8位MCU的新动向:增加互联网功能

上网时间: 2001年12月29日? 作者:田昊? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:MCU? 连接性? Connectivity?

对连接性的需求正遍布各个角落,从冰箱到电表,似乎所有电器都需要嵌入互联网。嵌入式系统学会创始人Olaf Pfeiffer指出:“联网的微控制器数量超过联网的PC数量只是一个时间问题。”全球互联网电器市场有着巨大的吸引力。据IDC预测,到2004年该市场将达178亿美元。

然而,连接性为处理器或微控制器带来了沉重的负担,它需要更大的程序存储器、更大的数据存储器,以及更快的运行频率。连接性一度只是32位微控制器的领地,现在8位器件对连接性的需求越来越普遍。摩托罗拉半导体、Zilog、Microchip和日立电子等微控制器制造商正密切注视着连接性的发展,并已着手开发具更大存储器和更高运行频率的8位器件,以推动连接性及其应用的发展。目前市场上有连接功能的8位MCU产品包括:Microchip的PIC18F452闪存微控制器、摩托罗拉半导体的MC68-HC908GP32以及日立的8位H8S微控制器等。

摩托罗拉半导体应用工程师Rene Trenado指出:“最近出现了各种不同的8位器件联网技术:从限制TCP/IP功能的实现,到单芯片协议栈,直到器件对象服务器等,每种方法各有千秋。”

电器联网的好处

电器联网给商业用户和家庭用户都会带来极大的好处。分时供电就是一个例子,分时服务是指一天24小时中电价是变化的,非高峰期会便宜些,这种变化每天甚至每小时都不相同。如果那些耗电量大的电器,如空调、洗衣机、干衣机和洗碗机等能在线接受供电单位的信息从而自己识别出非高峰期,则将降低其运行的费用。

举例来说,如果某人并不需要立即把衣服和碟子洗干净或者把它们弄干,他可以通过编程让机器自己等待识别出非高峰的低价时段时再开始运行。当前发生在美国加利福尼亚的能源危机也为这种技术提供了一种新的用途,即不仅可以跟踪最佳运行时段,而且还能追踪实际的电力可用状况,通过嵌入式联网功能对电力消耗进行微调从而避免大面积的停电。

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然而,如果顾客为嵌入式联网功能所付出的超过了他们可能因此而节省的费用,这些产品的销售将会很困难,因而需要开发新的应用,如电器的自我维护功能。

假设一个洗衣机制造商发现他们已经在市场上销售了一年的某种产品可以通过软件升级来提高性能,他们怎样为每位顾客提供这种升级呢?给每家用户派一个维修工程师更换软件费用太过昂贵,但此时只要这种洗衣机具备了联网能力,就可以设定程序让它定时访问制造商的网站检查软件升级情况并自动下载升级软件。

电器具备联网能力在商业应用方面也能带来好处。我们以餐馆使用的工业咖啡机为例,如果机器是联网的,一旦前台接到咖啡订单,就可以发送一条信息给咖啡机通知它按照指定的口味和浓度做出新鲜的咖啡。同样,当咖啡机需要维护如需添加咖啡豆或杯子时,它也可以通过发送消息来通知工作人员。

嵌入式互连还有很多潜在的应用,总的来说,这些应用中大部分并不要求接入的网络是互联网,网络的作用只是便于最终用户使用他所熟悉的接口工具如网络浏览器或电子邮件程序来访问这种嵌入式系统。

最终,具备互联网接入功能的嵌入式电子设备的增长速度将高于可联网的微计算机增长速度,主要原因有二点:

1) 目前嵌入式微控制器的数量已大大超过微处理器的数量,甚至微机本身的驱动器、打印机、调制解调器、显卡、键盘和其它一些外设中都含有各种各样的嵌入式微控制器。

2) 即使是低端的嵌入式微控制器,其功能也越来越强大,并有足够的处理能力来完成联网任务。在大多数应用中,新设计的微控制器总会比上代设计的功能更强大(总线更快或更宽),联网功能可能已经集成在硬件中(一个空闲的串口也许就足够了),或者即使增加也不需要额外的开销。

联网的两个关键问题:媒质和协议

连接性涉及两个关键问题即传送信息的媒质和采用的协议。对于传送信息的媒质,有线连接包括以太网、电话线和电力线,而无线则包括标准RF传输、扩频和蜂窝。增长最快的嵌入连接市场是家庭用户,而大部分家庭无法通过以太网连接,只有通过电话线和电力线连接,或采用短距离RF传输方式。

这里以分时供电为例。电表是一个经历了从纯机械、到电气,再到联网的典型应用。现在美国许多家用电表都有两个费率,较低的一个用于非高峰期,另一个较高的用于高峰期。鉴于美国加州的供电危机及其它州电力管制解除所出现的问题,电力公司正寻求更有效的资源分配方法以控制电力负荷。这些都是基于改进的8位微控制器。

一种方案是安装电子表以记录一定时间间隔(如15分钟)的数据,然后每月将这些信息传送给电力公司。这样可帮助电力公司规划新的发电厂和设备项目,从而更有效地利用电力。在传输这些信息时,连接性起着至关重要的作用。

有几种方法可实现这一功能,其中之一就是电话线。它成本低廉,因为基础设施已经就绪。通常,电话线离电表都比较近。电表先通过电话呼叫当地的互联网服务提供商,利用点到点(PPP)协议连接服务器,然后利用TCP/IP协议栈和邮件程序发送一个电子邮件。

第二种媒质是RF,采用蜂窝或扩频设备。尽管铺设基础设施可能要增加一些成本,但这种方案可提供与电话线一样的功能。

另一个最近才予以考虑的媒质是电力线本身。但变压器是一个限制因素,因为它会干扰通信。已有几种新的技术可以解决这一问题,如扩频收发器。

嵌入式连接的第二个方面体现在所用的协议。由于互联网支持多种协议,必须对各种不同的可用协议和应用进行仔细评估,以决定哪些是需要的而哪些可以省略。这是非常关键的,因为嵌入式联网设备通常缺乏足够的CPU和存储器资源以支持整个TCP/IP协议栈。如果要求嵌入式联网设备更小更经济,则将系统精简到只保留基本部分的任务就显得较艰巨。

除连接功能外,对于有些应用还需要做验证、安全和加密等方面的工作。这些协议不但需要更快的处理器以赶上传输速率,而且需要更大的存储器来存储软件,以处理这些协议及应用代码。

作者:田昊

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