標(biāo)題：在有限資源的單片機(jī)上實現(xiàn)模擬系統(tǒng)的討論

本文采用SX52嵌入式網(wǎng)絡(luò)單片機(jī)集成式開發(fā)系統(tǒng)主模塊模擬家庭網(wǎng)關(guān)，并利用其外圍擴(kuò)展模塊模擬信息家電，從而成功搭建了一個模擬家庭網(wǎng)關(guān)和信息家電交互的軟硬件平臺，這種利用一個單片機(jī)集成系統(tǒng)對家庭網(wǎng)關(guān)和信息家電進(jìn)行模擬，為研究信息家電的內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)以及家庭網(wǎng)關(guān)和信息家電功能分配提供了實驗平臺，同時大大節(jié)省了資源和費用。

　　2  相關(guān)理論研究

　　2.1信息家電

　　信息家電是所有能夠通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)交互信息的家電產(chǎn)品，也就是說信息家電是將數(shù)字技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)集成在電冰箱、洗衣機(jī)等傳統(tǒng)家用電器上并以此為基礎(chǔ)建立家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，信息家電具有以下特點：（1）通過有線或無線方式相連，能相互識別并協(xié)同工作與網(wǎng)絡(luò)化；（2）能夠遵循一定的協(xié)議，通過家庭網(wǎng)關(guān)或直接與外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交互；（3）功能單一[1]集中并且使用簡單；（4）具有實時化、數(shù)字化與智能化的特點；（5）應(yīng)用嵌入式操作系統(tǒng)。根據(jù)這些特點，我們將其內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)分為上下兩大模塊層，上層為軟件模塊，由上至下為應(yīng)用層（如服務(wù)注冊、應(yīng)用協(xié)議解釋等）、嵌入式操作系統(tǒng)層(如嵌入式Linux、WinCE等)、設(shè)備驅(qū)動層(如液晶顯示屏驅(qū)動、觸摸屏驅(qū)動等)，下層為硬件模塊，包括核心主板(包括嵌入式處理器芯片如S3C2410等) 、家電硬件及控制層(自帶控制模塊)、外圍芯片(如RTL8019AS、Bluetooth等)。其中核心主板為主控制器，信息家電通過外圍芯片與外界進(jìn)行信息交互，在核心主板的控制下再與家電控制模塊進(jìn)行雙向信息交流，從而實現(xiàn)對家電硬件的監(jiān)控。這里提到的嵌入式操作系統(tǒng)在今后隨著信息家電產(chǎn)品功能的增多增強(qiáng)，對其的使用是一種必然趨勢，本文在有限資源的單片機(jī)上實現(xiàn)模擬系統(tǒng)就沒有對其進(jìn)行討論。

　　2.2家庭網(wǎng)關(guān)

　　單個的信息家電也可以具有與Internet直接連接上網(wǎng)的功能，但是借助現(xiàn)有的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將家庭內(nèi)各種家電和設(shè)備連網(wǎng)，通過家庭網(wǎng)絡(luò)為人們提供各種豐富、多樣化、個性化、方便、舒適、安全和高效的服務(wù)，把所有的信息家電連接起來形成一個家庭網(wǎng)絡(luò)，再把接入Internet的功能移至到家庭網(wǎng)關(guān)，由家庭網(wǎng)關(guān)承擔(dān)起與Internet進(jìn)行信息交互的責(zé)任，這不僅會減少信息家電的負(fù)載、降低成本，而且對家庭網(wǎng)絡(luò)化也是一種促進(jìn)，因為家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部可以使用不同的協(xié)議，從而更具靈活性。因此，實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)與外部信息的交換需要設(shè)計一個理想的家庭網(wǎng)關(guān)。家庭網(wǎng)關(guān)應(yīng)具備的兩個主要功能是：(1)作為家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)連接的一種物理接口；(2)使住宅用戶可以獲得各種家庭服務(wù)（包括現(xiàn)有的服務(wù)和未來可能出現(xiàn)的服務(wù)，譬如經(jīng)過授權(quán)能打開朋友家的影碟機(jī)進(jìn)行影片觀看等）的平臺。

　　家庭網(wǎng)關(guān)接口的有效的解決方案，當(dāng)前比較統(tǒng)一的觀點是開發(fā)一個集中式網(wǎng)關(guān)，它將提供一個最有效的橋接外部網(wǎng)絡(luò)和家庭網(wǎng)絡(luò)或設(shè)備的解決方案。另外，以PC作為家庭網(wǎng)關(guān)，體積過大，環(huán)境適應(yīng)能力差，而且還必須安裝兩個網(wǎng)絡(luò)適配器（一個用于連接 Internet，一個用于連接內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)），總的費用也比一臺專用網(wǎng)關(guān)要高。因此，設(shè)計專用網(wǎng)關(guān)是完全有必要的。鑒于家庭網(wǎng)關(guān)的功能特點，其邏輯結(jié)構(gòu)應(yīng)如圖1所示。

圖1家庭網(wǎng)關(guān)邏輯結(jié)構(gòu)

　　3   硬件選型

　　3.1 SX52的特點

　　如何利用單片機(jī)本身有限的資源對信息進(jìn)行TCP／IP協(xié)議處理，使之變成可以在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)包，目前有兩種方案：一種是PC網(wǎng)關(guān)+專用網(wǎng)，缺點是要增加布線和第三方協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件；另一種是32位MCU+RTOS，弊端是開發(fā)難，成本極高。而用軟件方法實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議比采用集成網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的芯片，具有節(jié)省空間、降低成本的優(yōu)點，更重要的是可以隨意配置甚至修改各種協(xié)議，且能通過軟件升級方式跟隨未來的發(fā)展。通過美國Ubicom公司的SX52微控器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)控制就具備這個優(yōu)勢，其主要特點有：（1）速度快，在100MHz頻率下能達(dá)到100MIPS；（2）現(xiàn)成的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模塊供套用，可以通過虛擬外設(shè)功能來運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，例如TCP、IP、HTTP以及SMTP等；（3）強(qiáng)大的虛擬外設(shè)功能，即通過軟件對I/O口進(jìn)行靈活的配置，CPU執(zhí)行虛擬軟件模塊就可以驅(qū)動普通的I/O口來模擬外設(shè)的功能，比如UART、SPI、IIC和FSK等。采用其成功的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模塊和一些適用于小型嵌入式系統(tǒng)的做法構(gòu)筑現(xiàn)場控制是非常合適的做法。 <!-- 2008-9-16 20:11:55-->