嵌入式internet的几种接入方式比较

首先介绍嵌入式Internet技术的发展和广阔的应用前景以及嵌入式Internet技术的基本概念和原理，然后重点阐述了嵌入式系统接入Internet的几种方式，包括各种接入方式的工作原理，对TCP／IP的处理方法及所需的其他协议、软硬件等，并对它们各自的优缺点进行了比较，指出了新的发展方向。

关键词：嵌入式系统；嵌入式Internet；TCP／IP协议

0　引　言

嵌入式Internet技术是一种将嵌入式设备接入Internet的技术，利用该技术可将Internet从PC机延伸到8位、16位、32位单片机，并实现基于Inter－net的远程数据采集、远程控制、自动报警、上传／下载数据文件、自动发送E－mail等功能，大大扩展In－ternet的应用范围。

嵌入式Internet技术的出现时间并不很长，但是发展速度却非常之快，新思想不断涌现，新概念连续推出，新技术层出不穷，新产品不断产生，从底层硬件技术所提供的解决方案到顶层软件所开拓的想像空间，都在不断地推陈出新。随着PC机时代的到来，21世纪将是嵌入式Internet的时代。美国贝尔实验室总裁Arun Netravali的一批科学家对此做出了预测：嵌入式Internet“将会产生比PC机时代多成百上千倍的瘦服务器和超级嵌入式瘦服务器。这些瘦服务器将与我们所能想到的各种物理信息、生物信息相联接，通过Internet网自动地、实时地、方便地、简单地提供给需要这些信息的对象”更多内容可以在闯客技术论坛查看。

网络专家预测，将来在Internet上传输的信息中，将有70％的信息来自小型嵌入式系统［2］。嵌入式Internet将有很好的发展前景和广阔的市场，未来的Internet技术将是嵌入式Internet占主导地位，因此嵌入式系统与Internet的接入方式已成为人们研究的热点。

1　嵌入式Internet的基础

嵌入式Internet是嵌入式系统与Internet的结合。嵌入式系统中包含嵌入式处理机、嵌入式 *** 作系统和应用电路部分，与Internet的接入则必须有对应的接入协议，如通用的TCP／IP协议。因此，实现嵌入式Internet的基础是嵌入式处理机、嵌入式 *** 作系统和接入Internet的通信协议。

（1）嵌入式处理机

单片机就是典型的嵌入式处理机，如常见的In－tel的8051系列、Atmel的AVR、MicroChip的PIC、Motorola的Dragonball、Cygnal的C8051F等，以及一些高端的单片机如ARM、SH3、MIPS等，嵌入式处理机的种类有几百种。处理机是嵌入式系统的核心，其性能直接影响整个系统的性能高低，影响接入Internet的方式和成本。

（2）嵌入式 *** 作系统

嵌入式系统要完成复杂的功能，已经不可能像普通单片机一样，直接从底层开始编写所有程序，必须采用底层的 *** 作系统，在此基础上来完成复杂的应用软件设计。但由于嵌入式系统自身资源的限制，嵌入式 *** 作不可能像PC机的 *** 作系统一样庞大，Windows98／2000有几百兆字节，而嵌入 *** 作系统一般只有100－200半字节。同时嵌入 *** 作系统还必须是实时多任务 *** 作系统，而Windows98／2000不是实时 *** 作系统。另一方面，嵌入式处理机的种类繁多，嵌入 *** 作系统还必须支持多种不同处理器体系结构的众多处理机。

目前国际上嵌入式系统的主流是实时多任务 *** 作系统（RTOS：Real－Time Operating System）。RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台，是一段嵌入在目标代码中的软件，用户的其它应用程序都建立在RTOS之上。不但如此，RTOS还是一个标准的内核，将CPU时间、中断、I／O、定时器等资源都包装起来，留给用户一个标准的API，并根据各个任务的优先级，合理地在不同任务之间分配CPU时开发基础。这样一来，基于RTOS上的C语言程序具有极大的可移植性。同时，在RTOS基础上可以编写出各种硬件驱动程序、专家库函数、行业库函数、产品库函数和通用性的应用程序一起，可以作为产品销售，促进行业内的知识产权交流。

