摘? 要: 介紹了家庭網(wǎng)絡(luò)" title="家庭網(wǎng)絡(luò)">家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中使用嵌入式系統(tǒng)" title="嵌入式系統(tǒng)">嵌入式系統(tǒng)作為其控制單元的家用電器組網(wǎng)和接入Internet的幾種典型協(xié)議和解決方案，并比較了它們各自的性能和特點(diǎn)。為家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員提供了一些思路。

　　關(guān)鍵詞: 家電網(wǎng)絡(luò)? 嵌入式系統(tǒng)? Internet? TCP/IP" title="TCP/IP">TCP/IP? 現(xiàn)場(chǎng)總線

?

　　“智能住宅”的概念已提出多年，但在其早期方案中實(shí)現(xiàn)的功能十分有限，只是通過(guò)傳感器和各種輸入設(shè)備(按鈕、開(kāi)關(guān)、遙控器、語(yǔ)音識(shí)別裝置等)收集環(huán)境信息和使用者指令，再根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序，控制家庭內(nèi)的電器和設(shè)備自動(dòng)完成某些操作，信息交換只局限在很小的范圍內(nèi)。直到最近幾年，Internet作為20世紀(jì)對(duì)世界影響最為深遠(yuǎn)的發(fā)明，開(kāi)始進(jìn)入千家萬(wàn)戶，改變?nèi)藗兊墓ぷ骱蜕罘绞?。單體住宅、小區(qū)乃至整個(gè)城市的智能化、信息化成為現(xiàn)實(shí)。廣域網(wǎng)的出現(xiàn)，不僅使遠(yuǎn)程控制家電變得輕而易舉，更重要的是可以提供遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教育、視頻會(huì)議、網(wǎng)上購(gòu)物和電子貨幣結(jié)算等全新的服務(wù)，這極大地?cái)U(kuò)展了智能住宅的內(nèi)涵。

　　住宅的智能化是以執(zhí)行各項(xiàng)功能的電子設(shè)備的信息化網(wǎng)絡(luò)化為前提的，而這些設(shè)備大多以單片機(jī)構(gòu)成的嵌入式系統(tǒng)為控制核心。也就是說(shuō)，住宅的智能化很重要的一部分工作就是構(gòu)建一個(gè)嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)并將這個(gè)網(wǎng)絡(luò)與Internet連接。

1 電器設(shè)備連入Internet的意義

　　專用的控制網(wǎng)絡(luò)" title="控制網(wǎng)絡(luò)">控制網(wǎng)絡(luò)在沒(méi)有Internet之前就已經(jīng)存在了。如可以遠(yuǎn)程監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)情況，可以遠(yuǎn)程控制設(shè)備和診斷問(wèn)題，并可以預(yù)先知道在網(wǎng)絡(luò)中將要發(fā)生的事情?？墒?，運(yùn)行專用網(wǎng)絡(luò)需要租用專線和撥打長(zhǎng)途電話，這會(huì)使成本提高，而且，專有的網(wǎng)關(guān)也會(huì)限制用戶的訪問(wèn)。專用網(wǎng)絡(luò)與Internet連接后，改善了上述狀況，使網(wǎng)絡(luò)的成本因而降低，而且能夠在世界所有地方實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程連接，還能夠?yàn)椴煌髽I(yè)共享同一網(wǎng)絡(luò)中的信息資源提供標(biāo)準(zhǔn)的平臺(tái)。

　　大樓、工廠或家庭的控制網(wǎng)絡(luò)連入Internet之后，可以使之增加許多新的、有價(jià)值的、超越局域網(wǎng)的服務(wù)功能。連入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備是新的、巨大的信息資源，它將Internet的應(yīng)用范圍擴(kuò)大到了人們的現(xiàn)實(shí)生活。這些新的信息能夠與Internet的其他信息組合，激發(fā)出新的應(yīng)用和服務(wù)。從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)說(shuō)，對(duì)于本地設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)與Internet相連的技術(shù)，如果不是由于經(jīng)濟(jì)上的原因，人們將不會(huì)產(chǎn)生興趣。對(duì)于本地操作網(wǎng)絡(luò)，不論對(duì)其中數(shù)千臺(tái)電子設(shè)備實(shí)行局部控制，還是通過(guò)Internet對(duì)它們實(shí)行遠(yuǎn)程控制，都能明顯降低成本。

