电路板人才网

8位元嵌入式连网MCU技术及应用

发布于:08-31



王暑卫

目前已有许多嵌入式系统将网路功能视为主要内建系统的发展趋势,根据Forrester?Research的研究显示,到2010年,将有95%的连网设备将不再是电脑,而是带有网路功能的嵌入式系统,亦即具备M2M功能的嵌入式网路解决方案将成为未来的走向。本文将针对此趋势,探讨未来网路微控制器的效能发展及新兴应用领域的功能演进。



M2M及Ubiquitous?Networks成趋势



回顾网际网路的发展历史,最初美国国防部为国防需要而将各种不同网路连接起来,从70年代初期开始ARPANET网际网路计划;到80年代中期,学术界加入研究,主要应用为透过区域网路(LAN)将多台电脑连结起来,达成档案及资料分享的目的;至90年代中期,企业界亦加入经营,全球资讯网(World?Wide?Web;WWW)纷纷出炉,进而刮起一阵网际网路旋风,网路使用者的人数急遽增加,主要的应用为电子商务及电子邮件。



未来网际网路的发展,将有别于80年代电脑连结及90年代网路使用者连结,而是将许多装置或机器设备连结起来,朝向机器对机器(Machine?to?Machine,M2M)的发展或无所不在的网路社会(Ubiquitous?Networks?Society)迈进。



具连网功能MCU重要性日增



嵌入式系统设计的微控制器(MCU)着重控制功能,并以整合度为第一优先考量,晶片设计业者会根据应用需求将运算、存储器及输出入介面做不同程度的整合。



一般而言,微控制器会整合多元的通讯串列、并列週边及一般输出入介面(GPIO)等功能。串列介面包括UART、SPI、I2C、四线串列介面(Microwire)及1-wire等。



并列介面是以外部记忆体介面(External?Memory?Interface,EMI)、区域匯流排介面(Local?Bus?Interface,LBI)或PCI?Bus与其他晶片连接,微控制器可当成受控(Slave)的周边晶片来运用,其他欲操控微控制器的主控(Master)晶片只需使用最传统的8/16位元并列介面,便可让主控晶片、受控晶片进行传输、操控。时序功能则包括看门狗计时器、计时器/计数器、可编程计数器/计时器阵列(PCA)与即时钟(RTC)。



至于其他介面则会根据应用需求来决定整合的程度,举例而言,语音音频应用会内建I2S、AC’97、SP/DIF、语音编解码器等,消费性电子会内建USB、USB?OTG、LCD控制/驱动及MMC、SD记忆卡介面,电池管理或组态管理则会内建SMBus,工业自动化会内建CAN?Bus控制器,车用电子通讯会内建CAN/LIN?Bus控制器,针对区域网路应用的网路微控制器则会内建10/100Mbit/s?乙太网路媒体存取控制器?(MAC)/实体层(PHY)。本文所探讨的高速8位元网路微控制器的I/O介面及应用方式请参见图1。







图1?高速8位元网路微控制器AX110xx的功能架构及应用



关于连网技术,基于容易使用、低价、高频宽、高稳定性、安全性佳以及相容性佳等优点,乙太网路已成为无所不在的连网方式,并逐渐超越原有SOHO及企业网路之应用范围,进入消费性电子领域,成为最具吸引力之嵌入式系统连网技术,如随着家庭网路的崛起,使用者更需要在不同的影音设备间传递,或共用高品质影音内容,而乙太网路正满足多媒体网路对于高宽频的需求。此外,乙太网路也进一步扩展至工厂,满足工业应用对高稳定性及安全性之连网要求。



因应上述所提及的机器对机器之发展趋势,具备嵌入式装置连网特性的乙太网路微控制器未来行情将持续看涨。乙太网路的应用领域极广,举凡家电、工厂/大楼自动化、工业控制、保全系统、远端监控管理、环境监控、远端资料采集等领域都是其用武之地。



国内微控制器厂商在产品佈局是以8位元微控制器为主力,其次为16位元,主要锁定消费性应用市场。目前仍以8位元微控制器的市场最大,单就最典型的8位元8051架构微控制器而言,全球一年的出货量就高达33亿颗。近年来,微控制器市场重心似乎有从消费性电子转往通信市场移动的现象,因此未来通信应用对于32位元高阶微控制器的产品需求将会随之激增。



但值得注意的是,在8位元微控制器的平均销售单价持续下滑之后,其低单价的优势,也使得8位元网路微控制器瞄准符合机器对机器,及网路趋势的通信产品全力挺进。但是该如何增进8位元微控制器的效能?如何提升网路频宽?如何进行高整合度的单晶片设计,以满足降低成本及小型化的市场需求?在在考验着国内微控制器厂商的智慧及设计功力。



嵌入式乙太网路装置解决方案满足小型化市场需求



嵌入式乙太网路装置大致可分为四种不同的方案(图2)。第一、二种方案是针对微控制器未内建乙太网路控制器,可根据微控制器本身具备之串列介面(如USB?Host)或并列介面(如"text-indent:2em;">
相关文章


XAPP058-利用嵌入式微控制器进行在系统编程
用DSP56311组建嵌入式指纹自动识别系统
ARM嵌入式系统中断向量表的动态配置
可变R-L-C?元件的SPICE模拟行为建模
基于AM186ed嵌入式系统以太网接口设计/实现
基于嵌入式Linux的远程监控系统的设计
基于MPC82xx处理器/专用编解码芯片DVR设计
嵌入式系统的实时性问题
基于μCOS-Ⅱ嵌入式系统以太网通信功能实现
基于WEB的通信电源的远程监控研究与实现


阅读 68