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无线互联 嵌入式体系规划的新应战

嵌入式系统已经广泛渗入到我们日常生活和工业控制领域,商业应用领域的的方方面面。在日常生活中,数码相机、手机、mp3、pda、电视机,甚至电饭锅、手表,玩具等里都有嵌入式系统的身影;在工业自动化领域,各

  一、嵌入式体系运用商场宽广

嵌入式体系现已广泛进入到咱们日常日子和工业操控范畴,商业运用范畴的的方方面面。在日常日子中,数码相机、手机、mp3、pda、电视机,乃至电饭锅、手表,玩具等里都有嵌入式体系的身影;在工业自动化范畴,各种工业自动化仪器仪表、航空航天,通讯、交通等范畴也有越来越多的嵌入式体系。 一些新式的范畴,如轿车电子、医疗设备范畴中也不断涌现新的嵌入式运用,如轿车导航、核磁共振仪、患者监护体系,车载文娱渠道、,健康照料体系,无线传感器体系等。

据估计,每年全球嵌入式体系带来的相关工业产值已超越数万亿美元。并且,嵌入式体系运用的商场正在以每年30%以上的的速度递加(依据idc猜测),尽管现在面对金融风暴的冲击,可是,新一轮轿车、信息电器、通讯、医疗、军事等职业的巨大的智能化和信息化装备需求将推进嵌入式运用商场以更快开展;嵌入式工业设备则将集成进更多的通讯与联网等智能化功用,并将在轿车电子商场、机床电子商场、医疗电子商场、室内/外视频监控商场和电子标签(rfid)商场、仓储物流信息化商场,节能环保商场等方面得到更广泛的运用。

在嵌入式体系运用商场高速成长的中,嵌入式运用体系对无线互联技能有了越来越多的需求,各种无线通讯技能也在以越来越快的速度,融入嵌入式体系规划中。

举例而言,在消费电子产品中,数码相机,数码相框,mp3,pda,打印机,高清晰电视等等嵌入式产品,现已开端广泛选用各种无线通讯技能,完结无线互联;在工业操控中,许多的嵌入式操控设备,也开端完结无线互联,完结m2m通讯;在新一代轿车电子文娱体系的嵌入式运用中,也选用无线技能来完结各种音频视频数据流的无线高速传输。

尽管,许多新一代的无线通讯技能和无线通讯规范,为嵌入式设备完结无线互联,供给了便利的途径,可是,怎么挑选适宜的无线通讯技能,怎么在嵌入式体系规划中,高效率的把握和运用这些新的技能和规划方法,也就成了嵌入式体系规划人员所重视的一个热门。

二、怎么将无线通讯技能融入嵌入式体系规划?

图一是现在在嵌入式运用体系规划中,干流的的几种无线通讯技能:wi-fi ,蓝牙,zigbee, gprs、gsm, 3g 等,通讯速率,通讯间隔和功耗之间的联系。

  图一 无线通讯技能速率和功耗

从图一咱们能够看出,rfid技能(iso15693,iso14443, iso-18000 等规范),适宜极近间隔通讯,具有十分低的功耗;zigbee无线网络技能(ieee802.15.4)适宜数0.25mbit/s的通讯速度,也具有很低的功耗;蓝牙(bluetooth)技能(ieee802.15.1),现在2.1版别的规范,能够到达2mbit/s的通讯速率。归于低功耗通讯,wi-fi技能,从ieee802.11b (11mbit/s)到ieee802.11g(54mbit/s)到现在ieee802.11n,能够完结大于100m bit/s通讯速率;gsm和gprs数据通讯速率不高,可是网络广泛,通讯间隔远,跟着3g网络的开展,也有发十分宽广的运用空间。

  2.1依据体系运用特色,考虑好功耗要求

举例而言,关于消费电子产品,假如选用一般碱性电池供电或许扣子电池供电,需求十分低的功耗,挑选zigbee和其它非规范通讯技能,或许比较适宜,如遥控器等,假如需求进行语音运用,并且选用可充电电池,蓝牙技能也或许是很好挑选,数码相框等,wi-fi技能,或许是很好的挑选。

2.2依据体系作业环境和网络覆盖,挑选相关技能

现在gprs和gms现已有十分广泛的网络覆盖,关于许多m2m的运用,如无线抄表,长途遥控,选用gprs是不错的挑选,许多城市现在在广泛装置wi-fi和3g网络,选用低本钱的无线模块,能够加速嵌入式运用无线体系的开发。

2.3体系本钱和开发时刻的考虑

关于嵌入式体系而言,可靠性和体系本钱是十分重要的考虑,而怎么快 速完结体系软件硬件开发规划,也是十分重要的;无线和无线网络技能,涉及到高频规划(作业频率在400m-5ghz),并且具有比较复杂的网络通讯协议和一系列网络通讯算法,怎么能克服这些规划妨碍。快速切入中心规划,也是十分重要的问题。