　　對(duì)于家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)而言，家電是其主要成員。家電連入Internet之后，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程故障診斷、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集等功能。這不但可以提高住宅的智能化水平，降低能源消耗，還可以改善廠商的服務(wù)質(zhì)量，減少售后服務(wù)的開(kāi)銷。

2 家電網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

　　構(gòu)建家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(Home Networked System)的工作分為兩個(gè)部分:在家庭內(nèi)部組成家電(包括保安裝置和能源管理設(shè)備等)的局部數(shù)據(jù)和控制網(wǎng)絡(luò);將這個(gè)局域網(wǎng)與Internet相連。

　　為了解決家庭網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)問(wèn)題，目前已提出了多種方案。VESA家庭網(wǎng)絡(luò)委員會(huì)提出了基于IEEE 1394高速串行總線標(biāo)準(zhǔn)和IP協(xié)議的家庭網(wǎng)絡(luò);Greaves和Vncos等人提出了基于ATM的家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù);互聯(lián)網(wǎng)界也在討論擴(kuò)展IP協(xié)議以適應(yīng)基于IP的家庭網(wǎng)絡(luò)。為了免除組網(wǎng)所用的電纜，數(shù)字電力線技術(shù)正處于標(biāo)準(zhǔn)化和運(yùn)行的不同階段。另外，專為低功率短距離無(wú)線連接而開(kāi)發(fā)的“藍(lán)牙”技術(shù)能夠在家庭內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速靈活、安全、低代價(jià)、低功耗的數(shù)據(jù)和語(yǔ)音通信。為了成為未來(lái)家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，這些技術(shù)正處于競(jìng)爭(zhēng)和完善之中。

　　需要指出，家電網(wǎng)絡(luò)只是未來(lái)家庭網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成部分，與PC機(jī)、打印機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、語(yǔ)音設(shè)備等使用的網(wǎng)絡(luò)相比，家電網(wǎng)絡(luò)具有以下一些特點(diǎn):(1)連接的對(duì)象是結(jié)構(gòu)和特性完全相異的各種家用電器;(2)家電的信息量小，但對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高;(3)家電運(yùn)行時(shí)所處環(huán)境有很大差異，對(duì)系統(tǒng)的抗干擾性和穩(wěn)定性要求較高;(4)家庭用戶對(duì)價(jià)格較為敏感，較低的價(jià)格才能被廣泛認(rèn)可和接受。因此，上述技術(shù)和協(xié)議并不完全適用于家電網(wǎng)絡(luò)。

　　對(duì)于連入Internet的設(shè)備來(lái)說(shuō)，最重要的是必須能夠直接執(zhí)行其特定功能，而且要執(zhí)行得安全、可靠、并易于操作。以照明開(kāi)關(guān)為例，將Web瀏覽器(無(wú)論其大小如何)直接裝入照明開(kāi)關(guān)是毫無(wú)意義的。雖然Web發(fā)展得很快，但是如果將世界上的每一臺(tái)儀器都連入Web，仍然是過(guò)分了。另外，對(duì)于生活中的日常電器來(lái)說(shuō)，成本也抬高了，且對(duì)于照明開(kāi)關(guān)完成其主要工作(開(kāi)啟和關(guān)閉照明設(shè)備)也并無(wú)幫助。不過(guò)，照明開(kāi)關(guān)具有如下功能卻是完全有意義的:

　　(1)具有足夠的智能自檢;(2)具有足夠的通訊功能向其他設(shè)備報(bào)告其運(yùn)行狀態(tài)——開(kāi)或關(guān);(3)具有足夠連通性，能夠?qū)崟r(shí)觀察設(shè)備的工作狀態(tài)，并且在需要時(shí)遠(yuǎn)程將其關(guān)閉;(4)具備足夠的性能與家庭或社區(qū)的信息系統(tǒng)連接;(5)公共的Internet網(wǎng)和專用的指令控制網(wǎng)絡(luò)連接，有效地實(shí)現(xiàn)以上功能而不會(huì)干擾任何其他的網(wǎng)絡(luò)或設(shè)備。

