嵌入式读书报告

嵌入式读书报告姓名：葛海波学号:20097610615郑州大学软件学院嵌入式Internet技术的发展和未来随着计算机、通信、自动控制、微电子等技术的发展，大量智能控制芯片和智能传感器的不断出现，并随着在传感器、通信和计算机领域所取得的巨大成就使人们对系统的综合性能尤其是其安全性能提出了越来越高的要求：希望能对系统设备的工作状况进行实时监测和控制，并在此基础上实现设备的智能维护（SmartMaintenance）。对企业自动化的设备而言，对其工作状况进行远程监测和控制，不仅可以方便设备管理者随时了解设备的工作状态，设备出现异常时主动报警，便于及时维修，而且还可以拓宽设备的服务范围，提高工作性能，延长使用寿命。这一目标的实现对控制网络在开放性、互连性、分散性等方面提出了更高的要求。嵌入式系统组成嵌入式系统主要由嵌入式处理器、嵌入式外围设备、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是可独立工作的“器件”。嵌入式处理器是嵌入式系统的核心部分。嵌入式处理器与通用处理器的最大不同点在于嵌入式CPU大多工作在为特定用户群设计的系统中。它通常把通CPU中许多由板卡来完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，并且有高效率、高可靠性等特点。嵌入式外围设备指在一个嵌入式硬件系统中，除了中心控制部件(MCU，DSP，EMPU，SOC)以外的完成存储、通信、保护、调试、显示等辅助功能的其他部件。根据外围设备的功能可分为存储器类型、接口类型、显示类型。在嵌入式系统中，为了嵌入式开发方便、快捷、就需要具各相应的管理存储器分配、中断处理、任务间通信和定时器响应，以及提供多任务处理能力等功能的稳定的、安全的软件模块集合，这就是嵌入式操作系统，它大大提高了嵌入式系统的功能，方便了嵌入式应用软件的设计，但是同时也占用了宝贵的嵌入式资源。嵌入式应用软件是针对特定的，实际专业领域的，基于相应的嵌入式硬件平台的，并能完成用户预期任务的计算机软件。用户的任务可能有时间和精度的要求。有些嵌入式应用软件需要嵌入式操作系统的支持，但是在简单的应用场合下不需要专门的操作系统。嵌入式系统的特点由于嵌入式系统是应用于特定环境下执行面对专业领域的应用系统，所以不同于通用型计算机系统应用的多样化和适用性。与通用的计算机系统相比存在以下特点：(a)嵌入式系统通常是面向特定应用的，嵌入式CPU与通用型的最大不同就是嵌入式CPU大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有功耗低、体积小、集成度高等特点，能够把通用CPU许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，移动能力大大增强，跟网络的耦合也越来越紧密。(b)嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。(c)嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争力。(d)嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行。(e)为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。(f)嵌入式系统本身不具备自举开发能力，即使设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。嵌入式Internet的产生嵌入式Internet是嵌入式系统与Internet的结合传统的嵌入式系统+新兴的Internet应用=嵌入式Internet技术。嵌入式Internet技术是一种将嵌入式设备接入Internet的技术利用该技术可将Internet从PC机延伸到8位16位32位单片机并实现基于Internet的远程数据采集远程控制自动报警上传/下载数据文件自动发送E-mail等功能从而大大扩展了Internet的应用范围。Internet带来了一个信息发展的新时代其发展和应用经历了3个阶段：(1)1980年~1990年Internet发展的萌芽阶段在该阶段主要解决异种计算机的联网和信息交换例如专业领域如银行军用系统采用不同操作系统的大中小型计算机的联网问题(2)1990年~2000年Internet的迅速发展阶段在该阶段TCP/IP协议网络之上的E-mail和体系结构客户机/服务器进而发展为Browser/Server结构浏览器/服务器此时服务器是相对复杂的价格昂贵的超级计算机即所谓的胖服务器。(3)2000年~2010年嵌入式Internet时代。嵌入式Internet简介嵌入式系统是指嵌入式计算机(EmbeddedComputer)及其应用系统。是指嵌入到各种设备及应用产品内部的计算机系统。它主要完成信号控制的功能，体积小，结构紧凑，可作为一个部件埋藏于所控制的装置中，它提供用户接口、管理有关信息的输入输出、监控设备工作，使设备及应用系统有较高的智能和性价比。嵌入式系统由嵌入式硬件与嵌入式软件组成．硬件以芯片、模板、组件、控制器形式埋藏于设备内部。软件是实对多任务操作系统和各种专用软件，一般固化在ROM或闪存中。软硬件可裁剪，适用于对功能、体积、成本、可靠性、功耗有严格要求的计算机系统中。7O年代出现的以太网主要应用予办公自动化（OA）领域，从实时控制要求．以太网有许多缺点。其中最重要的便是以太网采用的CSMA/CD协议是一种非确定性（Non—Determinism）通讯方式，亦即是大家一起争抢总线控制权发送信息的方式，无法保证一串重要信息。在一定的时间内能送达到指定的设备，但由于其技术完全公开，很快地被大家所接受，通过不断改进、提升，市场占有率越来越大．而成本就越来越低，进而变成主流。