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1、嵌入式系统原理嵌入式系统原理 8 嵌入式网络与协议栈 郸 互 永 鞍 跟 樊 伸 膨 指 凭 拳 融 猎 择 汰 阴 尽 梭 倡 剿 挫 剿 娱 注 榷 仰 摆 闸 吝 壤 喇 篓 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 1 内容 嵌入式网络 几种常用的网络技术 工业网络与现场总线 嵌入式系统的联网 嵌入式internet 蓝牙技术 I2C总线 臣 羡 崔 悟 垣 讽 习 袜 砌 雇 机 益 侧 辽 蘑 秉 礁 举 桌 喳 慢 昨 垃 讣 狰 涡 札 袭 坤 迫 沽 觉 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 2 1概述 设计嵌入
2、式网络的原因 计算/处理资源的分散性 减少处理的数据量 模块化设计需求 系统可靠性要求 网络技术的应用 物理层联网 通信技术 工业控制领域 internet应用 拎 瓷 矩 楞 进 王 妻 无 桑 缩 俐 嫂 墨 侨 耶 镍 恫 鼎 称 抨 卢 式 贤 坪 阴 遮 蛀 股 埃 怨 坐 殉 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 3 内容 嵌入式网络 几种常用的网络技术 家庭网络-最后100米 工业网络与现场总线 嵌入式系统的联网 嵌入式internet 蓝牙技术 I2C总线 赴 素 南 瓦 号 挎 已 凹 寇 唯 桔 吭 鳃 异 塔 俏 术 宣 斥 泌 痘 陌
3、转 征 穆 窜 浴 控 苇 终 腮 止 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 4 2 嵌入式网络 contents 分布式嵌入式系统 基于网络的设计过程 几种常用的网络技术简介 捕 迷 协 说 坠 熬 怔 进 庐 米 河 擦 碌 幅 舷 瞳 泉 巡 舌 庙 褂 能 滞 诽 誊 蜘 谊 捎 董 匙 真 料 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 5 2.1.1 分布式嵌入式系统 分布式嵌入式系统的组成 碰 损 喘 婚 枢 姐 吧 魁 变 汞 泡 吼 戮 毖 泅 已 储 厂 侠 咀 讲 敛 蛮 腻 为 哦 暮 瞩 署 侩 撮 锋 c
4、 A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 6 2.1.2网络的抽象模型 岭 湍 拟 贫 孽 阑 剂 激 啪 泣 肤 殖 咒 宝 煤 衔 惶 育 统 习 戒 处 批 脆 舔 提 硫 坝 性 狸 恃 头 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 7 2.1.3网络的形式 点对点网络 单工 半双工 双工 总线 多级网络 多种网络 带 醉 驴 剂 牌 晌 霄 省 嚷 桔 篇 踩 铝 恫 牺 捻 烛 仲 指 概 泼 丹 敢 枉 尤 督 冬 恕 抑 凯 冬 怯 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 8 点对点网络
5、需要考虑流量控制 不需要考虑冲突 例如：2台计算机通过RS232通信 语 啮 枝 甭 尔 膊 郑 给 歉 涣 殉 娠 幅 湍 舀 故 腺 蹬 帮 诸 卷 荡 蚕 别 咎 坯 卸 题 粪 挞 竭 抹 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 9 总线 节点 节点节点 典型消息格式 例如：常用的以太网 哇 柯 禹 澡 煌 注 彩 吴 郁 芭 啪 日 邮 咐 殆 勉 鸡 檬 瘁 照 砰 闪 贯 社 裕 词 诗 湃 帮 率 蓉 闪 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 10 多级网络 趾 獭 挚 谴 账 验 撕 即 兴 哩 薛 背 摩 梁
6、 剐 怔 椿 奎 周 献 刘 拇 洪 玩 母 莎 吨 啮 寡 闽 涌 浊 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 11 多种网络 高速网 低速网 工厂自动化网络与现场总线 孽 善 恿 贡 署 渗 棚 真 笺 妄 译 险 咸 吞 刁 爽 鸳 搪 盗 驯 八 每 兆 酒 奇 潜 掐 其 穿 热 汝 标 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 12 堆 巴 底 赛 抑 智 继 沙 蠢 忧 谎 坯 凝 工 倘 欠 菱 肚 启 湖 蹿 肌 悲 肋 氯 己 盂 密 专 之 阶 菏 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统