　　家電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有效率高、成本低、易于使用、功能先進(jìn)且不需要用戶花費(fèi)很多精力的特點(diǎn)。而Internet的網(wǎng)絡(luò)分布和通訊范圍都很廣，需要將二者相結(jié)合。在此過(guò)程中需要解決的問(wèn)題包括:作為局域網(wǎng)的家電網(wǎng)絡(luò)采用哪種協(xié)議最為有效，家電網(wǎng)絡(luò)如何與Internet掛接最為理想。

　　由于家電大多采用8位甚至4位單片機(jī)作為控制器，其運(yùn)算速度和系統(tǒng)資源都非常有限，因此無(wú)論是組成局域網(wǎng)還是連入Internet，家電網(wǎng)絡(luò)的軟硬件設(shè)計(jì)都與一般網(wǎng)絡(luò)有所不同，有必要使用專門的解決方案，例如:操作系統(tǒng)采用嵌入式操作系統(tǒng)，又稱實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS);局域網(wǎng)采用RS485或各種現(xiàn)場(chǎng)總線;使用運(yùn)行TCP/IP協(xié)議的專用芯片作為單片機(jī)和Internet之間的橋梁。

3 家電上網(wǎng)的幾種解決方案

　　利用MCU實(shí)現(xiàn)嵌入式Internet方案的技術(shù)難點(diǎn)在于:如何利用MCU自身有限的資源對(duì)信息進(jìn)行TCP/IP協(xié)議處理，使之變成可以在Internet上傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)包。從解決這一技術(shù)問(wèn)題出發(fā)，目前主要的方案有以下幾種:

3.1 32位MCU+RTOS

　　采用32位高檔單片機(jī)，在RTOS(實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng))平臺(tái)上進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議處理。目前國(guó)內(nèi)較為流行的RTOS有VxWorks、pSOS、Nucleus、QNX、Windows CE等，Linux也在向這個(gè)領(lǐng)域進(jìn)軍。網(wǎng)虎國(guó)際(XLinux)公司已開(kāi)發(fā)出大小僅為100K、目前世界上最小的Linux內(nèi)核QUARK(夸克)，和總?cè)萘坎坏?M的嵌入式Linux，并且在Intel公司新推出的芯片strongARM上獲得了成功的應(yīng)用。這些RTOS各有特點(diǎn)，后三種對(duì)圖形界面(GUI)的支持較好。

　　由于采用高檔單片機(jī)，此方案可以完成很多復(fù)雜的功能，但成本較高，開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)，需要購(gòu)買昂貴的RTOS開(kāi)發(fā)軟件，對(duì)開(kāi)發(fā)人員的能力要求較高。

3.2 8位MCU+TCP/IP協(xié)議芯片

　　這個(gè)方案是由MCU及固化了TCP/IP協(xié)議的芯片組成應(yīng)用系統(tǒng)" title="應(yīng)用系統(tǒng)">應(yīng)用系統(tǒng)的核心。應(yīng)用系統(tǒng)可以直接撥號(hào)上網(wǎng)，硬件電路相對(duì)簡(jiǎn)單。但需要大容量的存儲(chǔ)器，如果使用的TCP/IP協(xié)議芯片是軟件固化的，還要求MCU有較高的運(yùn)行速度。采用這種方案的芯片有Scenix Semiconductor公司的SX-stack、Seiko公司的S7600A、iReady公司的Internet Tuner、Connect One公司的iChip等，其中Scenix單片機(jī)為軟件固化協(xié)議，其他芯片則為硬件固化。下面簡(jiǎn)單介紹這幾款芯片。

　　SCENIX單片機(jī)基于RISC結(jié)構(gòu)，帶有片上FLASH程序存儲(chǔ)器，具有在系統(tǒng)編程調(diào)試功能。由于采用CPU并行流水線方式及單時(shí)鐘周期指令，在100MHz晶振驅(qū)動(dòng)下指令執(zhí)行速度可達(dá)100MIPS，所有I/O管腳可以通過(guò)編程靈活配置。綜合以上特點(diǎn)，該單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)虛擬外設(shè)(Virtual Peripheral)功能。即CPU通過(guò)執(zhí)行虛擬軟件模塊直接驅(qū)動(dòng)I/O口實(shí)現(xiàn)硬件外設(shè)功能(如UART、I2C、SPI、Caller ID、FSK等)。最引人注目的是，它可以運(yùn)行流行的Internet協(xié)議棧，如HTTP、SMTP、POP3、TCP、UDP、ICMP、IP、PPP，還可以實(shí)現(xiàn)Ethernet IEEE802.3協(xié)議。

