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串口轉以太網--單片機聯網的革新
串行通信協議是用于工業設備之間數據通信的應用最廣泛的通信協議。絕大多數工業設備都有串行接口。并且,目前是互聯網的時代,因為許多用戶的功能或服務都是通過互聯網實現的。比如,諸如電視,DVD和影音系統等消費品需要連接到互聯網的功能才能提供許多互聯網的服務。此外,絕大多數工業設備也需要將互聯網功能作為一個基礎實現。互聯網具有基于TCP(UDP)/IP的以太網協議服務于互聯網設備之間的數據通信。通過互聯網的主要功能有:
(1)遠程設備控制
(2)遠程監控及維護
(3)數據集合
(4)遠程固件升級
這樣,如果工業或消費者的設備只具有串行接口,為了提供互聯網功能,串口轉以太網網關就變得尤為重要。并且,我們可以猜測,串口轉以太網網關的市場應該會比較大,因為仍然有大量的消費產品和工業設備需要這類網關。
在電子消費品中,數字電視和STB需要串口轉以太網網關。并且在工業設備中,工業測量系統,遠程控制系統,工廠自動化系統,和生產線自動化系統都是適合于串口轉以太網網關的好的應用。被稱為綠色技術的主要組成部分的智能測光系統是目前一個新的潛在串口轉以太網網關的應用。所以,我們可以認為串口轉以太網網關在世界上仍然具有很大的市場。
如果你對于串口轉以太網網關及其市場有興趣,你就應當考慮如何完成你自己的串口轉以太網網關了。
在工業領域,例如RS232, RS422 和RS485的串行通信是最知名的數據通信的方式。串行協議并不復雜,所以任何人都可以簡單地完成所需要的功能。并且, 目前已經有許多擅長串行協議的工程師。也就是說,這些工程師擁有豐富的經驗來完成任何關于串行通信的功能。
然而,一般的以太網功能都是作為操作系統核的一部分或者諸如RTOS(Real time OS)的嵌入式操作系統來提供的。當然,內核是通過基于TCP/IP軟件協議棧的軟件程序實施的,并且安裝在操作系統內部。所以,用戶很難對已有的功能進行修改或給內核增加新功能。再有,我們也很難找到一個能夠修改操作系統內核的工程師,因為這樣的工程師應當經過很長時間的鍛煉并且具有足夠的TCP(UDP)/IP 協議的技術知識。
通常,串行通信甚至能夠在像8051, PIC 和AVR series低等終端MCU中完成。串行協議并不復雜并且具有簡單地操作流程。但是,在以太網實施的情況下,MCU和存儲空間的選擇應該深入考慮,因為操作系統或實時操作系統應該安裝。我們都知道,操作系統或實時操作系統都需要強大的MCU性能和大的存儲空間。
更困難的是,如果用戶嘗試在操作系統或實時操作系統下完成自己的功能,工程師的技巧和經驗是非常重要的。
我們怎么樣才能簡單地完成串口轉以太網網關呢?我們不需要擔心串口部分。問題是怎么來完成以太網的部分。如果我們以傳統的方式,用操作系統或實時操作系統來具有以太網的功能,我們需要考慮許多問題從而使其變得復雜。
然而,如果我們用芯片的解決法案從內部解決以太網的協議,我們就能夠以最簡單的方式和最短的時間來完成以太網網關的解決方案。我們可以猜測到一下情景:
(1)無操作系統或實時操作系統
(2)無需高MCU:諸如8051, AVR和 PIC的低端MCU足矣
(3)無需大的存儲空間
(4)無需TCP/IP的技術知識和長期經驗
(5)無需復雜而大段的程序
(6)芯片中的硬件邏輯能夠保證高性能和功能上的可靠性
所以,我們可以做出非常簡單而且集成的串口轉以太網網關的硬件平臺。
第一,我們可以利用如8051, AVR 和PIC等具有小存儲空間的低端MCU,因為我們并不需要利用操作系統或實時操作系統。大多數工程師已經很熟悉這樣的低端MCU,并且處理起來非常簡單。
第二,任何人都能夠利用芯片完成以太網功能,因為這個芯片已經具有所有的以太網協議。我們并不需要去學習TCP/IP協議,也不需要具有長期的經驗。只需要安裝這個芯片。這個芯片與一般的以太網控制器完全不同。一般的以太網控制器只有Mac層和物理層,他們仍然需要操作系統。但是,這個芯片擁有Mac層和物理層,并且具有所有以太網的協議,包括TCP(UDP)/IP。
第三,芯片的驅動非常簡單,只在20Kbytes之內。這個驅動也可以加入任何操作系統,應為它是有簡單的C語言完成的。
我們現在是否已經有這樣的芯片呢?是的,幸運的是,WIZnet(www.wiznettechnology.cn) 已經提供了這樣的芯片和以太網解決方案。
在我們的網站上,串口轉以太網網關的產品名字是W5200, W7100 和 W7200。
W5200芯片示意圖
W7100芯片示意圖
W7200芯片示意圖