單片機(jī)或微控制器 (MCU) 已經(jīng)在家庭和工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用，通稱(chēng)嵌入式系統(tǒng)，因?yàn)橛?jì)算機(jī)芯片是嵌入在有關(guān)的設(shè)備中的，沒(méi)有自己獨(dú)立的外殼。目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還處于單獨(dú)應(yīng)用的階段，以 MCU 為核心，與一些監(jiān)測(cè)、伺服、指示設(shè)備配合實(shí)現(xiàn)一定的功能。在一些工業(yè)和汽車(chē)應(yīng)用中，為了實(shí)現(xiàn)多個(gè) MCU 之間的信息交流，利用 CAN 、 RS-232 、 RS-485 等總線(xiàn)將 MCU 組網(wǎng)，但這種網(wǎng)絡(luò)的有效半徑比較有限，有關(guān)的通信協(xié)議也比較少，并且一般是孤立于 Internet 以外的。 Internet 現(xiàn)已成為社會(huì)重要的基礎(chǔ)信息設(shè)施之一，是信息流通的重要渠道，如果嵌入式系統(tǒng)能夠連接到Internet 上面，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。將嵌入式系統(tǒng)與 Internet 結(jié)合起來(lái)的想法其實(shí)很早以前就有了，主要的困難在于， Internet 上面的各種通信協(xié)議對(duì)于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器、運(yùn)算速度等的要求比較高，而嵌入式系統(tǒng)中除部分 32 位處理器以外，大量存在的是 8 位和 16 位 MCU ，支持 TCP/IP 等 Internet 協(xié)議將占用大量系統(tǒng)資源，或根本不可能。本文將以嵌入式微控制器 Internet 技術(shù) (EMIT) 及其在中國(guó)的技術(shù)開(kāi)發(fā)中心 BOL/TASKING 公司的解決方案為基礎(chǔ)，描述如何實(shí)現(xiàn)嵌入式設(shè)備的 Internet 網(wǎng)絡(luò)化。
一、嵌入式 Internet的應(yīng)用
嵌入式Internet技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，其應(yīng)用領(lǐng)域可以包括：
1.智能公路
交通管理、車(chē)輛導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測(cè)與汽車(chē)服務(wù)；
2.植物工廠(chǎng)
特種植物工場(chǎng)，如實(shí)現(xiàn)野生名貴藥材的遠(yuǎn)程監(jiān)控培養(yǎng)和種植，無(wú)土栽培技術(shù)應(yīng)用，智能種子工程等；
3.虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)機(jī)器人
交通警察、門(mén)衛(wèi)、家用機(jī)器人等；
4.信息家電
冰箱、空調(diào)等的網(wǎng)絡(luò)化；
5.工業(yè)制冷
冷庫(kù)、中央空調(diào)、超級(jí)市場(chǎng)冰柜；
6.VR庫(kù)房
糧庫(kù)、油庫(kù)、食品庫(kù)等；
7.VR精品店
客戶(hù)可以在Internet上實(shí)時(shí)地看到存貨狀況；
8.VR家政系統(tǒng)
水、電、煤氣表的自動(dòng)抄表，安全防火、防盜系統(tǒng)；
9.工業(yè)自動(dòng)化
目前已經(jīng)有大量的8、16、32位嵌入式微控制器在應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)化是提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、減少人力資源的主要途徑，如制藥工業(yè)過(guò)程控制、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)安全、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)、石油化工系統(tǒng)；
10.POS網(wǎng)絡(luò)及電子商務(wù)公共交通無(wú)接觸智能卡(Contactless Smartcard, CSC)發(fā)行系統(tǒng)，公共電話(huà)卡發(fā)行系統(tǒng)，自動(dòng)售貨機(jī)；
11.環(huán)境工程與自然
水文資料實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，防洪體系及水土質(zhì)量監(jiān)測(cè)、堤壩安全，地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)，實(shí)時(shí)氣象信息網(wǎng)，水源和空 氣污染監(jiān)測(cè)。
二、嵌入式Internet的原理
如前面所述，在8位和16位MCU上實(shí)現(xiàn)Internet通信協(xié)議是比較困難的，如果將現(xiàn)有嵌入式系統(tǒng)中的MCU都更換成32位或64位的高性能處理器，從經(jīng)濟(jì)性和現(xiàn)實(shí)性上來(lái)說(shuō)都不太可能。EMIT從另一個(gè)角度出發(fā)，對(duì) 這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了很好的處理，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。EMIT采用桌面計(jì)算機(jī)或高性能的嵌入式處理器作為網(wǎng)關(guān)，稱(chēng)為emGateway，上面支持TCP/IP協(xié)議并運(yùn)行http服務(wù)程序，形成一個(gè)用戶(hù)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器進(jìn)行遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)的服務(wù)器。