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由W3100A構(gòu)成嵌入式網(wǎng)關(guān)的家庭智能系統(tǒng)

時(shí)間:2023-05-01 08:47:20 計(jì)算機(jī)論文 我要投稿
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由W3100A構(gòu)成嵌入式網(wǎng)關(guān)的家庭智能系統(tǒng)

摘要:主要從嵌入式系統(tǒng)自身的特點(diǎn)出發(fā),介紹一種新型的基于嵌入式網(wǎng)關(guān)的家庭智能系統(tǒng)。系統(tǒng)以以太網(wǎng)為通信媒介,利用嵌入式網(wǎng)關(guān)進(jìn)行家庭內(nèi)外信息交換,通過瀏覽器對家庭的各種信息進(jìn)行實(shí)時(shí)、有效的管理和調(diào)度,為現(xiàn)代家庭生活提供智能服務(wù)。

    關(guān)鍵詞:W3100A 嵌入式網(wǎng)關(guān) DNS DHCP

由W3100A構(gòu)成嵌入式網(wǎng)關(guān)的家庭智能系統(tǒng)

引言

當(dāng)今社會逐漸入網(wǎng)絡(luò)時(shí)代,因特網(wǎng)已成為重要的基礎(chǔ)信息設(shè)施。目前,大部分網(wǎng)絡(luò)終端仍以PC的形式出現(xiàn),但是從計(jì)算機(jī)應(yīng)用普及的情況看,嵌入式系統(tǒng)更為普及,過去大量的浩如煙海的8位/16位單片機(jī)的嵌入式設(shè)備,已經(jīng)到了享受網(wǎng)絡(luò)方便的時(shí)候了。近來的統(tǒng)計(jì)證明:PC機(jī)CPU的產(chǎn)量僅是MCU產(chǎn)量的1/100,并且由于MCU的成本低廉,應(yīng)用非常普及。在工業(yè)測控、智能儀器、智能家庭領(lǐng)域,MCU應(yīng)用系統(tǒng)已無處不在。在這些場合中,以MCU為核心的設(shè)備同樣也需要解決接入因特網(wǎng)的問題。本文在分析嵌入式系統(tǒng)與常規(guī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)研發(fā)不同點(diǎn)的基礎(chǔ)上,介紹一種新型家庭智能系統(tǒng)。

1 家庭智能系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

家庭智能系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的總體框圖如圖1所示。從大的方面看,家庭智能系統(tǒng)可由三部分組成:家庭自動化外部接口模塊、家庭自動化圖像模塊、家庭智能化內(nèi)部無線收發(fā)與控制模塊。未來的家庭中,多件家用電器與各種報(bào)警器將組成一個(gè)家庭的內(nèi)部網(wǎng),并通過內(nèi)部網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)接入因特網(wǎng)。一方面,內(nèi)部網(wǎng)中的家電可以通過網(wǎng)關(guān)訪問因特網(wǎng)上資源。如網(wǎng)絡(luò)電視機(jī)每天早晨自動訪問用戶喜歡的某個(gè)電視臺的網(wǎng)站,自動下載晚上的節(jié)目表。另一方面,用戶可以在因特網(wǎng)任務(wù)一點(diǎn)通過瀏覽器對家里的家用電器與報(bào)警器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。如用戶出門在外,可以在外地上網(wǎng),通過瀏覽器,啟動家里的攝像機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)察家里的安全。家庭自動化內(nèi)部無線網(wǎng)模塊要由消息處理模塊和基于工頻的無線收模塊(NRF401)構(gòu)成。它將成為Internet網(wǎng)的發(fā)展沃土,順應(yīng)“網(wǎng)絡(luò)服務(wù)”向“網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用”擴(kuò)展的大潮。本文主要介紹嵌入式網(wǎng)關(guān),以及如何在遠(yuǎn)程訪問具有靜態(tài)或動態(tài)IP地址嵌入式網(wǎng)關(guān)的技術(shù)。

2 嵌入式網(wǎng)關(guān)

目前,國內(nèi)外嵌入式網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)有二種方案:第一種方案,是基于軟件來實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧;第二種是直接利用TCP/IP協(xié)議棧芯片。本文介紹的嵌入式網(wǎng)關(guān)采用第二種方案,它由W3100A、RTL8201、MCU組成,如圖2所示。

圖2中,DLC為數(shù)據(jù)鏈路控制,MAC為媒體訪問控制,IP為網(wǎng)際協(xié)議,ICMP為因特網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議,TCP為傳輸控制協(xié)議,UDP為用戶數(shù)據(jù)攝協(xié)議,DPRAM為雙端口存儲器。

第一種方案在大批量生產(chǎn)時(shí),具有成本低的優(yōu)點(diǎn),因?yàn)橛密浖O(shè)計(jì)的TCP/IP協(xié)議棧,是一次投交多次使用;但開始投次比較大且設(shè)計(jì)復(fù)雜,因?yàn)樾枰獙?shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持,而第二種方案,盡管在大指生產(chǎn)時(shí)成本高,因?yàn)槊總(gè)智能設(shè)備都要嵌入TCP/IP協(xié)議棧芯片;但是在非大批量生產(chǎn)時(shí)具有投次比較大,設(shè)計(jì)簡單、靈活的特點(diǎn),因?yàn)椴恍枰獙?shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持。本文采用的TCP/IP協(xié)議棧芯片是W3100A.它有如下特點(diǎn):首先,它自帶TCP/IP協(xié)議棧(如TCP、UDP、Ipver.4、ICMP、ARP、DLC、MAC協(xié)議);其次,它能同時(shí)支持四個(gè)獨(dú)立的連接通道,具有高速傳輸速率(如網(wǎng)關(guān)的MCU用Atmel 8951,那么網(wǎng)關(guān)的傳輸速率是200b/s;

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