1. 引言

在Internet的日益普及，信息共享程度的不斷提高的今天，人們的工作和生活方式已經(jīng)有了革命性的改變。家庭電器和工業(yè)設(shè)備中無處不在的充滿了單片機(jī)或微控制器(MCU)。但目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還處于單獨(dú)應(yīng)用的階段，而工業(yè)上也只是利用孤立于Internet以外的的控制通信網(wǎng)絡(luò)（如CAN,I2C,PROFIBUS等現(xiàn)場總線）實(shí)現(xiàn)MCU組網(wǎng) 。如果能將嵌入式系統(tǒng)連接到應(yīng)用廣泛的Internet上面，或者在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上利用Internet為介質(zhì)，則可以方便、低廉地將信息傳送到幾乎世界上的任何一個(gè)地方，從而進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控 。因此，嵌入式Internet技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生，并成為業(yè)內(nèi)的一大熱點(diǎn)。

2 嵌入式Internet技術(shù)原理及方案

嵌入式Internet技術(shù)，也就是將嵌入式系統(tǒng)與Internet結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，涉及的兩個(gè)關(guān)鍵問題即傳送信息的媒質(zhì)和采用的協(xié)議。
與Internet相聯(lián)接的途徑可以是以太網(wǎng)或者電話線等媒介。而在大多數(shù)工作場地都配有以太網(wǎng)，電子裝置通過集線器（HUB）可以隨時(shí)插接。在家庭中，也有電力線和電話線等載體可以利用。如果是與局域網(wǎng)連接，只需要為該裝置設(shè)置硬的或軟的IP地址就可。如果是利用電話線路，可以使用電話用戶的ID�，F(xiàn)在實(shí)現(xiàn)嵌入式電子裝置的訪問連通，幾乎不成問題。所以嵌入式Internet技術(shù)的關(guān)鍵問題在于如何在MCU中實(shí)現(xiàn)Internet上被廣泛使用的TCP/IP通信協(xié)議。但是TCP/IP通信協(xié)議對于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器、運(yùn)算速度等的要求比較高，普通單片機(jī)無法達(dá)到其要求。
根據(jù)各種MCU自身的特性，實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議的方法可分以下幾種：

1)高檔MCU芯片

采用ARM內(nèi)核的系列處理器或者386EX等高檔MCU，其運(yùn)算速度快，性能高，在芯片上可以運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)，同時(shí)也可以嵌入完整的TCP/IP協(xié)議。
2)32位MCU芯片

32位機(jī)也有足夠的資源和能力運(yùn)行TCP/IP協(xié)議和一些嵌入式操作系統(tǒng)。所以原則上講，實(shí)現(xiàn)思路和高檔機(jī)一樣。
3)8/16位MCU芯片

由于8位和16位MCU的處理能力和存儲(chǔ)問題，要實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議是比較困難的。因此要根據(jù)其特點(diǎn)，對TCP/IP協(xié)議進(jìn)行簡化，保留其最基本的東西。同時(shí)，上層協(xié)議可不用或者簡單實(shí)現(xiàn)。即將原來的TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)變成嵌入式TCP/IP協(xié)議，我們隨后會(huì)具體介紹。
由TCP/IP協(xié)議在MCU中的實(shí)現(xiàn)方法和嵌入式系統(tǒng)的要求，一般實(shí)現(xiàn)嵌入式Internet的方案有以下幾種：

1.把標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（TCP/IP）一直擴(kuò)展到嵌入式設(shè)備當(dāng)中，由嵌入式系統(tǒng)自身實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能，每個(gè)設(shè)備都可與Internet相連。這是解決問題的最佳方案及未來電器、設(shè)備的發(fā)展方向。例如Netscillon公司的ARM+NET系列芯片，將其嵌入到任何設(shè)備中既可實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)。此方案對微處理器性能的要求較高。
2.通過專用的WEB服務(wù)器實(shí)現(xiàn)。在現(xiàn)有的嵌入式系統(tǒng)中大量使用的是8位和16位MCU，并不要求每個(gè)設(shè)備都直接連到Internet上，用戶可以通過Internet接近設(shè)備，然后再用輕量級(jí)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到多個(gè)設(shè)備上。如電力線、RS-485、RS-232、I2C等 。專用WEB服務(wù)器可作為子網(wǎng)設(shè)備路由器來轉(zhuǎn)換和實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)與外部網(wǎng)的通信。emWare公司專門為嵌入式微控制器設(shè)備設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。
3.通過嵌入式網(wǎng)關(guān)（emGateway）聯(lián)接。嵌入式網(wǎng)關(guān)運(yùn)行TCP／IP協(xié)議，與嵌入式設(shè)備輕量級(jí)網(wǎng)絡(luò)(如RS-232，RS-485，現(xiàn)場總線等)相連接，提供與Internet或局域網(wǎng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換及路由功能。
2.1 嵌入式TCP/IP協(xié)議概述

傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)間協(xié)議 （TCP/IP）是構(gòu)建Internet的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，它最早是在PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)的 。由于嵌入式系統(tǒng)與PC機(jī)的差別很大，因此在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)TCP/IP 協(xié)議與PC機(jī)操作系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)有很大的不同。
由于嵌入式系統(tǒng)沒有一個(gè)多任務(wù)的操作系統(tǒng)，而且又是直接面對硬件，所以嵌入式TCP/IP協(xié)議在應(yīng)用層上要求簡單。同時(shí)，不同嵌入式系統(tǒng)對嵌入式Internet所采用的應(yīng)用層協(xié)議要求不同，而且應(yīng)用層的協(xié)議還要和鏈路層實(shí)現(xiàn)的協(xié)議相對應(yīng)。因此，系統(tǒng)要根據(jù)自己的需要和鏈路層協(xié)議的實(shí)現(xiàn)來選擇和簡化應(yīng)用層的協(xié)議。
傳輸層主要為兩臺(tái)主機(jī)上的應(yīng)用程序提供端到端的通信。傳輸層有兩種不同的傳輸協(xié)議：面向連接的TCP(傳輸控制協(xié)議)和無連接的UDP(用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)。TCP是面向接入即傳輸前必須先通過“三重握手”在主機(jī)間建立TCP接入，它所傳數(shù)據(jù)流采用了順序號(hào)和應(yīng)答措施，可以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的丟失、段的失序和對傳輸錯(cuò)誤的排除，所以TCP協(xié)議提供的是數(shù)據(jù)流的可靠傳輸。但相對于UDP，它的可靠性是以復(fù)雜性為代價(jià)的，需要復(fù)雜龐大的程序來實(shí)現(xiàn)。UDP提供的是無連接的不可靠的服務(wù)，可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)包的丟失，重復(fù)和連接失敗等錯(cuò)誤。但是正因沒有接入機(jī)制，它可以實(shí)現(xiàn)高速發(fā)送，充分發(fā)揮物理傳輸設(shè)備的速度。UDP適合用在通信介質(zhì)十分可靠的情況，例如以太網(wǎng)等。

網(wǎng)絡(luò)層處理分組在網(wǎng)絡(luò)中的活動(dòng)。其協(xié)議包括IP協(xié)議（網(wǎng)際協(xié)議）、ARP協(xié)議（地址解析協(xié)議）、ICMP協(xié)議（Internet互聯(lián)網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議）以及IGMP 協(xié)議（Internet組管理協(xié)議）。IP協(xié)議是TCP／IP族的核心協(xié)議，它使異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的通