　　上述軟件協(xié)議棧都是用匯編語(yǔ)言編寫，存儲(chǔ)在單片機(jī)的FLASH程序存儲(chǔ)器中。由于采用多任務(wù)方式，單片機(jī)在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集或完成I/O控制任務(wù)的同時(shí)，完成Internet協(xié)議處理。在應(yīng)用層，用戶可以選擇HTTP、SMTP、POP3中的任意一種作為單片機(jī)系統(tǒng)與Internet遠(yuǎn)程管理終端之間的通訊協(xié)議;或者用戶使用自己開(kāi)發(fā)的其它程序作為應(yīng)用層軟件。在物理層上，用戶可以選擇PPP撥號(hào)上網(wǎng)方式，通過(guò)MODEM連接到電話線上網(wǎng);或者外加以太網(wǎng)控制芯片，即可實(shí)現(xiàn)Ethernet (IEEE802.3)協(xié)議處理，使單片機(jī)系統(tǒng)可以直接通過(guò)RJ45連到以太網(wǎng)上，通過(guò)以太網(wǎng)接入Internet。

　　SCENIX公司提供從軟件到硬件完整的解決方案，并免費(fèi)提供各種參考設(shè)計(jì)及軟件模塊，用戶可以使用現(xiàn)成的原理圖參考設(shè)計(jì)和TCP/IP協(xié)議軟件模塊，只需要修改底層軟件中的IP地址即可，使開(kāi)發(fā)周期大大縮短，開(kāi)發(fā)成本大大降低。用戶也可以自己編寫應(yīng)用層程序。

　　Seiko Instruments公司的S7600A和其余幾款芯片則是用硬件實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議堆棧，作為MCU和Internet之間的加速器。它們大都包括HTTP客戶軟件，支持HTTP、SMTP、POP3、MIME等多種協(xié)議，可進(jìn)行Web瀏覽和收發(fā)E-mail。其中iChip還內(nèi)置無(wú)線功能，可與GSM網(wǎng)絡(luò)連接。

　　這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是將8位單片機(jī)系統(tǒng)直接與Internet相連。可以使用PC機(jī)通過(guò)Internet遠(yuǎn)程訪問(wèn)單片機(jī)系統(tǒng);也可以使用單片機(jī)系統(tǒng)將信息通過(guò)Internet發(fā)送到遠(yuǎn)程PC或其它終端上。但應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工程師必須熟悉TCP/IP等協(xié)議和相關(guān)接口，軟件設(shè)計(jì)量較大。另外每個(gè)電子設(shè)備都需要一個(gè)IP地址，因此需要擴(kuò)充IP協(xié)議才能得到更好的支持。

3.3 MCU+EMIT協(xié)議 + emGateway

　　利用emWare公司開(kāi)發(fā)的EMIT(Embedded Micro Internetworking Technology，嵌入式微Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù))，在應(yīng)用系統(tǒng)的MCU內(nèi)部使用emNet協(xié)議，再通過(guò)emGateway與Internet連接。

　　emGateway網(wǎng)絡(luò)軟件接口可以安裝在計(jì)算機(jī)、TV機(jī)頂盒或?qū)Ｓ玫募矣秒娖鞣?wù)器中。它支持TCP/IP協(xié)議并運(yùn)行HTTP服務(wù)程序，作為用戶可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器遠(yuǎn)程訪問(wèn)服務(wù)器。EmGateway通過(guò)RS-232、RS-485、CAN、紅外及射頻等通信方式與多個(gè)嵌入式設(shè)備相連。每個(gè)嵌入式設(shè)備的應(yīng)用程序包含一個(gè)獨(dú)立的通信任務(wù)，稱為emMicro，監(jiān)測(cè)嵌入式設(shè)備中預(yù)先定義的各個(gè)變量，并將結(jié)果反饋到emGateway中，同時(shí)emMicro還可以解釋Gateway的命令，修改設(shè)備中的變量，或進(jìn)行某種控制。為了完成網(wǎng)絡(luò)連接，emWare公司開(kāi)發(fā)了大量軟件來(lái)建立訪問(wèn)和監(jiān)控MCU應(yīng)用系統(tǒng)的接口，這些接口可以用在不同的設(shè)備中。EmMicro和emGateway一起為嵌入式設(shè)備提供了Internet/Intranet功能。