emGateway通過(guò)RS-232、RS-485、CAN、紅外、射頻等輕量級(jí)總線(xiàn)與多個(gè)嵌入式設(shè)備聯(lián)系起來(lái)，每個(gè)嵌入式設(shè)備的應(yīng)用程序中包含一個(gè)獨(dú)立的 通信任務(wù)，稱(chēng)為emMicro，監(jiān)測(cè)嵌入式設(shè)備中預(yù)先定義的各個(gè)變量，并將結(jié)果反饋到emGateway中；同時(shí) emMicro還可以解釋emGateway的命令，修改設(shè)備中的變量，或進(jìn)行某種控制。增加到嵌入式系統(tǒng)中的 emMicro代碼長(zhǎng)度一般在1-8 K Bytes左右，不會(huì)影響MCU的正常運(yùn)作。這樣僅通 過(guò)增加了一個(gè)emGateway網(wǎng)關(guān)，就解決了嵌入式設(shè)備上Internet的問(wèn)題；網(wǎng)關(guān)還可以同時(shí)管理多個(gè)嵌入式設(shè) 備，從而提高嵌入式網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)化、智能化、瀏覽信息資源的歸一化，并具有迄今為止其它解決方案無(wú)可 比擬的性能價(jià)格比優(yōu)勢(shì)。除桌面計(jì)算機(jī)和嵌入式處理器以外， emGateway還可以作為ISP服務(wù)器中的一個(gè)任務(wù)運(yùn)行，僅用軟件實(shí)現(xiàn)。
三、嵌入式 Internet的開(kāi)發(fā)
EMIT技術(shù)包括一套嵌入式Internet的開(kāi)發(fā)工具，其中包括多個(gè)部件，均以EmbeddedMicrocontroller的字頭縮寫(xiě)emXxxx命名各個(gè)部件，以便于記憶，如emGateway稱(chēng)為嵌入式微控制器網(wǎng)關(guān)。EMIT技術(shù)在中國(guó)通過(guò)BOL/Tasking軟件公司發(fā)行。EMIT開(kāi)發(fā)平臺(tái)包括： 1.emMicro
是目前唯一的適合于小型電子設(shè)備的微型網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。emMicro駐留在嵌入式設(shè)備中，是emGateway和嵌入式設(shè)備系統(tǒng)軟件之間的通信服務(wù)模塊。emMicro占用的字節(jié)可以小到1K Bytes，和emGateway一起，為8位和16位嵌入式設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器功能。
2.emGateway
是EMIT分布式網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的關(guān)鍵。它是輕量級(jí)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)(如RS-232，RS-485，CAN，RF等)和大型高性能網(wǎng) 絡(luò)(如Intranets，Internet)之間的橋梁，emGateway提供emMicro中沒(méi)有包括的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能，并且可以與多種用戶(hù)界面相連接，如網(wǎng)絡(luò)瀏覽器、數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用程序等。emGateway可以駐留在PC、單板機(jī)、
ISP服務(wù)器或32位以上的嵌入式處理器上。
3.EMIT Access Library
是一個(gè)可以在通用高級(jí)語(yǔ)言(C, C++, Java, Visual Basic, 等)下調(diào)用的庫(kù)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)從一個(gè)通用程 序(如網(wǎng)絡(luò)瀏覽器)或用戶(hù)程序中訪(fǎng)問(wèn)和監(jiān)測(cè)設(shè)備。EMIT Access Library能夠?qū)⑶度胧皆O(shè)備中的數(shù)據(jù)輸出到一個(gè)大的數(shù)據(jù)庫(kù)或客戶(hù)應(yīng)用程序中。EMIT Access Library中包含按鈕、表頭等各種指示、控制控 件，供開(kāi)發(fā)人員選用。
4.emLink
在emGateway中為每個(gè)外部嵌入式設(shè)備提供通信管理功能，以保持網(wǎng)絡(luò)連接，支持最常見(jiàn)的物理層協(xié)議 (RS232, RS485, RF, etc.)的數(shù)據(jù)鏈路功能。emLink Toolkit允許開(kāi)發(fā)者修改通信鏈路以適應(yīng)特殊的
網(wǎng)絡(luò)物理層連接。
5.emObjects
是預(yù)先建立的 Java 對(duì)象，能夠?qū)崿F(xiàn)從標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器中訪(fǎng)問(wèn)和控制嵌入式設(shè)備。
EMIT 的圖形化開(kāi)發(fā)界面非常簡(jiǎn)單直接，并具有多種預(yù)先制作好的控件，供用戶(hù)在 emGateway 主頁(yè)中選用。
在嵌入式中增加 emMicro 通信任務(wù)時(shí)，并不需要大量改變?cè)写a，原來(lái)的代碼是用 C 語(yǔ)言還是匯編語(yǔ)言編寫(xiě)并不會(huì)影響嵌入式設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化開(kāi)發(fā)，這樣不但是新設(shè)備，而且現(xiàn)有的很多嵌入式設(shè)備也可以通過(guò)簡(jiǎn)單的改造實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化信息交流與控制。
嵌入式 Internet 與 MCU 技術(shù)密切相關(guān)，需要多方面的協(xié)作，因此包括 Siemens/Infineon 、Philips 和 Motorola 在內(nèi)的數(shù)十個(gè)公司聯(lián)合成立了 “ 嵌入式 Internet 聯(lián)盟 (ETI)” ，共同推動(dòng)這一市場(chǎng)?？梢灶A(yù)言，嵌 入式設(shè)備與 Internet 的結(jié)合代表著嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的真正未來(lái)。