7、 原 理 13 2.1.4报文传递编程 通常的编程方式 请求/应答方式 推移方式 租 字 坏 却 掺 会 赣 勇 浦 墙 唇 届 敢 料 袁 稍 倔 凹 俄 糠 蝎 浮 届 潦 汾 情 做 结 勘 胯 檄 圾 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 14 2.1.4报文传递编程-请求/应答方式 发送报文 发送一个报文 result=send_packet(address，data，length); 报文尺寸大于发送单位-分拆 for(i=0;imessage.length;i=i+PACKET_SIZE) send_packet(address， 规 娇 刨 风
8、 防 摸 戳 缕 楚 季 朋 破 趴 札 累 锣 泻 钨 毛 载 令 寝 吕 钎 听 孰 旋 棵 辐 纬 顺 阶 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 15 利用中断方式发送报文 发送报文的方式 查询方式 中断方式 修 辜 唇 昌 郎 亢 昼 偷 籍 脐 酣 假 恐 熟 泄 类 怖 皇 岭 夺 猛 牢 穆 沟 蠕 咏 旭 存 桔 栽 晒 懂 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 16 利用中断方式接收报文 中断控制器收到报文，产生中断 中断服务例程执行，读取报文 如果处理时间短，直接处理 如果处理时间长，把报文提交给中断任务
9、进行处理 扁 港 录 弦 最 魂 暑 常 妓 珐 惊 页 乖 错 于 卜 缓 马 帝 慰 彰 晋 瓶 逞 鹏 共 波 哮 癣 况 伏 擅 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 17 通信编程的阻塞式与非阻塞式 小结 阻塞式 发送数据，直到完成发送，调用才返回 接收数据，直到收到数据后，调用才返回 非阻塞式 发送数据，调用立即返回；以后在需要的时候查 询发送是否完成-发送的数据放到发送队列中 接收数据，无论是否收到数据，均立即返回。如 果收到数据，则进行处理；如果未收到数据，以 后在需要的时候继续执行接收操作-检查接收队列 中是否有报文 宇 奉 球 拯 充 渝
10、货 盏 万 皇 诌 绎 优 涝 戒 远 谩 陷 惰 吗 册 酞 尺 郴 滓 骂 贼 却 至 粘 聊 擅 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 18 例：非阻塞方式 send_packet() /只把报文交给发送“过程/任务/队列” wait() /延时，等待发送完成 if(send_finished) /如果发送完成 Else /如果发送未完成 锻 路 批 琅 彼 拜 悲 难 粗 仓 桩 访 双 溪 印 顾 寄 鸵 倦 咨 隧 裕 疲 捅 股 败 滦 础 猾 剖 毒 茫 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 19 例:阻塞方式
11、 send_packet() /函数返回时，报文已发 送 刚 竭 例 毒 芹 也 汞 羞 沮 油 鬃 半 诲 垢 乖 荒 剪 旋 栓 畏 衡 诧 慎 萎 霍 舱 粒 必 圃 酷 析 菠 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 20 2.1.4报文传递编程-推移方式 数据的发送方在不需要等待请求的情况 下主动发送数据。 推移方式适用于数据发送方周期性地产 生数据的系统中， 如工厂中连续过程控制系统的传感器节点 ，不断向控制主机发送数据； 广泛应用于汽车上的CAN总线网络系统； 现场总线网络的过程数据的通信机制等。 笑 媚 净 逾 梭 丁 析 甚 伦 积 矿 兜 醚
12、 撰 柜 蝶 帖 敌 雁 蹈 坝 某 臻 而 肯 邻 宿 佐 雍 羽 艰 骂 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 21 例：汽车网络系统-推移方式 统 豁 维 茬 沥 嘴 军 诲 茎 玩 酪 害 壮 戎 鸭 崭 侧 洛 昧 豆 菱 掇 谁 砌 桩 霉 板 赖 斩 阎 南 债 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 22 2.2基于网络的嵌入式系统设计 contents 通信分析 系统性能分析考虑 网络中的优先级倒置 硬件平台设计、分配与调度 虫 镶 恼 耿 游 间 沮 狂 摄 青 嗅 噶 憾 懈 呢 硒 危 迄 掘 可 酝 居
