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嵌入式Internet技术的出现时间并不很长，但是发展速度却非常之快，新思想不断涌现，新概念连续推出，新技术层出不穷，新产品不断产生，从底层硬件技术所提供的解决方案到顶层软件所开拓的想像空间，都在不断地推陈出新。随着PC机时代的到来，21世纪将是嵌入式Internet的时代。美国贝尔实验室总裁Arun Netravali的一批科学家对此做出了预测：嵌入式Internet“将会产生比PC机时代多成百上千倍的瘦服务器和超级嵌入式瘦服务器。这些瘦服务器将与我们所能想到的各种物理信息、生物信息相联接，通过Internet网自动地、实时地、方便地、简单地提供给需要这些信息的对象”［1］。
网络专家预测，将来在Internet上传输的信息中，将有70％的信息来自小型嵌入式系统［2］。嵌入式Internet将有很好的发展前景和广阔的市场，未来的Internet技术将是嵌入式Internet占主导地位，因此嵌入式系统与Internet的接入方式已成为人们研究的热点。 
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1 嵌入式Internet的基础
嵌入式Internet是嵌入式系统与Internet的结合。嵌入式系统中包含嵌入式处理机、嵌入式操作系统和应用电路部分，与Internet的接入则必须有对应的接入协议，如通用的TCP／IP协议。因此，实现嵌入式Internet的基础是嵌入式处理机、嵌入式操作系统和接入Internet的通信协议。 （1）嵌入式处理机 单片机就是典型的嵌入式处理机，如常见的In－tel的8051系列、Atmel的AVR、MicroChip的PIC、Motorola的Dragonball、Cygnal的C8051F等，以及一些高端的单片机如ARM、SH3、MIPS等，嵌入式处理机的种类有几百种。处理机是嵌入式系统的核心，其性能直接影响整个系统的性能高低，影响接入Internet的方式和成本。 （2）嵌入式操作系统 嵌入式系统要完成复杂的功能，已经不可能像普通单片机一样，直接从底层开始编写所有程序，必须采用底层的操作系统，在此基础上来完成复杂的应用软件设计。但由于嵌入式系统自身资源的限制，嵌入式操作不可能像PC机的操作系统一样庞大，Windows98／2000有几百兆字节，而嵌入操作系统一般只有100－200半字节。同时嵌入操作系统还必须是实时多任务操作系统，而Windows98／2000不是实时操作系统。另一方面，嵌入式处理机的种类繁多，嵌入操作系统还必须支持多种不同处理器体系结构的众多处理机。 目前国际上嵌入式系统的主流是实时多任务操作系统（RTOS：Real－Time Operating System）。RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台，是一段嵌入在目标代码中的软件，用户的其它应用程序都建立在RTOS之上。不但如此，RTOS还是一个标准的内核，将CPU时间、中断、I／O、定时器等资源都包装起来，留给用户一个标准的API，并根据各个任务的优先级，合理地在不同任务之间分配CPU时开发基础。这样一来，基于RTOS上的C语言程序具有极大的可移植性。同时，在RTOS基础上可以编写出各种硬件驱动程序、专家库函数、行业库函数、产品库函数和通用性的应用程序一起，可以作为产品销售，促进行业内的知识产权交流。 虽然商品化的嵌入式操作系统在20世纪70年代后期才出现，但到20世纪末，成熟的商品化操作系统已经十分丰富了，如Palm OS，VxWorks，pSOS，Nuclear，VelOSity，QNX，VRTX，WindowsCE（现改名为Windows Powered）以及目前炒得很热的嵌入式Linux等。 （3）接入Internet的通信协议 嵌入式系统接入Internet同PC机接入Internet一样，必须通过相应的通信协议。目前的Internet采用TCP／IP协议，因此嵌入式系统接入Internet最终必须通过TCP／IP接入，嵌入式系统对信息进行TCP／IP协议处理，使其变成可以在Internet上传输的IP数据包。若采用网关方式，在网关前端可以采用适合嵌入处理机和起控制作用的新协议，通过网关转换后变成标准IP包接入Internet。 由于嵌入式系统自身资源的限制，处理能力不如台式机强，以及从PC机上来的TCP／IP的复杂性，使得处理通信协议成为嵌入式系统接入Internet的关键，也是嵌入式系统接入Internet的难点之一。因此下面着重分析当前的几种接入方式以及对协议的不同处理方法。 |
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1 嵌入式Internet的基础
