Internet網的嵌入式系統設計 (轉)

Internet網的嵌入式系統設計 (轉)[@more@] 

Inte網的嵌入式設計

日期 2000-4-23 作者國家電力公司電力自動化研究院 梁合慶 內容
　　將從服務為主轉向應用

　　網路的興建起源於資源共享，如巨型器的共享、高速行式印表機及等的共享。網路是服務性質的，因而就其體系結構而言為/客戶機結構。

　　網路從發展到，再到異種、異構網路相聯的網際網。Internet網就是最大的全球性的網際網。網輸的是資料流、流和視像流，統稱之為資訊。資訊在傳輸過程中的各個層次上需要遵循與之相應的。為了Internet網上資訊的流量，規定向網上提交的資訊使用HTML超文字標記化格式，網上任何一處的接收者，使用任何一種HTML，都可以在網頁上看到、聽到或以其它形態體現資訊的存在。換句話說，在Internet網上，由伺服器釋出的資訊，任何一臺客戶機，用任一種Web瀏覽器，都可以在網頁讀出資訊。

　　後PC機時代爆出了網上資訊產品（Information Appliances，也稱資訊電器），如: Web個人數字助理（PDA），Web可視電話、行動電話的GPS或W-產品、TV頂視盒、電視會議機、數位相機等嵌入式裝置，它們都要求與Internet聯網，應該已經嵌入了掛網所需的和。

　　Internet網和骨幹網技術的飛速進展，使得基於分組技術的通訊、質量和可靠性得到穩步提高，網路應用的可靠性應是可以信賴的。過去大量的浩如煙海的8/16位微控制器的嵌入式裝置，如儀器儀表、資料採集和顯示、過程控制、工業自動化、家庭自動化等的實時應用，已經到了享受網路方便的時候了。它們將成為Internet網的發展沃土，順應“網路服務”向“網路應用”擴充套件的大潮。

　　小裝置掛到Internet網上有何意義？

　　將眾多小裝置掛到Internet網上有什麼偉大和深遠意義呢？過去透過專用通訊線在遠方採集現場裝置的資料進行遠方顯示和控制也並不是沒有，僅只是通訊介質要專用的，通訊協議要自己寫，配套的軟體和硬體要自己設計。

　　今天，嵌入式裝置的遠方顯示和控制只要能上網，就基本上迎刃而解了，而且水平很高。
　　·不需要專用的通訊線路，現成的全球網任你隔山跨海傳到天涯海角；
　　·速度之快足令你目瞪口呆；
　　·過去傳的僅僅是資料訊號，現在連音響影像都不在話下；
　　·協議是現成而公開的，任何一種Web瀏覽器都可以照讀不誤，大到10Mbyte的完備桌面瀏覽器，小到600kbyte的Mosaic瀏覽器，也無論是的瀏覽器還是瀏覽器都行；
　　·資訊直接反映在色彩豐富的網頁上，形式可以是資料、文字、圖象、表格或語音，實時資料會自動，裝置的操作會有及時可見乃至可聞的反饋；
　　·傳一次資訊，所有想收到的機都可以按照各自的需要給予顯現和操作，如執行人員可以監視與控制、管理人員可以修改執行方式和重大決策、財務和金融部門進行經濟運作和收支交割等。

　　嵌入式裝置如何接入Internet網

　　原則上講，嵌入式裝置只要轉變為Web伺服器，再加上網路協議就可以上Internet網。原則是一個，具體實現的技術有多種樣。下面介紹一些已經實現的方案，以窺一般。

　　高檔MPU片上系統

　　Osicom公司研發了NET+ARM的系統級(SOC)要算是最正統的方案了。它是使用RISC技術的40MIPS的ARM7微腦核（micrcore），加上乙太網(Ethernet)；使用下列網路協議：TCP（傳輸控制協議）、UDP（使用者資料包協議）、R（反向地址轉換協議）、ICMP（網際控制報文協議）；還有下列關於Internet網的高層軟體協議：HTTP（超文字傳輸協議）、SMTP（簡單傳輸協議）、（傳輸協議）；再包括pSRTOS（實時，Integrated System公司的作業系統)等組成的SOC。

　　舉例來說，上述SOC嵌入一臺印表機就可以上網成為網上印表機，使Internet網上的任何一個客戶機都可以用各自的瀏覽器在網頁上使用、監視和控制這臺印表機。

　　32/64位的嵌入式系統

　　它有足夠的能力和資源按上述SOC一樣的思路，在作業系統和的支援下毫不費力地實現。

　　8/16位的嵌入式系統

　　實現的原則與上述並無不同，只是應當照顧到8/16位系統速度不夠快和不夠大，要想一些辦法實現簡化和保持最基本的東西，即嵌入式裝置一定要轉變為Web伺服器，一定要加上TCP/IP網路協議。

　　Phar Lap公司

　　Phar Lap公司把能獨立的智慧部分和網路部分儘可能地移出嵌入式裝置，如有些預定義的資料轉移到胖客戶機上，使用時用嵌入式裝置透過那裡的DLL來訪問；TCP/IP協議是Internet網上傳輸資料所必需的，為此要提供最低要求的TCP/IP堆疊和最精簡的TCP/IP協議。經過對程式碼的高度，將Web伺服器儘可能地做到最小。Phar Lap最後做出的MicroWeb伺服器是25kbyte，加上網路協議不足300kbyte。短小就意味著，用ASIC實現意味著矽片面積減小，因此價廉。