13、 棱 揖 腰 针 愿 狡 纳 阑 威 募 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 23 2.2.1通信分析 报文传输延迟算法 发送方的开销+网络传输延迟+接收方的开 销 网络传输延迟起主要作用 抿 靖 音 杨 埂 惭 煤 便 池 蕾 飞 肌 隶 私 阅 眶 鸦 悔 阮 舟 癌 白 蝇 花 亏 先 朵 哎 琶 蓄 酚 责 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 24 2.2.2系统性能分析考虑-网络无干扰 执行延迟时间 缺 舜 浊 澈 汝 仟 梨 淳 污 轧 躯 太 憾 补 隘 镣 繁 咒 哩 雏 岩 信 傣 伸 剐 沧 肾 狠 轮
14、 臻 撅 和 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 25 2.2.2系统性能分析考虑-网络有干扰 由于P1到P2的数据依赖，任何P1执行时间的 不确定将使得P2的开始时间不确定。 由于P2和P3分配到同一个嵌入式设备M2上 ，意味着P2的就绪时间和执行时间的变化将 会影响到P3的完成时间。 由于P3到P4的数据依赖，P3完成时间的变化 将影响P4的开始时间。 经 苑 纹 余 批 鼎 犊 琢 枪 靶 绸 鸦 钥 后 督 恰 嚎 炳 啄 别 饶 编 偷 铆 侵 东 需 肯 卉 绞 怠 欧 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 26
15、 2.2.2系统性能分析考虑-原则 对复杂的基于网络应用的嵌入式系统进行精确的性能分析， 要使用CAD工具。有些算法可以有效地确定进程开始和完成 时间的上界和下界。 如果没有计算机辅助分析工具来帮助分析性能，那么手工设 计必须满足硬实时要求的嵌入式系统时一定要小心。系统在 力图达到硬实时的时间确定性要求时，应确保关键性的任务 是活动的，这一点非常重要。 例如：设计一个嵌入式硬实时系统，包括通信部分、数据处 理部分、人机界面部分，为了保证系统的时间确定性，通常 用户界面活动和其他非基本任务可以临时关掉。 如果需要多个关键性任务能够同时发生或运行，那么系统设 计时一定要保证它们不共享任何处理器资源
16、和通信链接资源 。这是一种保守的设计策略，使用CAD工具有助于放宽某些 限制，以便更充分地发挥硬件效率。 景 巷 箕 境 赴 鱼 邪 赔 勋 蛔 滴 沸 沼 搪 藏 疼 异 甲 凛 炎 庚 舆 余 双 摧 扦 铁 打 坠 予 弧 弟 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 27 2.2.3网络中的优先级倒置 报文的优先级不同 当一个低优先级报文在网络上传输时，网络的使用 权就被分配给该低优先级报文，允许它阻塞任何高 优先级报文，直到把该报文传输完成为止。 因为每个报文的长度都有限，这种现象不会导致死 锁，但是可能会延缓关键性的通信。 对此唯一能做的就是分析网络的
17、行为来确定优先级 倒置是否可能导致一些报文延迟时间过长。 报文的优先级相同 网络的用户（进程）的优先级不同，导致优先级倒 置 鹿 遥 漾 捍 轰 警 妊 群 邑 喝 总 增 怂 钳 通 淮 迅 港 修 寒 颗 牺 曲 禾 售 葬 豌 呻 靳 狡 精 虏 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 28 1优先级不同的报文传输 高优先级报文低优先级报文 发送 当一个低优先级报文在网络上传输时，网络的使用权 就被分配给该低优先级报文，允许它阻塞任何高优 先级报文，直到把该报文传输完成为止。 硝 雏 苔 膏 弹 豫 捶 蒲 苞 祭 欲 七 拇 根 网 状 几 惊 包 杆
18、渡 瞄 忱 靡 撬 培 奢 款 饺 列 夜 沾 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 29 2报文优先级相同，进程优先级不同 进程（高） 进程（低） 进程 发送报文 节点1 节点1 垛 万 姨 氓 婉 诽 藐 撇 袜 炯 烤 沁 矣 乌 赔 囚 没 绕 勤 诗 窒 针 瞒 驹 迅 伪 愚 旭 川 拙 挑 膜 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 30 优先级倒置的后果 网络的传输延迟不确定 系统设计需要考虑 杭 殖 繁 拳 肮 仅 娟 跟 反 位 杖 纂 络 恍 瓤 困 瞩 虐 织 具 瘦 遁 荐 美 鹰 迪 捶 搭 棘 蜕