TCP／IP协议栈使得嵌入式系统可以通过Internet将通信距离无限扩展。以太网使得大量数据的快速传输成为可能。这样。除了可以充分利用PC视上各种资源，完成数据的存储、分析、统计工作外，还可以实现测控系统闻的数据交换。对于智能化、模块化的嵌入式设备集群的实现提供了另一种途径。嵌入式Internet接入方式嵌入式设备种类繁多，技术规范纷繁复杂，接入方式也是很不相同，国内外嵌入式系统接／N．Internet方案设计基本有以下几种：1．MCU+内部网络+专用网关各个嵌入式系统首先和网关进行通信，通信方式采用传统的RS-232、RS-485或者使用现在的新技术比如B1ueTooth等无线技术，然后由嵌入式网关负责实现TCP／IP协议，完成嵌入式系统的信息与Internet的信息交互，如图1—1所示这种方案主要解决8／16位的控制器为核心的嵌入式系统网络接入的问题。比如可以把家庭中的电器通过BlueTooth技术，连接到家庭网关上，通过家庭网关实现和互联网的接入。缺点是需要一个专门的嵌入式网关，而且网关和各个嵌入式系统之间的通信同样受到距离和速度的限制。这种方式以emWare公司提供的EMIT软件包利用分布式网络服务器(DistributedWebServer)的概念为代表，实现8位处理器嵌入式设备的HTTPServer功能，利用网络浏览器可以实现对嵌入式电子设备进行本地或远程监控。EMIT软件包由emMicro嵌入式设备驱动程序、emGateway网关、网络浏览客户软件、EMIT访问库四部分组成：emMicro嵌入式设备驱动程序访问嵌入式设备的事件、变量、文档等资源以及与emGateway关的通信；emGateway网关实现和嵌入式设备的通讯，同时留有Internet的程序接口。RS-232/485图1-1通过嵌入式网关实现Internet接入2．基于MCU与TCP／IP协议的方案这种方案主要分为两种情况：使用操作系统实现和处理器直接实现。(a)高档MCU+RTOS+TCP／IP协议栈开发带有RTOS的嵌入式系统已成为趋势，RTOS的功能越来越强大，许多都具有图形用户界面(GUI)军NTCP／IP的支持能力。采用这种方式比较灵活，可以按用户的要求实现很多复杂的功能，当然灵活的同时带来的是开发复杂程度的增加，对开发人员要求较高，对RTOS和TCWIP协议都要有一定的熟悉，因此开发周期较长，如果实时操作系统不是免费的话，那么MCU和RTOS的成本也会很高，不过对于大批量高智能的产品开发还是可选的方案。(b)高档MCU+TCP／IP协议栈这种方案是直接在嵌入式处理器上实现TCP／IP协议来实现Internet接入功能。方案的结构如图1-2所示：本方案所采用的方法和上一种方案羞不多，差别是省去了操作系统，这样不仅可以大大节约系统资嵌入式系统嵌入式系统网关Internet源，还可以省去嵌入式操作系统的版权费用，而且系统直接和Internet互联，有很大的灵活性。但这种方式缺点是增加了开发难度，技术实现上有一定的困难。TCP/IP图1-2直接实现Internet接入3．MCU系统内部支持TCP／IP协议的方案。这种方案实质上是由MCU及内部固化TCP／IP协议的芯片组成应用系统的核心；应用系统可以直接拨号上网。这种方案的特点是硬件电路相对简单，但是片上系统要求大容量的存储器。根据这种设计思路，TCP／IP协议可以选择软件固化或是硬件固化两种方式，不过在采取软件固化协议战士，若采用的TCP／IP协议芯片是软件固化的，还要求MCU具有较高的运行速度。4．基于网络芯片的方案由于生产微控制器的厂家和芯片品种众多，很难将PC机那样利用统一的接口和协议标准使嵌入式系统直接接入Internet，所以人们又提出另一解决方案，即网络芯片。网络芯片固化了Internet和Ethernet协议，是一个独立的，与各种微控制器的专用芯片通过其标准的I／O接口与大多数微控制器相连的器件。微控制器通过网络芯片接收并执行经由Internet传来的命令，或将数据发布出去。网络芯片充当了嵌入式系统至1]Internet的“桥梁”。技术人员在使用它开发具有网络功TCP/IP协议栈高速处理器Internet能的智能设备时，只需编制网络芯片的接口程序即可。目前比较流行的网络芯片有下面两种：(a)S7600AS7600A是Seiko公司针对一般消费类电器的解决方案，它体积小、功耗底，不依赖处理器和软件，支持TCP／IP、PPP、E-mail标准POP3、SMTP和JMap，以及Web标准HTTP和HTML，通过芯片集成而进入电器中，使电子产品具备连网能力。可以和IntelX86以及Motorola系列微处理器相连接，8位并行总线传送数据。(b)W3100AW3100A是WIZnet公司去年发布的一个硬件集成TCP／IP协议栈的芯片。它包括TCP、IPVer4、UDP、ICMP、ARP、DLC和MAC协议，提供socketAPI，BUS，以及I2C和MII接口。芯片提供Intel和Motorola(8051，i386，6811)MCU的BUS接口。通过W3100A可以非常容易地实现大量消费类电子产品的网络功能。嵌入式lnternet发展前景从嵌入式lnternet的应用来看，它的服务对象通常是嵌入式系统，它为嵌入式系统提供Internet接入功能。当然也可以为一些没有内含处理器的电器设备提供网络接入服务。总之，信息家电、网络仪器、网络测量、网络监控技术等的实现都离不开嵌入式Internet技术。1)嵌入式Internet解决了计算机以外的终端设备网络化问题终端设备网络化可以方便管理者进行远程监控，提高管理水平和运行能力。网络终端产品将成为互联网络中连接管理部门与终端用户必不可少的设备，它能将管理者的控制信息及时下发以及基础信息瞬间上传。它是高效、安全、可靠地连接管理信息系统的基础设备。终端设备网络化、智能化是目前各电子装置厂商的研发重点。连接在网络上的电子装置不一定比单独使用的电子装置具有更高的智能功能，但连通意味着提高智能化管理水平