單片機或微控制器 (MCU) 已經(jīng)在家庭和工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到了應用，通稱(chēng)嵌入式系統，因為計算機芯片是嵌入在有關(guān)的設備中的，沒(méi)有自己獨立的外殼。目前大多數嵌入式系統還處于單獨應用的階段，以 MCU 為核心，與一些監測、伺服、指示設備配合實(shí)現一定的功能。在一些工業(yè)和汽車(chē)應用中，為了實(shí)現多個(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 現已成為社會(huì )重要的基礎信息設施之一，是信息流通的重要渠道，如果嵌入式系統能夠連接到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。將嵌入式系統與 Internet 結合起來(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)議對于計算機存儲器、運算速度等的要求比較高，而嵌入式系統中除部分 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) 及其在中國的技術(shù)開(kāi)發(fā)中心 BOL/TASKING 公司的解決方案為基礎，描述如何實(shí)現嵌入式設備的 Internet 網(wǎng)絡(luò )化。

    一、嵌入式 Internet的應用
 
    嵌入式Internet技術(shù)具有廣闊的應用前景，其應用領(lǐng)域可以包括：

    1.智能公路 

    交通管理、車(chē)輛導航、流量控制、信息監測與汽車(chē)服務(wù)；

    2.植物工廠(chǎng) 

    特種植物工場(chǎng)，如實(shí)現野生名貴藥材的遠程監控培養和種植，無(wú)土栽培技術(shù)應用，智能種子工程等； 

    3.虛擬現實(shí)(VR)機器人 

    交通警察、門(mén)衛、家用機器人等；

    4.信息家電 

    冰箱、空調等的網(wǎng)絡(luò )化；

    5.工業(yè)制冷 

    冷庫、中央空調、超級市場(chǎng)冰柜；

    6.VR庫房 
    
    糧庫、油庫、食品庫等；

    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 

    水、電、煤氣表的自動(dòng)抄表，安全防火、防盜系統；

    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、電網(wǎng)安全、電網(wǎng)設備監測、石油化工系統；

    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，公共電話(huà)卡發(fā)行系統，自動(dòng)售貨機；

    11.環(huán)境工程與自然 

    水文資料實(shí)時(shí)監測，防洪體系及水土質(zhì)量監測、堤壩安全，地震監測網(wǎng)，實(shí)時(shí)氣象信息網(wǎng)，水源和空氣污染監測。

    二、嵌入式Internet的原理

    如前面所述，在8位和16位MCU上實(shí)現Internet通信協(xié)議是比較困難的，如果將現有嵌入式系統中的MCU都更換成32位或64位的高性能處理器，從經(jīng)濟性和現實(shí)性上來(lái)說(shuō)都不太可能。EMIT從另一個(gè)角度出發(fā)，對 這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了很好的處理。

    EMIT采用桌面計算機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、射頻等輕量級總線(xiàn)與多個(gè)嵌入式設備聯(lián)系起來(lái)，每個(gè)嵌入式設備的應用程序中包含一個(gè)獨立的 通信任務(wù)，稱(chēng)為emMicro，監測嵌入式設備中預先定義的各個(gè)變量，并將結果反饋到emGateway中；同時(shí) emMicro還可以解釋emGateway的命令，修改設備中的變量，或進(jìn)行某種控制。

    增加到嵌入式系統中的 emMicro代碼長(cháng)度一般在1-8 K Bytes左右，不會(huì )影響MCU的正常運作。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 備，從而提高嵌入式網(wǎng)絡(luò )的結構化、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。

    除桌面計算機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)運行，僅用軟件實(shí)現。

    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)在中國通過(guò)BOL/Tasking軟件公司發(fā)行。EMIT開(kāi)發(fā)平臺包括：

    1.emMicro 

    是目前唯一的適合于小型電子設備的微型網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器。emMicro駐留在嵌入式設備中，是Gateway和嵌入式設備系統軟件之間的通信服務(wù)模塊。emMicro占用的字節可以小到1K Bytes，和emGateway一起，為8位和16位嵌入式設備提供網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器功能。

    2.emGateway 

    是EMIT分布式網(wǎng)絡(luò )平臺的關(guān)鍵。它是輕量級設備網(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、數據庫、應用程序等。emGateway可以駐留在PC、單板機、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)可以在通用高級語(yǔ)言(C, C++, Java, Visual Basic, 等)下調用的庫函數，實(shí)現從一個(gè)通用程
序(如網(wǎng)絡(luò )瀏覽器)或用戶(hù)程序中訪(fǎng)問(wèn)和監測設備。EMIT Access Library能夠將嵌入式設備中的數據輸出到一個(gè)大的數據庫或客戶(hù)應用程序中。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.)的數據鏈路功能。emLink Toolkit允許開(kāi)發(fā)者修改通信鏈路以適應特殊的網(wǎng)絡(luò )物理層連接。

    5.emObjects 

    是預先建立的 Java 對象，能夠實(shí)現從標準網(wǎng)絡(luò )瀏覽器中訪(fǎng)問(wèn)和控制嵌入式設備。
 
    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)，并不需要大量改變原有代碼，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 )影響嵌入式設備的網(wǎng)絡(luò )化開(kāi)發(fā)，這樣不但是新設備，而且現有的很多嵌入式設備也可以通過(guò)簡(jiǎn)單的改造實(shí)現網(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 在內的數十個(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言，嵌 入式設備與 Internet 的結合代表著(zhù)嵌入式系統和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的真正未來(lái)。