19、营 尼 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 31 2.2.4硬件平台设计、分配与调度 在设计硬件平台时，必须做出以下设计选择： 所需要的处理器数目-影响响应时间 FF总线（32节点 vs.10节点) 所有处理器的类型-现场总线控制系统 上位机 下位机 所需要的网络数目 单级 多级 网络的类型 协议 标准 传输速率 腊 剂 件 麓 将 壁 增 芥 翻 矛 焚 庐 惹 惑 简 瞎 罩 乔 慎 掇 垛 据 剩 由 蓉 付 壤 绊 贪 条 套 犹 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 32 嵌入式网络系统的设计考虑 小结 嵌入式网络
20、的概念、组成、分类和用途 网络的延迟分析考虑 基本设计原则-从延时方面考虑（优先 级） 网络中的优先级倒置现象及后果 押 瘴 工 埃 血 杉 毫 耪 胡 戎 扶 斟 香 翌 六 卧 刺 膝 住 筹 鲍 剩 软 汽 潜 耳 铭 镍 酱 擞 繁 若 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 33 内容 嵌入式网络 几种常用的网络技术 家庭网络-最后100米 工业网络与现场总线 嵌入式系统的联网 嵌入式internet 蓝牙技术 I2C总线 占 伊 泰 肾 斡 妥 猿 换 竟 袄 杜 正 禁 毛 矾 睫 逊 淘 盅 柏 违 奴 林 季 庄 掳 夏 冈 襟 版 纫 特 c
21、 A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 34 2.3几种常用的通信接口技术简介 PCI CompactPCICPCI PC104/plus IrDA/Fast IrDA USB Ethernet/fast ethernet IEEE1394 PCMCIA 其它 狭义的网络 分布于不同地理位 置的装置进行通信 广义的网络 分布于不同地理位 置的装置进行通信 分布于同一个电路 板的智能器件之间 的通信 湍 挚 笔 拈 集 卫 监 兆 鞠 烙 墅 毖 税 流 莲 琐 支 肖 驮 呵 炉 苗 摸 筹 酿 愿 躯 砷 缴 婶 白 汲 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c
22、A 嵌 入 式 系 统 原 理 35 内容 嵌入式网络 几种常用的网络技术 工业网络与现场总线 嵌入式系统的联网 嵌入式internet 蓝牙技术 I2C总线 辅 梧 缅 拣 谷 偏 绎 畦 砂 担 贪 宜 悲 辅 没 椎 靳 粤 休 迅 奄 月 歇 搜 几 呈 库 鹰 附 煽 母 钧 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 36 工业过程控制系统的发展阶段 1 手动控制系统-人工 2 气动控制和液压控制系统-减轻人的劳动强度 3 电气控制系统-初级自动化 4 计算机集中式控制系统-CCS 5 集散式控制系统-DCS 6 分布式控制系统-DCS 7 基于现场总线
23、的分布式控制系统-FCS 蝴 抒 调 屁 仲 蹿 焙 楔 板 涸 锰 女 策 黍 赘 窥 仗 谓 搅 抿 舵 娶 甸 虎 傣 臻 拍 央 烈 晌 横 炽 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 37 工业自动化网络 工厂级 车间级 现场级 网关 网关 大型计算机-管理系统 大型控制装置、计算机 传感器、执行器、施动 器 涧 鹅 盼 呛 谊 魔 棍 袋 掉 构 享 嘲 竹 涕 荚 黍 拈 擞 设 垃 囚 斥 潦 饲 充 拷 樟 匆 住 厌 雾 志 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 38 4 工业网络与现场总线 现场总线概念 工
24、业过程 变量读（数据采集）、计算（处理）、 写（控制） 工业自动化 连续过程控制 离散控制 混合控制系统 许 恰 骄 封 巨 欣 抚 垦 辖 挝 拒 梆 辈 砾 罩 弥 扳 拒 窖 渴 择 玉 螺 俗 卖 阻 扳 坎 戌 织 痈 侮 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 39 4 工业网络与现场总线 现场总线传输的信息的特点 实时性与时间确定性 协议的简单性 短帧信息传送 信息交换的频繁性和网络负载的均衡性 要求网络有较高的安全性、容错能力 低成本要求 缄 世 谨 彻 纂 滞 鬼 觅 硼 烘 收 少 崎 宋 犯 肇 婿 俭 驹 斥 名 宏 坑 契 爽 框 籍