虽然商品化的嵌入式 *** 作系统在20世纪70年代后期才出现，但到20世纪末，成熟的商品化 *** 作系统已经十分丰富了，如Palm OS，VxWorks，pSOS，Nuclear，VelOSity，QNX，VRTX，WindowsCE（现改名为Windows Powered）以及目前炒得很热的嵌入式Linux等。

（3）接入Internet的通信协议

嵌入式系统接入Internet同PC机接入Internet一样，必须通过相应的通信协议。目前的Internet采用TCP／IP协议，因此嵌入式系统接入Internet最终必须通过TCP／IP接入，嵌入式系统对信息进行TCP／IP协议处理，使其变成可以在Internet上传输的IP数据包。若采用网关方式，在网关前端可以采用适合嵌入处理机和起控制作用的新协议，通过网关转换后变成标准IP包接入Internet。

由于嵌入式系统自身资源的限制，处理能力不如台式机强，以及从PC机上来的TCP／IP的复杂性，使得处理通信协议成为嵌入式系统接入Internet的关键，也是嵌入式系统接入Internet的难点之一。因此下面着重分析当前的几种接入方式以及对协议的不同处理方法。

2　嵌入Internet的几种接入方式

2．1　处理机加TCP／IP协议方式

采用处理机加TCP／IP协议方式，MCU处理机像PC机一样直接处理TCP／IP协议，一般需要高档的处理机，如32位的ARM，SH3，MIPS等MCU和一些单周期指令速度较高的8位MCU，如AVR、SX等，其结构见图1。

对TCP/IP协议的具体处理又有2种方法。一种方法是采用实时 *** 作系统RTOS，用软件方式直接处理TCP／IP协议。实时 *** 作系统的功能越来越强大，许多都具有对图像界面和TCP／IP的支持能力。采用这种方式最灵活，能按用户需求实现很多复杂的功能，当然灵活的同时带来的是开发复杂度的增加，对开发人员的要求高，对 *** 作系统和TCP／IP协议都要有一定的熟悉程度，因此开发周期也较长，高档MCU和RTOS的价格也很高。

另一种是采用固化了TCP／IP协议的硬件芯片，如Seiko Instruments公司的S7600A等，它支持>

这两种方式类似于在MCU上实现PC机加网卡的功能，MCU直接处理TCP／IP协议，复杂度较高，且每个MCU也需要一个IP地址，而IP地址需要付费使用。它需要高档的MCU处理机和较高的开发成本，因此一般只会在一些高档产品（如汽车）中使用。它有一个好处是不需要PC机做网关。

2．2　Webit方式

Webit是沈阳东大新业信息技术股份有限公司研制开发的嵌入式系统接入Internet的一个实用产品，它将MCU和以太网控制器集成到一块小板卡上，将它装入到嵌入系统中就可以完成嵌入系统与Internet网的联接。Webit有自己的IP地址，与前面提到的第一种方式相似，但它有更高的集成度，将协议处理部分独立出来，开发人员省去了网络部分的设计，可将主要精力放在应用系统本身。

Webit总体上是一个基于AVR单片机的系统，在单片机内有用来存储系统服务程序的8千字节的FLASH空间、512字节的RAM空间以及用来存放

系统参数（IP地址、MAC地址、串口波特率等）的EEPROM。在单片机的外围，有用来存放Web页面的EEPROM。系统中包含一个10 M以太网控制器，用来提供网络的联接。系统提供的应用系统接口为TTL电平的UART口及14位I／O口，通过它与应用系统相连，其应用方式见图2。

Webit方式实际上与第一种方式类似，只是将协议处理部分分离出来由Webit单独完成，开发人员可以不必考虑网络协议和相关接口，但也需要独立的IP地址。该方式也不需要网关，无需PC机，软、硬件结构可以独立设计，其开发成本相对较低。

2．3　采用专用嵌入式网络协议

利用emWare公司开发的嵌入式微Internet网络技术（EMIT：Embedded Micro InternetworkingTechnology）。EMIT由emNet和emGateway两部分组成，emNet协议运行在MCU内部，是为嵌入式系统和其他网络（如RS485、IR、RF和电力线等）进行联接的网络协议。同时，emNet使得集成emMicro的嵌入式系统能够和嵌入式微控制器网关emGate－way进行有效的通信。嵌入式微控制器网关（即em－Gateway）运行在计算机、TV机顶盒或专用的家用电器服务器中，它是设备网络和Internet之间联接的桥梁。应用系统运行MCU内的emNet，通过em－Gateway与Internet联接，见图3。

