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MCU网络接口方案的自由选择
MCU网络接口方案的自由选择 关键词：MCU网络 网络接口 嵌入式系统网络 嵌入式无线网络 微控制器不再工作于隔离状态，从工厂楼层到汽车内部，到处都有分布计 算驻留。带双以太网或CAN（控制局域网）总线接口的MCU是很有用的，而这 还只是冰山一角。当今，有各种形式和大小的网络。许多嵌入式系统已有多种网络。随着TCA （电信计算架构）的新进展，其开关结构网络（switch-fabric network）引人注意。
它可以是以太网，使用了一对I2C(内部集成电路)总线来支持IPM（综合功率管理） 控制器（IPMC），这是架构管理支持的一部分。
今天，虽然获得通信软件相当复杂，但是选择一种与网络匹配的MCU是 相当容易的。在多节点或多网络中采用分区（或分块）应用，可以解决耐用性方 面的问题。与分布处理器相比，联网还能减少电缆需求，并允许系统由廉价的 MCU阵列组成，从而代替一对高性能的处理器。
MCU网络覆盖了广泛的嵌入式环境。以太网是最流行的网络，特别是对因 特网与局域网的连通。RS-232接口很流行，但它的速度慢，主要用来控制的装置；
而应用于网络的网关，则对接口的要求更高。对许多嵌入式设计问题。研发者可 选一个或多个合适的网络接口来解决。
1 网络与外设 很多流行的网络接口都是装在MCU上的（见表1和表2所列）。串行接口 很流行，它主要用于串行接口设备，但并不支持网络。有些接口执行SLIP（串行 链路接口协议）或PPP（点对点协议），通过调制解调器（MODEM）与因特网 连接。
表1 连接总线用在MCU网络的情况 表2 网络接口 以太网是现在最通用的，其高速硬件很容易插入片上系统（SoC）。为把 多种设备与因特网连接起来，增加以太网已变得很重要。后来，USB（通用串行总线）在MCU中更多地出现。最初，是把MCU当 成一个USB外设来处理。支持USB的主机总是有用的，MCU被用作像键盘一样 带有PC风格的设备，而且与存储设备和其它USB外设一起工作得非常好。USB 在那些靠近主机的外部嵌入式网络中变得更加重要。
正在慢慢嵌入MCU的接口有1394（高速总线接口）。这种情况可能随着 1394b的出现而变化，它强调是作为多媒体网络的基础设施。
CAN总线是一种网络接口，其流行的程序与以太网相同，尤其是当它进入 汽车和过程控制环境后，就更是这样了。
2 设备网络 MCU更通用的是与CAN、LIN（局部互连网络）、SPI（串行外设接口）、 I2C和单线（1Wire）总线相连接。虽然这些接口的运行速度比以太网慢，但它们 更容易实现。有些设备的主装置，像单线协议，能完全用软件实现，而以太网则 很少有能这样做的设备。
CAN已在汽车和过程控制工业中找到了自己的位置。它受到广泛支持，并 适合嵌入式应用范围，常用于LIN的分级网络。
速度为20kb/s的LIN适合低性能网络。虽然瞄准的是汽车工业，但LIN可作 为传感器，方便地进入其它嵌入式应用网络。CAN和LIN都有单线设计的优点。
作为大多数单线设计，对设备采取共地是有效的。
国家半导体和摩托罗拉公司开发了SPI，它使用主/从架构方式，与从机的 数据收集、整理系统链接在一起（daisy-chain together），如力所示。要实现串 行外设接口是相当简单的，为保持靠近主机的SPI从机，使用单独的芯片选择。
I2C使用双线时钟总线，支持主/从和多架构。从先进的TCA到电池的监视。
I2C已在广泛的嵌入式应用范围内找到了自己的位置。一个运行在3.4Mb/s下的高 速能版本工作在100kb/s范围内时也同样的好。飞利浦是I2C的支持者之一。