　　1998年，EMIT方案對(duì)ETI(Embed The Internet，嵌入互聯(lián)網(wǎng))聯(lián)盟的成立起了很大的推動(dòng)作用。1999年ETI成員已達(dá)17個(gè)公司，包括在微控制器方面具有重要地位的 Analog Devices、Atmel、Hitachi、Microchip Technology、Mitsubishi、Motorola、National Semiconductor和Philips Semiconductor。1999年6月份，AT&T也加入了ETI，這樣嵌入互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟已經(jīng)成為世界上推動(dòng)嵌入式微控制器控制的家電上網(wǎng)的一支重要力量。Microchip公司和Philips公司都在此基礎(chǔ)上有相關(guān)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

　　由于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是通過(guò)emGateway在PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)的，應(yīng)用系統(tǒng)MCU只使用較簡(jiǎn)單的emNet協(xié)議，因此對(duì)MCU的要求較低。但應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師必須熟悉emNet協(xié)議和相關(guān)的接口，原來(lái)客戶應(yīng)用系統(tǒng)的MCU也不一定符合要求，并且軟硬件設(shè)計(jì)的工作量仍然較大。同時(shí)，應(yīng)用系統(tǒng)的單片機(jī)處理emNet協(xié)議要占用一定的系統(tǒng)資源。

3.4 MCU+Webchip + PC網(wǎng)關(guān)

　　所謂Webchip是獨(dú)立于各種微控制器的專用網(wǎng)絡(luò)接口芯片。它通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的輸入、輸出口與各種MCU相連。MCU通過(guò)Webchip與網(wǎng)關(guān)連接即可接收并執(zhí)行經(jīng)由Internet遠(yuǎn)程傳來(lái)的命令或?qū)?shù)據(jù)交給Webchip發(fā)送出去。

　　以武漢力源公司的PS2000芯片為例，該芯片內(nèi)部固化了與emGateway和OSGi協(xié)議兼容的MCUNet協(xié)議，它通過(guò)SPI三線串行接口與MCU應(yīng)用系統(tǒng)連接，通過(guò)17條指令與MCU應(yīng)用系統(tǒng)交換信息。PS2000的另一端以RS-232、RS-485或Modem等接口電路與基于PC平臺(tái)的網(wǎng)關(guān)接口。MCUNet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議由PS2000完成，這就如同設(shè)計(jì)UART系統(tǒng)時(shí)選用UART接口芯片一樣簡(jiǎn)單。

　　Webchip的主要優(yōu)點(diǎn)是:對(duì)MCU應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)，無(wú)需熟悉復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及其接口;對(duì)MCU芯片來(lái)說(shuō)，對(duì)運(yùn)行速度和存儲(chǔ)器容量等方面無(wú)特殊要求;軟件設(shè)計(jì)只需要增加一小段接口程序，其它無(wú)需作大的改動(dòng)，在很大程度上簡(jiǎn)化了應(yīng)用設(shè)計(jì)的工作量，可以縮短MCU應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期。

3.5 現(xiàn)場(chǎng)總線 + Internet服務(wù)器

　　以上4種方案適用于不同的產(chǎn)品和不同的應(yīng)用環(huán)境。例如，機(jī)頂盒或掌上電腦等對(duì)功能要求較高的產(chǎn)品可以選擇方案1;網(wǎng)絡(luò)空調(diào)或家用報(bào)警器等使用8位MCU的產(chǎn)品可以選擇方案2;如果有PC可用作網(wǎng)關(guān)，想選擇低檔MCU以降低產(chǎn)品成本，可以選擇方案3;如果不想對(duì)原來(lái)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)做太大改動(dòng)，并且有PC可用作網(wǎng)關(guān)，則可以選擇方案4。