具体来讲，EMIT采用桌面计算机或高性能嵌入式处理器作为网关emGateway，支持TCP／IP协议并运行Internet服务程序，形成一个用户可通过网络浏览器进行远程访问的服务器，emGateway通过RS232、RS485、CAN、红外、射频等总线将多个嵌入式设备联系起来，每个嵌入式设备的应用程序中包含一个独立的通信任务，称为emMicro，监测嵌入式设备中预先定义的各个变量，并将结果反馈到emGateway中；同时emMicro还可以解释emGate－way的命令，修改设备中的变量，或进行某种控制。

这种方式要求设计工程师必须熟悉emNet协议和相关的接口，并且软硬件设计的工作量仍然较大。应用系统的MCU处理emNet协议要占用一定的系统资源，对MCU的要求也较高，同时需要微机做网关。优点是网关中的一个IP地址可以联接多个嵌入式应用系统。

2．4　使用专用芯片Webchip

Webchip是武汉力源公司于2000年4月开发出使嵌入式电子设备和家用电器与网络方便联接的实用解决方案。Webchip是独立于各种微控制器的专用网络接口芯片，它通过标准的输入、输出口与各种MCU相连。MCU通过Webchip与网关联接即可接收并执行经由Internet远程传来的命令或将数据交给Webchip发送出去。MCU应用系统通过Webchip网络芯片与Gateway联接，再进入Internet网，如图4所示。

Webchip内部固化了MCUNet协议，它与em－Gateway和OSGi协议兼容，是MCU电子设备与计算机平台上的Gateway建立联系的一种软件协议，可以处理MCU与Gateway之间的通信。MCUNet协议结构简单，但功能很强。Webchip作用就是解释通信协议，控制数据传输，使MCU应用系统不用去管理协议的具体内容，只需要解释和执行Webchip送来的命令（Webchip与MCU之间共有17条命令）。Webchip将来自MCU的数据编译成符合协议规定的格式，然后传给Gateway，而由Gateway下传的命令和数据由Webchip负责解释，然后通过命令方式送给MCU。图4中的网关服务器用于协议的解释、转换、执行等，通常由一台普通PC机来实现。

Webchip的简要工作过程是：Webchip通过SPI三线串行接口与MCU应用系统联接。它与MCU应用系统交换信息是由17条简单的指令进行控制。Webchip的另一端以RS－232、RS－485或Modem等接口电路与基于PC机平台的网关接口。Webchip在MCU应用系统接入Internet的过程中实际上是起

了底层协议的编译、解释和转换作用，将MCU应用系统与网关再与Internet联接起来。这是由于PC机网关能提供>

这种方案相对更简单，对MCU要求较低，无论是运行速度、硬件配置和存储器容量等方面均无特殊要求；软件设计也只需在原应用系统的基础上增加一小段接口程序，其它无需作大的改动。对设计工程师，不需要熟悉复杂的网络协议和相关接口，完全不必考虑任何网络协议，只需要解释并执行We－bchip传送过来的指令和数据就可以实现与Internet网络联接。其开发周期更短，也较灵活。同采用专用嵌入式网络协议方案一样，需要微机做网关，网关中的一个IP地址可以联接多个嵌入式应用系统。

目前还买不到PS2000的芯片，只是最近在力源网站上有了PS2000的详细芯片资料。其开发套件也较便宜，包含带有通信接口的PSM2000模块板和PSE2000 EVKIT演示套件等。

3　结束语

随着芯片技术的发展，嵌入Internet还会有更多更新的接入方式出现。针对目前的情况，最主要的问题是需要解决成本问题，以上几种接入方式虽然有成本较低的方案，但与众多嵌入系统中便宜的MCU系统相比，其接入成本在整个系统中还是占有相当大的比重。只有接入成本进一步降低才能使嵌入式Internet真正进入寻常百姓家庭，真正在嵌入系统和智能家庭的大市场中发挥重要作用，因此还需要进一步开发单芯片的最低成本的解决方案，以适应市场的需要。