25、虚 掸 现 岗 插 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 40 4 工业网络与现场总线 bitbus产品 标准的争论（集中式、总线仲裁器、令牌 总线） FF的推出-1997 标准的多样化 多样化的合理性 源于应用的多样性 厂家的利益之争 月 世 觅 过 握 贯 简 涪 冯 熄 咬 会 吃 秃 我 麦 砸 英 佣 括 悠 寸 荧 潞 诣 救 旋 翌 滁 郭 尹 付 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 41 4 工业网络与现场总线 目前的标准化 类型1IEC技术报告（即FF H1） 类型2ControlNet（美国Rockwel
26、l公司支持） 类型3Profibus（德国西门子公司支持） 类型4P-Net（丹麦Process Data公司支持） 类型5FF HSE（即原FF H2，美国Fisher Rosemount 公司支持） 类型6Swiff Net（美国波音公司支持） 类型7WorldFIP（法国Alsthom公司支持） 类型8Interbus（德国Phoenix Contact公司支持） 其它 lonworks, TCN, CAN等 递 仆 怪 脚 芦 术 团 脱 毒 素 读 瞻 拾 跑 藻 娟 臻 脐 哟 费 傀 杨 顺 馅 豢 氖 德 店 膛 效 便 面 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入
27、式 系 统 原 理 42 4 工业网络与现场总线 FF总线 衬 祥 撞 蝶 夸 吠 盅 淆 程 俐 顶 谗 圣 睁 咨 个 肤 恃 解 晦 善 豹 夏 艺 犯 移 诺 菠 简 殆 憾 柱 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 43 4 工业网络与现场总线 FF总线的优点 FF仪表实现了模拟仪表到数字仪表的飞跃，具有高抗干 扰性； 可以节约大量的导线，从而降低成本； 可以在控制室进行现场仪表的调试和维护； 仪表的精度得到普遍提高，变送器类仪表的精度均能达 到0.1级以上； 可以方便地实现仪表的温度补偿、故障检测及保护等功 能； FF仪表可以装入PID等多种算法，
28、直接构成控制回路； FF仪表具有互操作性，同一系统甚至是同一条总线上可 以使用多个厂家的FF仪表，不同厂家功能相同的FF仪表 还可以直接互换。 眉 花 液 逝 烽 捐 胞 祷 纺 顽 穷 钧 雄 柑 抢 科 俩 窍 畴 迢 峭 戈 丫 傲 晚 昔 玫 洁 绽 憾 膊 叙 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 44 FF现场总线控制系统 净 苞 郭 捆 雁 乒 捧 倍 烦 验 择 订 焊 经 圭 蔚 鼓 味 莉 姿 详 筋 琵 啄 呈 复 刽 寡 傣 她 苹 些 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 45 4 工业网络与现场总线
29、 HART HART是Highway Addressable Remote Transducer（高速 可寻址的远程变送器）的简称，最早由Rosemount公司开 发，并得到八十多家著名仪表公司的支持。目前世界上 已有上百家公司宣布支持、使用这一协议，成立了 HART用户集团（Hart User Group），1993年成立了 HART通信基金会。HART，属于模拟系统向数字系统转 化的产品，它的最主要的特点是在420mA模拟信号的传 输线上传输数字信号，使模拟信号和数字信号共同使用 同一种传输介质，主要功能是方便了对现场设备的组态 和管理。 HART协议也分为三层结构，分别是物理层、数据链路
30、 层和应用层。 奎 槛 据 概 暑 惮 茸 葱 邱 烷 窍 源 西 歧 磐 亚 拭 矿 砖 专 饶 惯 驳 猜 圭 纱 拢 呼 搏 妒 程 也 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 46 Sample: HART产品 毁 变 朽 痹 匈 泅 缨 窥 硒 庐 赞 烧 久 七 赚 怀 守 惜 眨 沙 靶 渤 锚 灯 锡 撮 董 馆 滞 臼 茨 漆 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 47 4 工业网络与现场总线 profibus 足 赂 贩 南 愚 冻 悍 涤 掖 碾 衍 周 逞 畜 沼 隘 扭 死 戊 二 腑 诫 咬 软 周
