摘? 要: 介紹了一種新型的智能網(wǎng)絡(luò)接口芯片PS2000的結(jié)構(gòu)和原理,以及應用它實現(xiàn)智能化家電與Internet連接。PS2000是Webchip網(wǎng)絡(luò)接口系列中的重要成員,通過它可以實現(xiàn)智能化家電與PC機平臺的網(wǎng)關(guān)接口,使智能化家電通過PS2000上網(wǎng)十分方便,并且設(shè)計這樣的系統(tǒng)無需熟知網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

　　關(guān)鍵詞: 網(wǎng)絡(luò)接口芯片? Internet? Webchip? PS2000? MCU? Gateway

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　　現(xiàn)在人們正處在信息時代,而Internet已經(jīng)成為信息社會中很重要的組成部分。Internet技術(shù)深入到人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦惺褂玫碾娮釉O(shè)備中,可使人們快捷方便地查閱和發(fā)布各類信息。同時,人們也希望通過Internet對家用電器進行遠程控制。但令人遺憾的是，PC機及現(xiàn)有的Internet技術(shù)顯得過于昂貴,因而并不適用。于是,人們希望開發(fā)一種新技術(shù),既能充分利用現(xiàn)有的Internet技術(shù)和資源,又能以很低的成本將它應用到各類智能裝置和家用電器中去。

　　如今,各類MCU已經(jīng)廣泛地應用于家用電器中。由于嵌入式微控制器MCU(或稱之為單片機)都嵌入在有關(guān)的設(shè)備中,沒有自己獨立的外殼,故稱該類設(shè)備為嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)能夠提供一定的服務和控制功能,能夠獲取、利用一些信息,但如何讓這些電子設(shè)備跟Internet連接起來,以便人們能夠遠程獲得這些電子設(shè)備的信息并控制它們的運行,已成為今天信息界同仁關(guān)注的焦點。

　　目前國內(nèi)外許多廠家正在研制和推廣網(wǎng)絡(luò)芯片。武漢力源電子股份有限公司研制并具有自主產(chǎn)權(quán)的Web接口芯片Webchip PS2000,正是智能裝置和家電產(chǎn)品連接Internet的“橋梁”,它可將Internet技術(shù)延伸到更為廣闊的應用領(lǐng)域。

1 PS2000的結(jié)構(gòu)與原理

　　PS2000是Webchip網(wǎng)絡(luò)接口系列中的重要成員,通過它可以實現(xiàn)MCU應用系統(tǒng)與基于PC平臺的網(wǎng)關(guān)(例如emGatewayTM)接口。

　　PS2000芯片的原理結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。它主要由核心控制單元、UART、嵌入式MODEM接口模塊、標準MODEM接口模塊、RS-485收發(fā)控制單元、LED顯示控制、DS2401接口、SPI接口模塊等組成。

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　　核心控制單元主要實現(xiàn)通信和協(xié)議轉(zhuǎn)換;DS2401接口為電子標簽接口,用于連接DS2401集成電路,為電子設(shè)備提供唯一電子標識;通過SPI串行接口模塊,可與MCU應用系統(tǒng)方便連接;狀態(tài)顯示接口能直接驅(qū)動LED;有多種串行通信方式可供選擇:可外接RS-232、RS-485、嵌入式MODEM或標準MODEM等接口電路,也可選用RF或IrDA通信方式。PS2000為44腳MQFP封裝,采用單5V電源,具有體積小、功耗低、與emGatewayTM的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議兼容等特點。

　　PS2000片內(nèi)駐留有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議解釋與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議編譯程序模塊,MCU應用系統(tǒng)與PC機網(wǎng)關(guān)交換信息時,由PS2000擔任網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的解釋和轉(zhuǎn)換,通過17條簡單的指令進行控制;與PC機網(wǎng)關(guān)通信時,負責對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進行規(guī)范或解釋,由于PC機網(wǎng)關(guān)能提供HTTP服務,可以與計算機瀏覽器(Netscape，Internet Explore等)接口,故MCU應用系統(tǒng)通過PS2000上網(wǎng)十分方便,可實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集、管理、遠程設(shè)備控制、在線診斷和服務,以及自動將電子設(shè)備、智能儀器儀表、家用電器等連入Internet網(wǎng)絡(luò)。

2 MCU應用系統(tǒng)與Internet的連接

2.1 PS2000與基于PC平臺的網(wǎng)關(guān)通信

　　PS2000與PC機的連接十分靈活,可選用RS-232、RS-485、MODEM之一進行通信^[1],以滿足遠程/近程、點對點或點對多點的通信要求,通過PS2000通信控制單元的通信控制字可選擇RS-232、RS-485、MODEM通信類型。

2.2 MCUNet協(xié)議簡介

　　PS2000內(nèi)部固化了MCUNet協(xié)議,它與emGateway和OSGi協(xié)議兼容。MCUNet協(xié)議是MCU電子設(shè)備與計算機平臺上的Gateway建立聯(lián)系的一種軟件協(xié)議。MCUNet協(xié)議結(jié)構(gòu)簡單、功能很強。

　　MCUNet協(xié)議首先規(guī)定了一種主從關(guān)系,Gateway永遠是主叫系統(tǒng)(Master),而電子設(shè)備永遠是從系統(tǒng)(Slave)。Gateway可以授權(quán)電子設(shè)備回撥(Callback)。

　　其次,MCUNet定義了電子設(shè)備系統(tǒng)的狀態(tài)性能參數(shù)表(Capabilities Table)和變量表(Variables Table)。電子設(shè)備與Gateway之間的信息交換過程是建立在MCU系統(tǒng)狀態(tài)性能參數(shù)表和變量表基礎(chǔ)上的。