　　雖然這幾種方案從不同途徑實(shí)現(xiàn)了MCU應(yīng)用系統(tǒng)與Internet的連接，采用這些方案，再加上RS-232、RS-485總線、射頻或紅外控制模塊等擴(kuò)展方式，就可以構(gòu)成小型的家電控制網(wǎng)絡(luò)。但這只解決了上文提出的兩個(gè)問(wèn)題之一。另一個(gè)問(wèn)題，即采用哪種協(xié)議最為有效的問(wèn)題并未解決。一個(gè)好的家電網(wǎng)絡(luò)，必須具有清晰的結(jié)構(gòu)、良好的擴(kuò)展性、易于相互協(xié)調(diào)，以確保能夠把大量性能各異的電器設(shè)備透明和無(wú)縫地集成到網(wǎng)絡(luò)中來(lái)。

　　目前智能樓宇中廣泛采用的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，較為成功地解決了這一問(wèn)題。現(xiàn)場(chǎng)總線(Fieldbus)技術(shù)是為了解決分布式控制系統(tǒng)(DCS)的缺陷而出現(xiàn)的新一代通信技術(shù)。它采用數(shù)字信號(hào)傳遞信息，可以實(shí)現(xiàn)一對(duì)電線上傳遞多個(gè)信號(hào)，同時(shí)可為多個(gè)設(shè)備提供電源，因此可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，節(jié)約硬件設(shè)備和連接電纜。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)總線采用公開(kāi)一致的通信標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)廠家設(shè)備可以交換信息和互操作，是真正意義上的開(kāi)放系統(tǒng)。在CAN(Control Area Network，控制局域網(wǎng))、Profibus(Process fieldbus)、FF((Foundation Fieldbus，基金會(huì)總線)、ControlNet等諸多現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)中，LonWorks以其更為顯著的開(kāi)放性和智能性，在智能樓宇和家庭自動(dòng)化方面有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

　　Local Operation Network(LON)是美國(guó)Echelon公司、Motorola公司和日本東芝公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)并由Echelon公司于1993年推出的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。它是一整套含有90多種硬件、軟件產(chǎn)品和服務(wù)的完整平臺(tái)，其通信協(xié)議LonTalk支持OSI的所有七層模型。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以是總線型、星型、環(huán)型、自由網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。設(shè)備之間以對(duì)等的方式通訊，每個(gè)LonWorks節(jié)點(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)或經(jīng)過(guò)處理的信息都可以網(wǎng)絡(luò)共享;任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以調(diào)用其他節(jié)點(diǎn)的信息。網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有中央控制器，沒(méi)有故障集中點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了真正的全分布式智能控制，比傳統(tǒng)的上下、主從式控制結(jié)構(gòu)更靈活、更可靠。它采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為參數(shù)設(shè)置。通信速率從300bps～1.5Mbps，直接通信距離可達(dá)2700m(78kbps，雙絞線)。通訊介質(zhì)支持雙絞線、電力線、同軸電纜、光纖、無(wú)線射頻、紅外線等，多種介質(zhì)可以在同一網(wǎng)絡(luò)中混合使用。

LonWorks技術(shù)是一套開(kāi)放式技術(shù)，其通訊協(xié)議LonTalk也是開(kāi)放的。為了保證各個(gè)廠商不同設(shè)備的互操作性，Echelon公司和一些LonWorks用戶在1994年5月成立了LonMark互操作協(xié)會(huì)，凡是符合LonMark互操作性標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，都可以很容易地與其他滿足該標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接。因此，集成商和用戶可以在數(shù)千個(gè)廠家中選擇不同的產(chǎn)品，還可以得到許多第三方工具。

　　LonWorks技術(shù)的核心器件是Neuron Chip(神經(jīng)元芯片)，它是集通信、控制、調(diào)度和I/O支持為一體的VLSI器件。包括3個(gè)8位CPU，兩個(gè)用于網(wǎng)絡(luò)通信(其中一個(gè)完成OSI模型中1、2層功能，稱為MAC處理器;另一個(gè)完成3～6層的功能，稱為網(wǎng)絡(luò)處理器)，一個(gè)用于應(yīng)用，這使得復(fù)雜的應(yīng)用不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的反應(yīng)能力。LonTalk協(xié)議通過(guò)硬件和固件(firmware)集成在Neuron Chip上，一旦Neuron Chip接到LonWorks網(wǎng)絡(luò)，MAC處理器和網(wǎng)絡(luò)處理器會(huì)自動(dòng)執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)通信及控制工作，無(wú)需用戶專門進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信方面的開(kāi)發(fā)。這就大大方便了用戶聯(lián)網(wǎng)的工作，只須把精力集中在對(duì)象的控制上即可。