现在在嵌入体系规划中,增加无线互联技能,比较常用的方法有两种,一是在运用比较高档的的操作体系,例如win ce或许嵌入式linux下,增加无线网络模块,这个方法的优点是在于这些操作体系现已包含了比较丰富的底层驱动,使无线体系规划比较简略;可是,运转这些体系,需求比较高档的微处理器和许多内存,完结微功耗和低本钱比较困难,也很难做成十分低本钱的体系。

别的一种方法是选用高性能低价格的无线模块,合作低本钱的廉价8-32位微操控器(单片机),这样的体系,只需求ucos-ii这样的小型化实时操作体系,也乃至能够不需求操作体系,这样的嵌入体系规划灵敏,开发简略,不需求许多存储器和体系资源,无需深化了解无线技能,能够快速,简单规划出微功耗,低本钱的嵌入式体系。

三、将无线技能融入嵌入式规划的“桥”和“船”

当咱们详细的要将运用无线互联技能运用到咱们的嵌入式运用体系规划时,咱们往往感到面对太多的详细技能困难,难于下手:

  首先是对各种无线技能和相关的无线规范,缺少了解,尽管有各种集成了无线技能无线模块,可是怎么运用?怎么测验?怎么运用软件编程来进行操控?

其次,关于体系规划而言,需求将这些无线操控,数据通讯,和自己的微操控器软件和硬件进行整合,在自己的嵌入式运用体系中参加必要的代码等,这些作业,怎么开端?怎么快速完结?

  还有便是,假如这些模块内置的的操控指令和无线通讯协议栈,不适宜自己的嵌入体系的要求,需求对模块内部的无线通讯协议(也称基带软件)进行修改时,嵌入式规划工程师们怎么能够自己进行?

关于上述这些问题,其实处理的方法便是需求相应的硬件开发渠道和软件开发渠道(sdk), 也需求相应的看得见,摸得着的参阅规划,软件源代码和编译,在线调试东西;

  因为无线通讯中心软件,包含软件协议栈等,长期以来被视为无线通讯的中心技能,相关规划原理和软件源代码等很难取得,并且因为技能较新,长期以来,也很少有厂商乐意开发专门为嵌入式规划配套的无线开发东西和产品。

可是,有需求就必定会有产品,最近,咱们看到了一些这方面的新产品上市,下面,咱们经过一些现已上市的典型的产品,来看看这类开发渠道的首要技能特色:

   图二 典型的无线互联嵌入式开发渠道

尽管该渠道是为无线传感器网络规划,可是咱们以为现已具有了无线互联嵌入式产品开发渠道的许多特徵,比较适宜于在嵌入式产品开发规划中作为开发渠道来运用。

从图二咱们看到,armrf-wsn-e1.0渠道台自身便是一个典型的具有无线互联功用的嵌入式运用体系,现在四个规范装备的无线模块,包含zigbee (cc2430/cc2431/cc2480可挑选)802.15.4 兼容模块/ 微功耗wi-fi(gs1010 )802.11/b/g兼容模块/ 蓝牙 (蓝牙soc) 802.15.1 兼容模块/gsm/gprs (高集成低功耗) 模块(因为模块运用20脚插座,所以十分简单替换其它无线模块)。

该渠道选用st公司新的str912 arm9内核的低价格单片微操控器和五颜六色触摸屏,并装备了温度,压力,加速度等多种传感器和步进,直流电机都多种操控单元、以太网,高速串口等多种接口。

  选用这套渠道,嵌入式规划工程师能够便利快速的了解评价各种无线通讯规范和技能,并将这个渠道作为一个规范硬件参阅规划运用。

一起,能够参阅悉数软件代码规划,该渠道悉数软件c言语源代码均敞开供用户运用;

别的,该渠道运用现在国内嵌入式规划盛行的keil mdk 软件开发环境和调试环境,参阅代码运用ucos-ii 和uc gui编程,装备在线仿真器,便利嵌入式工程师进行无线互联软件代码开发和将这些代码集成移植到自己的嵌入式运用体系中。

一起,深圳无线龙科技公司还为该渠道装备了zigbee、wi-fi模块软件开发扩展体系,供给悉数中心源代码,便利用户进行无线模块内部中心无线协议栈软件进一步开发规划;

综上所述, armrf-wsn-e1.0渠道,现已显着具有了嵌入式体系进行无线互联产品开发需求的根本规划渠道的特徵;信任相似的开发渠道会不断涌现,让嵌入式规划运用无线互联技能愈加便利简单。

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