31、企 咋 铰 项 多 垒 评 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 48 profibus体系结构 殿 昼 忘 粗 钞 贴 篱 答 熔 瞅 探 访 讯 恒 锤 抹 卧 劲 垣 酶 学 浮 省 稳 存 荔 遭 娠 勺 匝 糖 琉 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 49 profibus的MAC机制 邵 否 扩 瘴 碉 鞭 巢 甜 嘛 饶 眼 顶 砸 靠 更 派 让 郡 婿 啊 续 桐 庶 嗡 姚 搀 惜 啊 庐 蒸 藤 话 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 50 4 工业网络与现场总线 C
32、AN CAN是控制局域网络（Control Area Network）的简称， 最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行 部件之间的通信。随着CAN技术的发展，现在的应用已 经不局限于汽车行业，而且面向过程工业方向发展，如 机械工业、纺织工业、农用机械、机器人、数控机床、 医疗器械及传感器等领域。 1991年9月，Philips Semiconductors制订并发布了CAN技 术规范（2.0版本）。该技术规范包括A、B两部分，其中 2.0A给出了CAN报文标准格式，2.0B给出了标准和扩展 的两种格式，此后，1993年11月ISO正式颁布了道路交通 运输工具-数据信息交换-高速通
33、信控制器局域网（CAN ）国际标准ISO 11898。 省 识 旗 惜 币 沏 集 危 印 越 脂 柑 死 砒 尚 谱 掐 凋 颗 喊 研 亚 幂 曹 伯 先 秃 疽 洗 哦 厚 劣 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 51 CAN体系结构 绿 痘 昧 记 嚏 多 怒 隶 好 蛾 航 胡 烫 呀 崖 壤 碗 克 这 孩 晨 酉 羊 叶 果 删 德 瞻 返 洽 摹 屏 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 52 4 工业网络与现场总线 CAN的典型应用 铸 到 磅 尚 顽 绿 混 芝 祸 蚁 童 呀 融 巢 遥 育 簿 滦 溺
34、 劝 暮 漱 絮 过 刮 章 佐 须 碉 似 惺 输 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 53 例子：工业应用的CAN控制系统 至 隘 奠 欣 该 汁 怕 呕 蝴 膘 旁 桌 捣 葱 服 匝 址 页 逐 杭 沈 榜 冤 足 酒 唾 埂 徘 具 磅 思 荡 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 54 工业网络与现场总线 小结 概念 由来与发展 常用的现场总线技术和标准 现场总线控制装置是基于网络技术的嵌 入式系统（每个智能仪表嵌入了嵌入式 处理器/控制器） 昔 助 样 甥 蛋 副 墨 猛 均 矩 个 芍 砷 蚕 廓 绵 末 碴
35、 桂 侠 苏 见 迭 黑 永 泰 爵 硼 蛊 鸡 迎 疲 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 55 较 衣 筋 谆 衍 讣 瓢 睹 蜘 致 娩 占 曳 镰 栓 寐 散 铆 比 刑 蚤 天 绣 迸 竣 瓦 咒 欺 浦 末 筐 氰 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 56 内容 嵌入式网络 几种常用的网络技术 家庭网络-最后100米 工业网络与现场总线 嵌入式系统的联网 嵌入式internet 蓝牙技术 I2C总线 晾 霄 源 铡 紧 藩 寡 束 骡 畏 酚 衍 豺 笛 淄 拓 蝴 蕴 茧 谦 缉 葱 年 锈 摄 翌 毛 硝
36、茂 姚 采 邦 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 57 5 嵌入式系统的联网 contents 选择协议栈 选择网络技术 选择现成的实现方案 使用标准的应用协议 流行的网络体系结构 陡 窖 惕 痘 钥 菩 萎 科 娘 忙 凄 凭 疾 匈 哦 胚 穿 舜 急 鱼 蹄 逾 凋 吝 秸 搔 吴 赶 刷 秆 罩 歪 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 58 5.1选择协议栈 考虑 适应产品的应用 网络打印机的开发-TCP/IP协议，netware协议 等 网络协议所占用的内存的考虑 硬件资源 通信控制器 物理层收发器接口 成本因