我觉得软件开发和服务器端软件开发应该属于一类，服务器端软件开发应该算是软件的一个分支，主要是需要网络、通信的一些知识。就业方面，软件开发人员已经很多很多了啊，差不多快饱和了。做服务器端的开发，从业人员相对少些，但觉得要求也要高些。

嵌入式开发，是现在和未来一段时间都很有前途的方向。不过，这个行业可是很广泛的，也就是说：就业范围很宽，当然对人的知识要求也很宽。至少需要懂基本的硬件设计基础和较深厚的软件开发功底。需求很大，工资也涨的快。做个1~2年都是5000往上，过万的也不算啥。

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很多同学接触Linux不多，对Linux平台的开发更是一无所知。 而现在的趋势越来越表明，作为一个优秀的软件开发人员，或计算机IT行业从业人员，  掌握Linux是一种很重要的谋生资源与手段。

下来我将会结合自己的几年的个人开发经验，及对 Linux，更是类UNIX系统，及开源软件文化， 谈谈Linux的学习方法与学习中应该注意的一些事。

就如同刚才说的，很多同学以前可能连Linux是什么都不知道，对UNIX更是一无所知。  所以我们从最基础的讲起，对于Linux及UNIX的历史我们不做多谈，直接进入入门的学习。

Linux入门是很简单的，问题是你是否有耐心，是否爱折腾，是否不排斥重装一类的大修。  没折腾可以说是学不好Linux的，鸟哥说过，要真正了解Linux的分区机制，对LVM使用相当熟练，  没有20次以上的Linux装机经验是积累不起来的，所以一定不要怕折腾。

由于大家之前都使用Windows，所以我也尽可能照顾这些“菜鸟”。 我的推荐，如果你第一次接触Linux，那么首先在虚拟机中尝试它。  
虚拟机我推荐Virtual Box，我并不主张使用VM，原因是VM是闭源的，并且是收费的，我不希望推动盗版。  
当然如果你的Money足够多，可以尝试VM，但我要说的是即使是VM，不一定就一定好。

付费的软件不一定好。

首先，Virtual  Box很小巧，Windows平台下安装包在80MB左右，而VM动辄600MB，虽然功能强大，但资源消耗也多，何况你的需求Virtual Box完全能够满足。  所以，还是自己选。学Linux必读-Linux学习之路

如何使用虚拟机，是你的事，这个我不教你，因为很简单，不会的话Google或Baidu都可以， 英文好的可以直接看官方文档。  现在介绍Linux发行版的知识。

正如你所见，Linux发行版并非Linux，Linux仅是指 *** 作系统的内核，作为科班出生的你不要让我解释， 我也没时间。

我推荐的发行版如下：

UBUNTU 适合纯菜鸟，追求稳定的官方支持，对系统稳定性要求较弱，喜欢最新应用，相对来说不太喜欢折腾的开发者。

Debian，相对UBUNTU难很多的发行版，突出特点是稳定与容易使用的包管理系统，缺点是企业支持不足，为社区开发驱动。

Arch，追逐时尚的开发者的首选，优点是包更新相当快，无缝升级，一次安装基本可以一直运作下去，没有如UBUNTU那样的版本概念，说的专业点叫滚动升级，保持你的系统一定是最新的。缺点显然易见，不稳定。同时安装配置相对Debian再麻烦点。

Gentoo，相对Arch再难点，考验使用者的综合水平，从系统安装到微调，内核编译都亲历亲为，是高手及黑客显示自己技术手段，按需配置符合自己要求的系统的首选。

Slackware与Gentoo类似。

CentOS，社区维护的RedHat的复刻版本，完全使用RedHat的源码重新编译生成，与RedHat的兼容性在理论上来说是最好的。如果你专注于Linux服务器，如网络管理，架站，那么CentOS是你的选择。

LFS，终极黑客显摆工具，完全从源代码安装，编译系统。安装前你得到的只有一份文档，你要做的就是照文档你的说明，一步步，一条条命令，一个个软件包的去构建你的Linux，完全由你自己控制，想要什么就是什么。如果你做出了LFS，证明你的Linux功底已经相当不错，如果你能拿LFS文档活学活用，再将Linux从源代码开始移植到嵌入式系统，我敢说中国的企业你可以混的很好。