嵌入式Internet是嵌入式系统与Internet的结合。嵌入式系统中包含嵌入式处理机、嵌入式操作系统和应用电路部分，与Internet的接入则必须有对应的接入协议，如通用的TCP／IP协议。因此，实现嵌入式Internet的基础是嵌入式处理机、嵌入式操作系统和接入Internet的通信协议。 （1）嵌入式处理机 单片机就是典型的嵌入式处理机，如常见的In－tel的8051系列、Atmel的AVR、MicroChip的PIC、Motorola的Dragonball、Cygnal的C8051F等，以及一些高端的单片机如ARM、SH3、MIPS等，嵌入式处理机的种类有几百种。处理机是嵌入式系统的核心，其性能直接影响整个系统的性能高低，影响接入Internet的方式和成本。 （2）嵌入式操作系统 嵌入式系统要完成复杂的功能，已经不可能像普通单片机一样，直接从底层开始编写所有程序，必须采用底层的操作系统，在此基础上来完成复杂的应用软件设计。但由于嵌入式系统自身资源的限制，嵌入式操作不可能像PC机的操作系统一样庞大，Windows98／2000有几百兆字节，而嵌入操作系统一般只有100－200半字节。同时嵌入操作系统还必须是实时多任务操作系统，而Windows98／2000不是实时操作系统。另一方面，嵌入式处理机的种类繁多，嵌入操作系统还必须支持多种不同处理器体系结构的众多处理机。 目前国际上嵌入式系统的主流是实时多任务操作系统（RTOS：Real－Time Operating System）。RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台，是一段嵌入在目标代码中的软件，用户的其它应用程序都建立在RTOS之上。不但如此，RTOS还是一个标准的内核，将CPU时间、中断、I／O、定时器等资源都包装起来，留给用户一个标准的API，并根据各个任务的优先级，合理地在不同任务之间分配CPU时开发基础。这样一来，基于RTOS上的C语言程序具有极大的可移植性。同时，在RTOS基础上可以编写出各种硬件驱动程序、专家库函数、行业库函数、产品库函数和通用性的应用程序一起，可以作为产品销售，促进行业内的知识产权交流。 虽然商品化的嵌入式操作系统在20世纪70年代后期才出现，但到20世纪末，成熟的商品化操作系统已经十分丰富了，如Palm OS，VxWorks，pSOS，Nuclear，VelOSity，QNX，VRTX，WindowsCE（现改名为Windows Powered）以及目前炒得很热的嵌入式Linux等。 （3）接入Internet的通信协议 嵌入式系统接入Internet同PC机接入Internet一样，必须通过相应的通信协议。目前的Internet采用TCP／IP协议，因此嵌入式系统接入Internet最终必须通过TCP／IP接入，嵌入式系统对信息进行TCP／IP协议处理，使其变成可以在Internet上传输的IP数据包。若采用网关方式，在网关前端可以采用适合嵌入处理机和起控制作用的新协议，通过网关转换后变成标准IP包接入Internet。 由于嵌入式系统自身资源的限制，处理能力不如台式机强，以及从PC机上来的TCP／IP的复杂性，使得处理通信协议成为嵌入式系统接入Internet的关键，也是嵌入式系统接入Internet的难点之一。因此下面着重分析当前的几种接入方式以及对协议的不同处理方法。 |
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2 嵌入Internet的几种接入方式
2．1 处理机加TCP／IP协议方式 采用处理机加TCP／IP协议方式，MCU处理机像PC机一样直接处理TCP／IP协议，一般需要高档的处理机，如32位的ARM，SH3，MIPS等MCU和一些单周期指令速度较高的8位MCU，如AVR、SX等，其结构见图1。 对TCP/IP协议的具体处理又有2种方法。一种方法是采用实时操作系统RTOS，用软件方式直接处理TCP／IP协议。实时操作系统的功能越来越强大，许多都具有对图像界面和TCP／IP的支持能力。采用这种方式最灵活，能按用户需求实现很多复杂的功能，当然灵活的同时带来的是开发复杂度的增加，对开发人员的要求高，对操作系统和TCP／IP协议都要有一定的熟悉程度，因此开发周期也较长，高档MCU和RTOS的价格也很高。 另一种是采用固化了TCP／IP协议的硬件芯片，如Seiko Instruments公司的S7600A等，它支持HTTP、SMTP、POP3、MIME等多种协议，通过外部硬件电路处理TCP／IP协议。也可用UBICOM公司（原Scenix公司）的SX单片机加虚拟外设的方式。SX单片机采用CPU并行流水线和单时钟周期指令，其极限运行速度系数等于1，达到最大值，支持的晶振最大到100 MHz，因此执行速度可达100MIPS。SX单片机的最大特点是支持虚拟外设，将许多功能模块（如DTMF接收与发送、TCP／IP协议等）设计成软件功能模块，需要使用某功能时直接调用相应模块，其效果等同于安装对应硬件外设电路，但虚拟外设方式更灵活更方便，且硬件电路简单。该方式与前一种相比更方便，开发难度有所降低，但还是需要熟悉TCP／IP协议和相关接口。 这两种方式类似于在MCU上实现PC机加网卡的功能，MCU直接处理TCP／IP协议，复杂度较高，且每个MCU也需要一个IP地址，而IP地址需要付费使用。它需要高档的MCU处理机和较高的开发成本，因此一般只会在一些高档产品（如汽车）中使用。它有一个好处是不需要PC机做网关。 |
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