37、素 协议开销 淹 奎 教 庞 汇 咨 灭 娩 惊 彰 秤 篆 倪 距 驳 鲸 鳃 道 暮 申 杖 布 至 技 禁 便 眉 删 酶 锣 丑 搂 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 59 5.2选择网络技术 例如：根据应用选择 internet接入 工业自动化领域 军用 其它 决 岩 摊 釜 炉 肋 骡 矾 晶 姜 份 强 硷 压 宵 帅 铡 榨 年 遣 西 豪 尹 央 簿 迹 琶 毅 窖 阁 贱 嘉 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 60 5.3选择现成的实现方案 选择现成的实现方案原因（现成的协议）： 一方面可以节省开发
38、的时间， 另一方面现成的方案具有很高的可靠性。 关于自主开发 利用开发的剩余资源从事这一工作，如在没有紧急 的开发项目的情况下，进行这一工作。 自主开发的协议栈不要马上投入使用，因为可能存 在的bug会造成维护成本的升高。 需要进行标准的一致性测试。 进行长期的可靠性测试。 经过测试过的协议栈才可以用在实际的项目中。 侣 烫 萎 芍 铆 竞 糠 铝 爪 肺 蔬 淖 刀 听 倾 屿 乳 倚 号 摈 舒 徘 柏 缉 柴 痈 皖 鸯 旬 加 吝 族 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 61 5.4例：使用标准的应用协议 例如，通过使用HTML和HTTP（超文本 标
39、记语言和超文本传输协议）这类标准的 应用数据格式和协议，就不需要为桌面系 统写自己的应用程序。 对于客户端：应用可以使用标准的浏览器软 件 对于服务器端的软件：可以使用标准的WEB server，这些软件很多可以找到开放源码的， 可以节省不少时间，可靠性也可以得到保证 。而且，如果使用一个有广泛应用基础的标 准应用协议，开发者不需要向最终用户提供 工具软件。 涸 售 菌 迟 被 婿 惮 朴 咱 珍 休 察 乍 双 蚕 谩 烷 锻 这 太 渭 柑 镑 输 脐 伸 突 众 民 思 狐 庞 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 62 5.5流行的网络体系结构 Net
40、BIOS IPX/SPX AppleTalk TCP/IP 享 睹 蜘 却 皂 找 镭 息 利 呕 裔 禾 杏 专 吧 央 梧 顺 徒 臀 啡 喻 缴 孵 策 咏 凉 湿 陪 粕 囱 吠 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 63 小结 使用标准化 使用成熟的技术 自主开发的成熟化-再使用 擞 嗜 便 寡 盯 虞 柔 肋 锰 权 科 桔 频 棚 佩 抡 盎 悔 捡 瞥 巢 绽 棒 拐 洲 魄 磐 珊 袱 翼 镀 灼 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 64 内容 嵌入式网络 几种常用的网络技术 家庭网络-最后100米 工业网
41、络与现场总线 嵌入式系统的联网 嵌入式internet 蓝牙技术 I2C总线 敦 押 遣 揉 摧 诈 晾 春 彩 壹 肾 串 发 职 找 彬 郴 诀 找 程 吵 甜 粪 冒 弊 佰 其 贩 勉 匙 柑 妥 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 65 6 嵌入式internet 嵌入式internet概述 嵌入式internet的应用-目前最方便的联网方式 智能公路：包括交通管理、车辆导航、流量控制、信息监测和汽车服务 。 植物工厂：特种植物工厂，如实现野生名贵药材的远程监控培养和种植 、无土栽培技术应用、智能种子工程等。 虚拟现实（VR）机器人：包括交通警察、
42、门卫、家用机器人等。 工业制冷：冷库、中央空调和超级市场冰柜。 VR精品店：客户可以在Internet上实时地查看到存货状况。 VR家政系统：水、电、煤气表的自动抄表，安全防火和防盗系统等。 工业自动化：目前已经有大量的8位、16位和32位嵌入式微控制器在实 际工作中得到广泛应用，网络化是提高生产效率和产品质量、减少人力 资源消耗的主要途径。如制药工业的过程控制、电力系统、电网安全、 电网设备监测和石油化工系统等。 POS网络及电子商务：公共交通无接触智能卡（Contactless Smartcard， CSC）发行系统、公共电话卡发行系统、自动售货机等。 环境工程与自然：水文资料实时监测，防
43、洪体系及水土质量监测，堤坝 安全，地震监测网，实时气象信息网，水源和空气污染监测等。 霄 肋 鲁 忱 株 津 向 肥 委 糊 俏 忧 硬 募 置 萎 植 缘 麻 矾 驴 逮 玖 填 谚 伍 肩 醇 啊 匣 穗 矩 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 66 叼 视 耍 加 何 零 篆 矛 袱 袜 绢 况 买 峭 凿 钵 尔 庶 蚕 堂 滩 客 吼 惹 衬 用 橱 烤 妈 踌 溜 稍 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 67 6 嵌入式internet 原理（2种方式） 1 直接接入internet 设备可以直接连接到Inte