　　Agranat Systems公司
　　
　　Agranat System公司在嵌入式裝置上建立了具有自己特色的EmWeb伺服器。在HTML文字中嵌入C語言程式對實時資料進行訪問；為HTML增加了特殊標記,使Web頁上的動態資料與系統軟體相介面；再把C語言庫中的TCP/IP協議和其它重要的Internet高層軟體標準（如HTML、、RVSA、TCN等）合併到EmWeb伺服器中去。所以，EmWeb伺服器名之為伺服器，實含網路協議，功能上是二合一的。

　　EmWeb伺服器內部採取了許多獨到的措施，整體容量縮小到25kbyte以下，然而效能還有很大地提得高。譬如它內建了狀態機，支援HTML的同時性多請求、圖形元件的多介面和多使用者同時請求。因為它獨立於作業系統，不需要多工或多執行緒的支援。儘管如此，EmWeb還是為了客戶應用的方便提供了與著名工業級RTOS的介面，譬如與VxWork, pSOS, Chorus, Nucleus等的介面。

　　EmWeb在開發時使用了複合功能的開發平臺。在平臺上可選用標準Web工具，如Microsoft的FrontPage，MacroMedia的Dreamweaver等；平臺還同時支援C、、的編譯和GIF、HTML等檔案格式。人機對話可用或圖形介面。因為功夫下得較多，所以希望把EmWeb固化於ASIC，推廣應用於家庭和工業自動化中去。

　　emWare公司

　　emWare公司面對8/16位的微控制器的現實，另闢蹊徑。本端的伺服器部分刻意地簡化到僅僅保留HTML的標記，其它的伺服器部分全部移到客戶機一側；網路協議部分則放棄使用程式碼較長的TCP/IP協議而換用十分輕型的網路協議，從而將裝置端的名曰emMicro減少到很小的1kbyte位元組。而且emMicro有兩部分：emTag對應於HTML標記，emNet對應於網路協議，也是功能二合一的。輕型的（light weight）網路協議可以支援在本端構築小網。如果不與Internet網相聯便是孤立網；為要和Internet網進行網際聯結，則須增加閘道器，實行異種網路協議的互換。閘道器可以單獨設定，或結合具體條件與胖型客戶機相結合，或是其它。這個閘道器名之曰emGateway。

　　emGateway的Internet端留有與掛網的Web裝置相對話的介面。介面的典型使用方法是用網頁，因網頁可以在任一種瀏覽器下工作，靈活適應於全球網各個地域的多樣環境。介面也可根據需要用於使用者的應用程式中。emMicro中的emTag將相應的HTML標記對映到Internet側瀏覽器或閘道器中Java applets裡的或JPEG/GIF物件，這些物件名之曰ems。HTML網頁能識別emTag並置換成對映的物件，以數字、圖形、文字或滑動控制把手、操作開關、按鈕、LED等形式表現出來。閘道器上還可名之曰DAS（Device Access Service）的裝置訪問服務實用程式。由它識別、訪問和各個掛網的Web裝置，起集散器的作用。上述一整套技術被名之曰嵌入式微Internet技術EMIT(Embedded Micro Internet Technology)。

　　新的進展

　　前面說到的都是使用瀏覽器以網頁為介面，從Internet端對掛網的Web裝置進行訪問、控制和顯示的。能不能不用瀏覽器，有更直接的方法呢？受Phar Lap公司MicroWeb伺服器的啟發，用生成JavaScript更直接的方法Java的方法將其它系統或裝置的資料嵌入於自己的程式予以處理和執行，條件是在其它系統或裝置中應存在有JavaScript的解釋程式就行。另外，從MicroWeb傳出的用逗號分隔的資料文字可能被直接裝入如Microsoft 等的標準應用程式中,方便地用電子表格的形式進行圖形化的分析處理。

　　嶄露頭角的XML擴充標記語言格式（Extensible Markup Language），有更加靈活的應用空間。它將是Internet網上的資料傳送和格式化資訊方法的一次重大地改革。XML為資訊的提交方式規定了高階標準，它既是一種語言又是一組規範化的資料應用規則，不同型別的終端裝置能按自己理解的需要，從同一次格式資訊中提取資料，進行各自的處理和使用。其實HTML格式原是SGML標準通用化標記語言格式(Standard General Markup Language)的一個子集。標記語言是在超文字之中，包含有文字性的標記，用以定義文件的佈局等以便使用者解釋使用。因為SGML標記的專案太多，需要複雜的解釋程式，同時又不支援頁張式的文件式樣，所以Web使用時，只選用了SGML關於文件標題、列表和超文字連結等部分，又另新增了頁張式的文件風格，發展成為HTML格式。至於XML格式則介呼其間，既保留了頁張的文件風格，又使格式極大地偏向於資料的自動化應用、適於大量重用與多用。XML有兩方面的擴充，即文件風格的可擴充(Extensible Style Language)和超文字連結的可擴充XLL ( Extensible Linking Language )。“服務網路”向“應用網路”挺進，XML將起極大地促進作用，很值得我們的關注。