1、Linux基础

你得挑一个适合你的系统，然后在虚拟机安装它，开始使用它。 如果你想快速学会Linux，我有一个建议就是忘记图形界面，不要想图形界面能不能提供你问题的答案，  而是满世界的去找，去问，如何用命令行解决你的问题。

在这个过程中，你最好能将Linux的命令掌握的不错，起码常用的命令得知道，同时建立了自己的知识库， 里面是你积累的各项知识。

2、Linux平台的C/C++开发，同时还有Bash脚本编程[JAVA]

再下个阶段，你需要学习的是Linux平台的C/C++开发，同时还有Bash脚本编程，如果你对Java兴趣很深还有Java。  
同样，建议你抛弃掉图形界面的IDE，从VIM开始，为什么是VIM，而不是Emacs，  
我无意挑起编辑器大战，但我觉得VIM适合初学者，适合手比较笨，脑袋比较慢的开发者。  
Emacs的键位太多，太复杂，我很畏惧。然后是GCC，Make，Eclipse(Java，C++或者)。

虽然将C++列在了Eclipse中，但我并不推荐用IDE开发C++，因为这不是Linux的文化， 容易让你忽略一些你应该注意的问题。  
IDE让你变懒，懒得跟猪一样。如果你对程序调试，测试工作很感兴趣，GDB也得学的很好，  
如果不是GDB也是必修课。这是开发的第一步，注意我并没有提过一句Linux系统API的内容，  
这个阶段也不要关心这个。你要做的就是积累经验，在Linux平台的开发经验。

我推荐的书如下：C语言程序设计。 C语言，白皮书当然更好。 C++推荐 C++ Primer Plus，  
Java我不喜欢，就不推荐了，附一个别人的书单：java 入门书籍。  
工具方面推荐VIM的官方手册，GCC中文文档，GDB中文文档，GNU开源软件开发指导(电子书)，  
汇编语言程序设计(让你对库，链接，内嵌汇编，编译器优化选项有初步了解，不必深度)。

如果你这个阶段过不了就不必往下做了，这是底线，最基础的基础，否则离开，不要霍霍Linux开发。  不专业的Linux开发者作出的程序是与Linux文化或UNIX文化相背的，程序是走不远的， 不可能像Bash，VIM这些神品一样。 所以做不好干脆离开。

3、UNIX环境高级编程(作者英年早逝，第3版即将出版，稍等)

UNIX环境高级编程堪称神作，经典中的经典。

接下来进入Linux系统编程，不二选择，APUE，UNIX环境高级编程，一遍一遍的看，  看10遍都嫌少，如果你可以在大学将这本书翻烂，里面的内容都实践过，有作品，你口头表达能力够强， 你可以在面试时说服所有的考官。

(可能有点夸张，但APUE绝对是圣经一般的读物，即使是Windows程序员也从其中汲取养分， Google创始人的案头书籍，扎尔伯克的床头读物。)

这本书看完后你会对Linux系统编程有相当的了解，知道Linux与Windows平台间开发的差异在哪  
它们的优缺点在哪我的总结如下：做Windows平台开发，很苦，微软的系统API总在扩容，
想使用最新潮，最高效的功能，最适合当前流行系统的功能你必须时刻学习。  
Linux不是，Linux系统的核心API就100来个，记忆力好完全可以背下来。
而且经久不变，为什么不变，因为要同UNIX兼容，符合POSIX标准。  所以Linux平台的开发大多是专注于底层的或服务器编程。

这是其优点，当然图形是Linux的软肋，但我站在一个开发者的角度，我无所谓，因为命令行我也可以适应，  
如果有更好的图形界面我就当作恩赐吧。另外，Windows闭源，系统做了什么你更本不知道，  
永远被微软牵着鼻子跑，想想如果微软说Win8不支持QQ，那腾讯不得哭死。 而Linux完全开源，你不喜欢，可以自己改，只要你技术够。

