(ieee 802.3u)。這兩種標(biāo)準(zhǔn)是可以同時(shí)工作的,因此廉價(jià)的10base-t設(shè)備可以直接連接到100base-t標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)架構(gòu)上。

    當(dāng)前,1

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