MCU網(wǎng)絡(luò)接口方案的自由選擇

摘要：?jiǎn)纹瑱C(jī)（微控制器，MCU）的連通性正成為帶一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口MCU的附加標(biāo)準(zhǔn)。本文介紹國(guó)外帶一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口MCU的發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成、芯片選擇、嵌入式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用情況。

微控制器不再工作于隔離狀態(tài)，從工廠樓層到汽車(chē)內(nèi)部，到處都有分布計(jì)算駐留。帶雙以太網(wǎng)或CAN（控制局域網(wǎng)）總線接口的MCU是很有用的，而這還只是冰山一角。

當(dāng)今，有各種形式和大小的網(wǎng)絡(luò)。許多嵌入式系統(tǒng)已有多種網(wǎng)絡(luò)。隨著TCA（電信計(jì)算架構(gòu)）的新進(jìn)展，其開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（switch-fabric network）引人注意。它可以是以太網(wǎng)，使用了一對(duì)I2C(內(nèi)部集成電路)總線來(lái)支持IPM（綜合功率管理）控制器（IPMC），這是架構(gòu)管理支持的一部分。

今天，雖然獲得通信軟件相當(dāng)復(fù)雜，但是選擇一種與網(wǎng)絡(luò)匹配的MCU是相當(dāng)容易的。在多節(jié)點(diǎn)或多網(wǎng)絡(luò)中采用分區(qū)（或分塊）應(yīng)用，可以解決耐用性方面的問(wèn)題。與分布處理器相比，聯(lián)網(wǎng)還能減少電纜需求，并允許系統(tǒng)由廉價(jià)的MCU陣列組成，從而代替一對(duì)高性能的處理器。

MCU網(wǎng)絡(luò)覆蓋了廣泛的嵌入式環(huán)境。以太網(wǎng)是最流行的網(wǎng)絡(luò)，特別是對(duì)因特網(wǎng)與局域網(wǎng)的連通。RS-232接口很流行，但它的速度慢，主要用來(lái)控制的裝置；而應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，則對(duì)接口的要求更高。對(duì)許多嵌入式設(shè)計(jì)問(wèn)題。研發(fā)者可選一個(gè)或多個(gè)合適的網(wǎng)絡(luò)接口來(lái)解決。

1 網(wǎng)絡(luò)與外設(shè)

很多流行的網(wǎng)絡(luò)接口都是裝在MCU上的（見(jiàn)表1和表2所列）。串行接口很流行，它主要用于串行接口設(shè)備，但并不支持網(wǎng)絡(luò)。有些接口執(zhí)行SLIP（串行鏈路接口協(xié)議）或PPP（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議），通過(guò)調(diào)制解調(diào)器（MODEM）與因特網(wǎng)連接。

表1 連接總線用在MCU網(wǎng)絡(luò)的情況

總線名稱所占百分比/（%）RS-23257.5以太網(wǎng)39.3USB（通用串行總線）20.0CAN（控制域網(wǎng)絡(luò)）17.8802.11（無(wú)線）7.9藍(lán)牙（短距離無(wú)線）8.6火線/1394（高速串行總線）5.7專門(mén)的15.8其它20.4無(wú)名4.7

表2 網(wǎng)絡(luò)接口

接 口性能說(shuō)明傳輸速度/距離架 構(gòu)協(xié) 議連線數(shù)以太10/100/1000BaseT局域網(wǎng)（LAN）10、100、1000Mb/s
100以上多主機(jī)，CSMA/CDIPv4,IPv6,
TPP/IP4(Cat5)
光1394b火線LAN/外設(shè)網(wǎng)絡(luò)8002400Mb/s
100mUTP（未屏蔽雙絞線）多主機(jī)1394
TCP/IP6
光USB通用串行總線外設(shè)網(wǎng)絡(luò)12Mb/s sv1.1
480Mb/s sv2,0
25m主/從 星形
127個(gè)設(shè)備USB4SPI串行外設(shè)接口設(shè)備網(wǎng)絡(luò)1Mb/s
5m主/從-3加線地和片選I2C內(nèi)部集成電路設(shè)備網(wǎng)絡(luò)1000kb/s 標(biāo)準(zhǔn)
400kb/s 快速
3.4Mb/s 高速
10m主/從
多個(gè)主機(jī)-2加地線CAN控制域網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)1Mb/s 40m
10kb/s 5000m主/從
多個(gè)主機(jī)CANopen1加地線
差分
光LIN局部互連網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)20kb/s
80m主/從
16個(gè)設(shè)備LIN
觸發(fā)時(shí)間1加地線1WireMaxim(專用)16kb/s
140kb/s
600m主/從1Wire1加地線

以太網(wǎng)是現(xiàn)在最通用的，其高速硬件很容易插入片上系統(tǒng)（SoC）。為把多種設(shè)備與因特網(wǎng)連接起來(lái)，增加以太網(wǎng)已變得很重要。

后來(lái)，USB（通用串行總線）在MCU中更多地出現(xiàn)。最初，是把MCU當(dāng)成一個(gè)USB外設(shè)來(lái)處理。支持USB的主機(jī)總是有用的，MCU被用作像鍵盤(pán)一樣帶有PC風(fēng)格的設(shè)備，而且與存儲(chǔ)設(shè)備和其它USB外設(shè)一起工作得非常好。USB在那些靠近主機(jī)的外部嵌入式網(wǎng)絡(luò)中變得更加重要。

正在慢慢嵌入MCU的接口有1394（高速總線接口）。這種情況可能隨著1394b的出現(xiàn)而變化，它強(qiáng)調(diào)是作為多媒體網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施。

CAN總線是一種網(wǎng)絡(luò)接口，其流行的程序與以太網(wǎng)相同，尤其是當(dāng)它進(jìn)入汽車(chē)和過(guò)程控制環(huán)境后，就更是這樣了。

2 設(shè)備網(wǎng)絡(luò)

MCU更通用的是與CAN、LIN（局部互連網(wǎng)絡(luò)）、SPI（串行外設(shè)接口）、I2C和單線（1Wire）總線相連接。雖然這些接口的運(yùn)行速度比以太網(wǎng)慢，但它們更容易實(shí)現(xiàn)。有些設(shè)備的主裝置，像單線協(xié)議，能完全用軟件實(shí)現(xiàn)，而以太網(wǎng)則很少有能這樣做的設(shè)備。

CAN已在汽車(chē)和過(guò)程控制工業(yè)中找到了自己的位置。它受到廣泛支持，并適合嵌入式應(yīng)用范圍，常用于LIN的分級(jí)網(wǎng)絡(luò)。

速度為20kb/s的LIN適合低性能網(wǎng)絡(luò)。雖然瞄準(zhǔn)的是汽車(chē)工業(yè)，但LIN可作為傳感器，方便地進(jìn)入其它嵌入式應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)。CAN和LIN都有單線設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。作為大多數(shù)單線設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)備采取共地是有效的。

國(guó)家半導(dǎo)體和摩托羅拉公司開(kāi)發(fā)了SPI，它使用主/從架構(gòu)方式，與從機(jī)的數(shù)據(jù)收集、整理系統(tǒng)鏈接在一起（daisy-chain together），如力所示。要實(shí)現(xiàn)串行外設(shè)接口是相當(dāng)簡(jiǎn)單的，為保持靠近主機(jī)的SPI從機(jī)，使用單獨(dú)的芯片選擇。

I2C使用雙線時(shí)鐘總線，支持主/從和多架構(gòu)。從先進(jìn)的TCA到電池的監(jiān)視。I2C已在廣泛

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