基于jupiter处理器的嵌入式网关分析

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1、第一章绪论第一章绪论1．1嵌入式网关的研究背景二十一世纪是网络迅速发展的时代。大量的智能测量仪表、数控装置、可编程控制器、分布式控制系统、现场总线仪表、工业机器入、机电一体化机械设备、汽车电子设备等工业设备将是未来网络设备的新主力。在网络无所不至的发展趋势下，廉价、高效、可靠、使用方便的小型乃至微型网络设备将是网络设备设计、制造、应用的一个非常重要的方向，甚至可能是规模最大的一个方向。但目前大多数嵌入式系统还处于单独应用的阶段，与一些监测、伺服、指示设备配合实现一定的功能。在一些工业应用中，为了实现多个

2、RCU(MicroControllerUnit微控制器)之间的信息交流，利用RS232、RS485等总线将MCU组网，但这种网络的有效半径比较有限，有关的通信协议也比较少，并且一般是孤立于Internet以外的。如果嵌入式系统能够连接到Internet上面，则可以方便、低廉地将信息传送到几乎世界上的任何一个地方。控制网络的基本趋势是逐渐向开放、透明的通讯协议发展，工业以太网就是适应这一需要而迅速发展起来的控制技术。以太网具有传输速度高、低耗、易于安装和兼容性好等方面的优势，由于它支持几乎所有流行的网络协

3、议，所以在企业网系统中被广泛采用。2002年6月12日10G以太网标准被IEEE正式通过，开创了以太网的新时代。这是IEEE标准化组织在以太网技术领域第一次超越了LAN的范围制定的一个新的标准，使以太网技术能够应用到广域网的端到端的互联中。随着Internet的快速发展，以太网被广泛使用。思科(中国)网络技术有限公司首席技术官刘永春先生认为以太网支撑了Internet韵迅速成长，Internet也促进了以太网的创新。将控制类设备与以太网结合起来的主要困难在于：以太网上的各种通信协议对于计算机存储器、运算

4、速度等要求比较高，而控制类设备中，乐L业大学工学硕士学位论文除部分32位处理器以外，大量存在的是8位和16位MCU，支持TCP／IP等以太网协议将占用大量系统资源。或根本不可能。如果将现有控制类设备中的MCU都更换成32位或64位的高性能处理器，从经济性和现实性上来说都不太可能⋯。1．2嵌入式设备网络化的发展概况嵌入式设备网络化有多种解决方案，每一种解决方案都有其优缺点。我们将针对网络化所需要考虑豹闯题进行分析，以提出一个好的解决方案。(I)直接把设备挂到以太网络上：这是一种嵌入式设备赢接向开放式网络转

5、变的解决方案，每个设备都带有以太网口，并且在嵌入式系统上实现TCP／IP协议栈，因此每一个嵌入式设备都必须具有直接联入以太瘸的功熊。这种方案把嵌入式设备提升到与Pc对等的地位，从而使通过以太礴访问嵌入式设备与访问～个Pc节点没有区别，使得访问控制具有相当的灵活性。但是其缺点也是明显的。从成本角度讲，这种方案几乎完全推翻了原有的嵌入式设备网络，所有嵌入式设备不得不重新设计，所有的嵌入式网络须重新建立。仅是这一项工作所需的成本就相当昂贵，另外还需考虑在每一个设备中由于实现以太网和TCP／IP栈而导致器件成本

6、的增加。在价格敏感的今天，这种方案很难被低端用户接受。(2)使用传统Pc作为中阔转发设备：这种方案保留原有的嵌入式设备网络，嵌入式设备网络挂接在Pc机的串口或并口等外围接口上。当通讯发生时，嵌入式网络向Pc机发送信息，由Pc机对这些信息进行处理。进行信息的转发，同时由以太网传来的数据也可以由Pc转发给嵌入式网络，两在每一个嵌入式网络内部可以继续使用原有的通讯协议。相对于第一种完全以太网化的解决方案，这种方案更具有实用性，它在一定程度上削减了成本，使其达到用户可以接受的程度。这种解决方案同样具有缺点。由于

7、Pc的局限性，使得网络扩展有一2第一章绪论定的困难，Pc的体积较大，可靠性还不能满足长期稳定运行需求，这一点影响嵌入式网络拓h的灵活性。另外，仅使用Pc作为转发设备是一种浪费，Pc的处理能力没能充分的发挥。(3)直接使用嵌入式设备代替Pc作为转发网关：这种解决方案实际上是综合了上述两种方案提出的。由于保持了现有网络，所以这种方案具有方案二所具有的优点，同时嵌入式网关体积较小，使得铺设网络更加灵活。这种方案增加的困难在于它需要开发一种专有的廉价设备用作嵌入式网关，但这仅仅是对于网关的开发者，而原来的用户在

8、使用方面，则没有增加任何困难。1．3嵌入式网关方案的提出如果要实现嵌入式设备同以太网互联，网络改造的成本和不同通讯协议标准之间的转换是主要关心的问题。我们设想使用嵌入式网关为嵌入式设备提供上网功能。网关将作为嵌入式设备与以太网互联的窗口。在网关的两端分别是轻型网络(RS232，RS422，RS485，IrDA)和重型网络(企业内部网络，以太网)。相对于一般的嵌入式控制器，网关必须具有更强的处理能力，拥有更多的系统资源(内存，存储空间等)，能