另外，Windows虽然使用的人多，但使用场合单一，专注与桌面。 而Linux在各个方面都有发展，尤其在云计算，服务器软件，嵌入式领域，
 企业级应用上有广大前景，而且兼容性一流，由于支持POSIX可以无缝的运行在UNIX系统之上，
不管是苹果的Mac还是IBM的AS400系列，都是完全支持的。  
另外，Linux的开发环境支持也绝对是一流的，不管是C/C++，Java，Bash，Python，PHP，Javascript，。。。。。。就连C#也支持。而微软除Visual
 Stdio套件以外，都不怎么友好，不是吗

如果你看完APUE的感触有很多，希望验证你的某些想法或经验，推荐UNIX程序设计艺术， 世界顶级黑客将同你分享他的看法。

4、选择方向：网络，图形，嵌入式，设备驱动

网络方向：服务器软件编写及高性能的并发程序编写

现在是时候做分流了。 大体上我分为四个方向：网络，图形，嵌入式，设备驱动。

如果选择网络，再细分，我对其他的不是他熟悉，只说服务器软件编写及高性能的并发程序编写吧。 相对来说这是网络编程中技术含量最高的，也是底层的。  需要很多的经验，看很多的书，做很多的项目。

我的看法是以下面的顺序来看书：

APUE再深读 – 尤其是进程，线程，IPC，套接字

多核程序设计 - Pthread一定得吃透了，你很NB

UNIX网络编程 – 卷一，卷二

TCP/IP网络详解 – 卷一 再看上面两本书时就该看了

5TCP/IP 网络详解 – 卷二 我觉得看到卷二就差不多了，当然卷三看了更好，努力，争取看了

6Lig>

7Nginx源代码 –  相较于Apache，Nginx的源码较少，如果能看个大致，很NB。看源代码主要是要学习里面的套接字编程及并发控制，想想都激动。如果你有这些本事，可以试着往暴雪投简历，为他们写服务器后台，想一想全球的魔兽都运行在你的服务器软件上。

Linux内核 TCP/IP协议栈 – 深入了解TCP/IP的实现

如果你还喜欢驱动程序设计，可以看看更底层的协议，如链路层的，写什么路由器，网卡， 网络设备的驱动及嵌入式系统软件应该也不成问题了。

当然一般的网络公司，就算百度级别的也该毫不犹豫的雇用你。 只是看后面这些书需要时间与经验，所以35岁以前办到吧!跳槽到给你未来的地方!

图形方向，我觉得图形方向也是很有前途的，以下几个方面。

Opengl的工业及游戏开发，国外较成熟。

影视动画特效，如皮克斯，也是国外较成熟。

GPU计算技术，可以应用在浏览器网页渲染上，GPU计算资源利用上，由于开源的原因，有很多的文档程序可以参考。如果能进火狐开发，或google做浏览器开发，应该会很好  。

嵌入式方向：嵌入式方向没说的，Linux很重要。

掌握多个架构，不仅X86的，ARM的，单片机什么的也必须得懂。 硬件不懂我预见你会死在半路上，我也想走嵌入式方向，但我觉得就学校教授嵌入式的方法，  我连学电子的那帮学生都竞争不过。 奉劝大家，一定得懂硬件再去做，如果走到嵌入式应用开发，只能祝你好运，  不要碰上像Nokia，Hp这样的公司，否则你会很惨的。

驱动程序设计：软件开发周期是很长的，硬件不同，很快。 每个月诞生那么多的新硬件，如何让他们在Linux上工作起来，这是你的工作。  
由于Linux的兼容性很好，如果不是太低层的驱动，基本C语言就可以搞定，系统架构的影响不大，
因为有系统支持，你可能做些许更改就可以在ARM上使用PC的硬件了，  所以做硬件驱动开发不像嵌入式，对硬件知识的要求很高。

可以从事的方向也很多，如家电啊，特别是如索尼，日立，希捷，富士康这样的厂子，很稀缺的。

Platform Services Controller具有嵌入式部署和外部部署两种模式，嵌入式部署是和每个vcenter安装在同一台windows服务器上，外部部署是单独拿一台windows服务器安装Platform Services Controller，然后所有vcenter都通过网络注册到其上

每个Platform Services Controller最多可管理8个vcenter实例，如果再多的话需要额外安装Platform Services Controller。

这里学习环境规模较小，采用嵌入式部署Platform Services Controller就好