I2C的同步特性及其每个字节的证实（per-byteacknowledgement），使它能 相当容易地用硬件实现。如没有大量的软件开销，它本身对UART（通用异步收 发器）的执行是没有帮助的。与以太网、CAN和LIN比较、I2C有广泛的零售商 支持。单线架构是专用的只有一条连线的主/从网络。主网络可由任何人开发， 但从网络必注册。有各种消息来源（source）提供给单线从设备。此架构对简单、 低功耗设备是很有用的。
在MCU上，单独的网络接口已成功一段时间了。后来，更多出现的是多 于一个接口的MCU。这允许MCU作网络之间连接的网关。
3 网关芯片 带有一对网络接口的MCU，在从Ubicom公司的低价IP3023网络处理器（它 能支持6种网络）到NEC公司的400MHz、64位Vr7701处理器（它带有一对 10/100Mb/s的以太网接口）上都能运行。这些MCU能轻松地支持常驻的网关和机 顶盒应用。许多MCU零售商正推动在此范围应用的解决方法。以太网的网关保 持了在SOHO（小型办公和家庭办公）环境的流行。借助于装运（shipment）， CAN到CAN的网关却领选于以太网，这是因为它位于大多数汽车内。
网桥应用构成了另一领域，在那里MCU已应用于娱乐、玩耍和表演。在 这些应用中，不同的网络连接在一起。CAN到LIN的网桥，比如三菱电子公司的 M16C产品，就用在了汽车环境。在该环境中，可能要支持多个网桥来隔离汽车 电子设备的不同部分。CAN到LIN网桥能接入廉价的LIN从处理器进行存取。虽 然CAN是相当便宜的网络，但LIN设备更加便宜。二者都采用了单线连接，使得 关键选择因素的成本变得较低，如图2所示。
今天，以太网到I2C和以太网到SPI，实际上是在计算机系统管理下完成的。
类似的，CAN设备都在过程控制环境中流行。有几个例子，包括Microchip公司 的PIC MCU和日本日六公司的H8产品都带有CAN 2.0b，并支持SPI或I2C网络。
甚至有单个的设备，像Lan-tronix Xport，它使用了X186（基于DSTNI LX）的MCU， 带内置桥接串行设备的以太网，整个系统内部装配置有扩展的RJ45插座（即水晶 头）。
4 嵌入式无线网络 至今，无线网络可以肯定会流行，但事例了MCU的流行无线解决方案尚 未出现，如802.11、蓝牙和ZigBee(802.15)全都需要在MCU外有大量的硬件电路 块。支持的网络协议和以太网是相同级别的，要把协议集成到小的网络内困难更 多。ZigBee要整合到MCU内，看起来是最容易的，因为它的工作速度更慢，所需的功耗更低，协议更简单。
驻留的网关，特别是那些无线网关，在嵌入式网络中对安全的要求比对隔 离的要求更高一些。这就是为什么像IDT公司的RC32365芯片整合了加密硬件的 原理。为支持VPN（Virtual Person Network，虚拟个人网络）设计提供的MCU， 还需要包括一对以太网MAC（媒体存取控制）和SPI。
分布嵌入式系统的解决方法，容易用这样的MCU来构成，这些MCU内整 合了大部分（如果说不是全部的话）一个或多个网络所需的硬件。选择正确的网 络可能是一个更困难的任务，但至少有相当大的范围可自由选择，这是有益的。
5 单线网络 单线是Maxim公司集成产品专用网络架构。其获益来自廉价的主/从架构， 包括给通信所用的小线路上提供小功率的能力。
单线主机在MCU上仅使用单根I/O线，通过软件很容易实现。许多MCU已 有单线主机路由。USB-单线和串行-单线的网桥芯片也都已出现。
主机没有注册限制，注册随从机进入运行，每个从机有一个唯一的64位串 行号。初始握手协议允许主机单独地识别每台从机。
在戴尔半导体/Maxim公司工作的自动化信息产品经理Hal Kurkowski指 出：单线方法能给从设备供电（如图3所示）。当数据传输时，电容器维持设备 上的电压。
在必要时，结构主机有可能通过总线提供更大的功率。在此情况，主机必 须能编程，这样在请求送到从设备后，22Ω电源电阻被交替切换。有一个基于快 闪存储器设备的例子，对存储器编程时需要更多的功率。此时主机将对设备发送 请求，切入电源，等待规定的时间到后，再切回到1.2kΩ电阻。