　　電子設(shè)備的系統(tǒng)狀態(tài)性能參數(shù)表的作用是把電子設(shè)備系統(tǒng)的一些特性參數(shù)告訴Gateway,如系統(tǒng)變量表中變量的個數(shù)、變量表所占用的字節(jié)數(shù)、非易失性存儲器的大小、字符串的表達類型(ASCII、UNICODE或其它)等。

　　電子設(shè)備的系統(tǒng)變量表的作用就是把MCU與Gateway之間需要交換的信息羅列出來,通過一個變量表來表達。MCU與Gateway之間的所有交換信息都在這個變量表的表達范圍之內(nèi)。超出變量表的信息,Gateway將不予受理。

2.3 PS2000與MCU接口

　　MCU應用系統(tǒng)一般都是以單片機為核心的一個應用系統(tǒng)。以MCS-51單片機為例，PS2000與MCS-51單片機的連接如圖2所示。

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2.4 MCU應用系統(tǒng)與Internet連接的可行方案分析比較

　　第一種方案是通過MCU應用系統(tǒng)的單片機內(nèi)部固化TCP/IP協(xié)議。該方案的優(yōu)點:硬件電路相對簡單,也不需要其它中間環(huán)節(jié)支持便可以直接撥號上網(wǎng)。缺點:由于單片機使用了TCP/IP協(xié)議芯片,因此需要大容量的程序存儲器,而且要求MCU有較高的運行速度;應用系統(tǒng)的設(shè)計人員必須熟悉TCP/IP協(xié)議和相關(guān)的接口,軟件設(shè)計復雜,工作量大;另外,每一個電子設(shè)備都要申請一個IP地址,而IP地址資源是有限的,而且使用還要付費,成本較高。

　　第二種方案是利用emWare公司開發(fā)的EMIT技術(shù)。根據(jù)emWare公司的電子設(shè)備網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,在應用系統(tǒng)的單片機內(nèi)部使用emNet協(xié)議,再通過emGateway與Internet網(wǎng)連接。該方案的優(yōu)點:由于復雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是通過emGateway在PC機上實現(xiàn)的,應用系統(tǒng)MCU只使用較簡單的emNet協(xié)議,因此對MCU的要求較低。缺點:應用系統(tǒng)設(shè)計工程師必須熟悉emNet協(xié)議和相關(guān)的接口,而且原來客戶應用系統(tǒng)的MCU也不一定符合要求,并且軟硬件設(shè)計的工作量仍然較大;同時,應用系統(tǒng)的單片機處理emNet協(xié)議要占用一定的系統(tǒng)資源。

　　第三種方案是MCU應用系統(tǒng)通過Webchip PS2000網(wǎng)絡(luò)芯片與Gateway連接,再進入Internet網(wǎng)。PS2000內(nèi)部固化了MCUNet協(xié)議,它與emGateway和OSGi協(xié)議兼容。應用系統(tǒng)設(shè)計人員完全不必考慮任何網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,只需要解釋并執(zhí)行PS2000傳送過來的指令和數(shù)據(jù)就可以實現(xiàn)與Internet網(wǎng)絡(luò)連接,而MCUNet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議由PS2000來完成。同設(shè)計UART系統(tǒng)中選用UART接口芯片一樣,選用PS2000將電子設(shè)備與Internet連接,可以節(jié)省MCU的資源,設(shè)計更簡單。

　　通過以上比較分析可知,采用第三種方案更為簡單方便,而且成本低。

3 應用系統(tǒng)

　　圖3是一個家用空調(diào)控制應用系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中,為了確定設(shè)計的電子設(shè)備的ID號是唯一的,需要加入一片由DALLAS公司生產(chǎn)的電子標簽,通過這個唯一的ID號區(qū)分不同的電子設(shè)備。然后確定需要遠程控制的變量?，F(xiàn)設(shè)定4個需要遠程控制的變量:設(shè)定空調(diào)的開關(guān)狀態(tài);選擇空調(diào)的工作模式,如制冷、加熱、換氣等;設(shè)定房間溫度;設(shè)定定時時間。確定了控制變量后,還需要建立一個控制系統(tǒng)的變量表，這樣只需通過17條簡單的指令編寫程序就可以實現(xiàn)家用空調(diào)與PS2000之間的信息交換。家用空調(diào)通過PS2000和emGateway與Internet網(wǎng)方便地連接起來之后,即可通過Internet對家用空調(diào)進行遠程控制。

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　　Webchip PS2000芯片使各類智能裝置和家用電器通過Internet網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程控制和管理變得十分方便;而且使系統(tǒng)的設(shè)計更簡單,設(shè)計人員無需熟知網(wǎng)絡(luò)協(xié)議;同時降低了對應用系統(tǒng)中MCU的性能要求和其它外圍設(shè)備的硬件需求,減少了應用系統(tǒng)硬件開支, 且成本低廉,并縮短了軟硬件的開發(fā)周期。

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參考文獻

1 PS2000網(wǎng)絡(luò)接口手冊.武漢： 武漢力源電子股份有限公司，2000

2 梨明.Webchip智能Internet網(wǎng)絡(luò)接口芯片及其應用.武漢力源電子，2000(3)

3 何克忠，李 偉.計算機控制系統(tǒng)[M]. 北京：清華大學出版社，1998

4 湯子嬴.計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其應用.成都：電子科技大學出版社，1996