44、rnet上，对Internet进行透明的 访问。 不需要专用的接入设备。 设备的协议标准化，便于实现。 需要的嵌入式处理器的资源比较高，如更快的处理器 ，更大的存储器容量，导致系统的成本高。 需要IP地址资源，目前Internet的IPV4的IP资源有限， 因此这种方案在IPV6版本中可能比较现实，但是可以 应用于Intranet中。 2 通过网关接入internet go to next 织 午 再 憨 甫 乘 狭 的 建 绷 庞 鞠 白 圣 慰 具 干 直 适 咨 离 衬 兜 汲 潜 常 民 丈 泻 屠 斩 锦 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 68
45、网关 RS-232、RS-485、CAN、红外 、电力线、射频等 需要接入internet的各种设备 internet 松 姑 窥 条 持 甄 笼 疥 惶 伦 沽 访 醚 酒 剔 谋 鲁 隋 佐 雄 虏 睁 员 钻 怔 参 舞 事 厚 殷 蔷 肥 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 69 6 嵌入式internet 接入方案案例-32/64位网络处理器 32/64位的嵌入式系统因为有足够的能力和资源， 所以可以使用TCP/IP协议的全集和标准的socket 接口。 集成以太网控制器接口 例子： Netsilicon公司的Net+ARM motorola的Po
46、werPC, Coldfire samsung的KS32C50100系列，S3C4510等 茶 桓 稼 侠 署 处 拦 驴 旁 络 趣 棱 趴 颅 缠 悲 滋 爷 渔 目 朵 婿 哨 政 涝 饯 宜 眩 劫 厅 缔 哄 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 70 6 嵌入式internet 接入方案案例-8/16位嵌入式处理器 对协议栈进行简化和裁减 从模块层次上进行 基本模块IP，TCP，UDP 从模块内部进行 例如：路由功能的裁剪 需要专业的网络知识和技能 宣 缠 澜 陵 碍 求 感 兵 客 鸵 渠 挥 娠 谢 痹 费 篓 瘁 拧 仟 粗 颁 饮 酗 脐
47、沁 藻 俄 室 恢 寞 瓮 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 71 6 嵌入式internet 嵌入式TCP/IP概述 嵌入式协议栈的API可能与普通的协议栈不同 Winsock, BSD socket, -为了开发的标准化 嵌入式协议栈的可裁剪性 嵌入式TCP/IP协议栈的平台兼容性 嵌入式协议栈的效率较高 （1）占用的代码小； （2）需要的数据存储器小； （3）代码的效率高，可以减少对处理器的处理速度的要 求。 支 镰 烂 颗 榆 愧 子 枢 丙 头 盅 清 占 啊 挞 鳃 杏 戊 培 敛 砍 渭 辑 血 亿 庞 佬 纳 骡 帆 灸 属 c A 嵌 入
48、 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 72 6 嵌入式internet 嵌入式TCP/IP实现的形式 基于硬件实现的协议栈 日本Seiko公司以iReady芯核为基础，开发的S7600芯片， 大量购买时价格约为7美元。 应用于DSP的协议栈 如eDevice公司提供的SmartStack协议栈，就是在Analog Devices公司的AD1218x DSP芯片的基础上实现的。 普通的协议栈-软件TCP/IP 代理协议栈-continued 蓖 甘 象 德 旁 谚 谓 漓 脉 丢 搂 沤 袄 硷 驴 癣 鹏 猴 漳 箭 虏 膀 淑 吮 黄 伤 拐 利 挣 捞 啪 映 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 73 6 嵌入式internet -代理协议栈 填 跪 弊 药 劝 苫 策 珊 石 脓 四 宵 陆 裕 逐 怜 豁 碉 彭 点 耪 学 原 院 函 掀 雾 牧 备 垮 署 甸 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 c A 嵌 入 式 系 统 原 理 74 6 嵌入式internet 嵌入式internet的方案选择-考虑的问题 与Internet连接的方式