　　LonTalk中有個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)LonWorks在其他處理器上的應(yīng)用。神經(jīng)元芯片作為通信處理器，負(fù)責(zé)LonTalk協(xié)議的1～5層，而主處理器實(shí)現(xiàn)第6、7層。用戶可以購(gòu)買LonWorks控制模塊，方便地插入自己開(kāi)發(fā)的電路板，就可以組成功能強(qiáng)大的LonWorks應(yīng)用節(jié)點(diǎn)，從而大大降低節(jié)點(diǎn)的開(kāi)發(fā)成本和風(fēng)險(xiǎn)。控制模塊支持組態(tài)軟件在線下載應(yīng)用程序，可以方便地修改和調(diào)試應(yīng)用程序。

　　Echelon公司于2000年3月推出的i.LONTM 1000 Internet服務(wù)器采用32位RISC處理器和Virtual Network Interfaces(VIN，虛擬網(wǎng)絡(luò)接口)技術(shù)，針對(duì)LonWorks數(shù)據(jù)包提供真正的第三層路由(Layer-3 routing)。i.LON 1000將LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)和基于Internet Protocol(IP)的數(shù)據(jù)網(wǎng)無(wú)縫對(duì)接，能夠使任何LonWorks網(wǎng)絡(luò)及其中的所有設(shè)備有效地成為Internet中的節(jié)點(diǎn)，同時(shí)不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的診斷和維護(hù)，以及設(shè)備控制的特性。i.LON 1000支持標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議:TCP/IP、UCP、DHCP、SNMP(MB II)、ICMP、SNTP、TOS、MD5和FTP，從而為將LonWorks網(wǎng)絡(luò)中數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的設(shè)備連入Internet鋪平了道路。

　　在構(gòu)建完整的家電網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況選用或綜合應(yīng)用上述幾種方案。

　　據(jù)世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)協(xié)會(huì)(WSTS)藍(lán)皮書的統(tǒng)計(jì)，從銷售數(shù)量計(jì)，包括Intel的Pentium系列，AMD的Athlon，IBM、Motorola的PowerPC等PC處理器只占世界所有處理器市場(chǎng)的6%，嵌入式微處理器則占到94%，達(dá)50億個(gè)。據(jù)估計(jì)，目前每個(gè)美國(guó)家庭即擁有60個(gè)嵌入式微處理器。隨著嵌入式微處理器在生活中的廣泛應(yīng)用，Internet應(yīng)用將轉(zhuǎn)向以嵌入式設(shè)備為中心。據(jù)網(wǎng)絡(luò)專家預(yù)測(cè)，將來(lái)在Internet上傳輸?shù)男畔⒅?，將?0%的信息來(lái)自小型嵌入式系統(tǒng)。 可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)將出現(xiàn)更多的嵌入式Internet方案，家庭的智能化網(wǎng)絡(luò)化程度將不斷提高。

?

參考文獻(xiàn)

1 王雙慶，刑建春，王平. LonWorks總線技術(shù)及發(fā)展. 計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量與控制，2000;8(5)

2 余永權(quán). 嵌入式系統(tǒng)、智能家電及家居網(wǎng)絡(luò). 單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2001;1

3 詹樹(shù)仁. 家用電器上網(wǎng)的意義、現(xiàn)狀和實(shí)現(xiàn)方法. 力源電子工程，2000;2

4 黎 明.Webchip智能Internet網(wǎng)絡(luò)接口芯片及其應(yīng)用.力源電子工程，2000;2

5 李蔚，李巧玲. 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用. 電子產(chǎn)品世界，2000;8

6 夏克國(guó). SCENIX單片機(jī)嵌入式Internet方案. http：//www.21ic.com

7 http：//www.echelon.com.cn

8 http：//www.c51bbs.com