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由W3100A構(gòu)成嵌入式網(wǎng)關(guān)的家庭智能系統(tǒng)
摘要：主要從嵌入式系統(tǒng)自身的特點(diǎn)出發(fā)，介紹一種新型的基于嵌入式網(wǎng)關(guān)的家庭智能系統(tǒng)。系統(tǒng)以以太網(wǎng)為通信媒介，利用嵌入式網(wǎng)關(guān)進(jìn)行家庭內(nèi)外信息交換，通過瀏覽器對家庭的各種信息進(jìn)行實(shí)時、有效的管理和調(diào)度，為現(xiàn)代家庭生活提供智能服務(wù)。關(guān)鍵詞：W3100A 嵌入式網(wǎng)關(guān) DNS DHCP
引言
當(dāng)今社會逐漸入網(wǎng)絡(luò)時代，因特網(wǎng)已成為重要的基礎(chǔ)信息設(shè)施。目前，大部分網(wǎng)絡(luò)終端仍以PC的形式出現(xiàn)，但是從計(jì)算機(jī)應(yīng)用普及的情況看，嵌入式系統(tǒng)更為普及，過去大量的浩如煙海的8位/16位單片機(jī)的嵌入式設(shè)備，已經(jīng)到了享受網(wǎng)絡(luò)方便的時候了。近來的統(tǒng)計(jì)證明：PC機(jī)CPU的產(chǎn)量僅是MCU產(chǎn)量的1/100，并且由于MCU的成本低廉，應(yīng)用非常普及。在工業(yè)測控、智能儀器、智能家庭領(lǐng)域，MCU應(yīng)用系統(tǒng)已無處不在。在這些場合中，以MCU為核心的設(shè)備同樣也需要解決接入因特網(wǎng)的問題。本文在分析嵌入式系統(tǒng)與常規(guī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)研發(fā)不同點(diǎn)的基礎(chǔ)上，介紹一種新型家庭智能系統(tǒng)。
1 家庭智能系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)
家庭智能系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的總體框圖如圖1所示。從大的方面看，家庭智能系統(tǒng)可由三部分組成：家庭自動化外部接口模塊、家庭自動化圖像模塊、家庭智能化內(nèi)部無線收發(fā)與控制模塊。未來的家庭中，多件家用電器與各種報(bào)警器將組成一個家庭的內(nèi)部網(wǎng)，并通過內(nèi)部網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)接入因特網(wǎng)。一方面，內(nèi)部網(wǎng)中的家電可以通過網(wǎng)關(guān)訪問因特網(wǎng)上資源。如網(wǎng)絡(luò)電視機(jī)每天早晨自動訪問用戶喜歡的某個電視臺的網(wǎng)站，自動下載晚上的節(jié)目表。另一方面，用戶可以在因特網(wǎng)任務(wù)一點(diǎn)通過瀏覽器對家里的家用電器與報(bào)警器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。如用戶出門在外，可以在外地上網(wǎng)，通過瀏覽器，啟動家里的攝像機(jī)實(shí)時監(jiān)察家里的安全。家庭自動化內(nèi)部無線網(wǎng)模塊要由消息處理模塊和基于工頻的無線收模塊（NRF401）構(gòu)成。它將成為Internet網(wǎng)的發(fā)展沃土，順應(yīng)“網(wǎng)絡(luò)服務(wù)”向“網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用”擴(kuò)展的大潮。本文主要介紹嵌入式網(wǎng)關(guān)，以及如何在遠(yuǎn)程訪問具有靜態(tài)或動態(tài)IP地址嵌入式網(wǎng)關(guān)的技術(shù)。
2 嵌入式網(wǎng)關(guān)
目前，國內(nèi)外嵌入式網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)有二種方案：第一種方案，是基于軟件來實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧；第二種是直接利用TCP/IP協(xié)議棧芯片。本文介紹的嵌入式網(wǎng)關(guān)采用第二種方案，它由W3100A、RTL8201、MCU組成，如圖2所示。
圖2中，DLC為數(shù)據(jù)鏈路控制，MAC為媒體訪問控制，IP為網(wǎng)際協(xié)議，ICMP為因特網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議，TCP為傳輸控制協(xié)議，UDP為用戶數(shù)據(jù)攝協(xié)議，DPRAM為雙端口存儲器。
第一種方案在大批量生產(chǎn)時，具有成本低的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)橛密浖O(shè)計(jì)的TCP/IP協(xié)議棧，是一次投交多次使用；但開始投次比較大且設(shè)計(jì)復(fù)雜，因?yàn)樾枰獙?shí)時操作系統(tǒng)的支持，而第二種方案，盡管在大指生產(chǎn)時成本高，因?yàn)槊總�智能設(shè)備都要嵌入TCP/IP協(xié)議棧芯片；但是在非大批量生產(chǎn)時具有投次比較大，設(shè)計(jì)簡單、靈活的特點(diǎn)，因?yàn)椴恍枰獙?shí)時操作系統(tǒng)的支持。本文采用的TCP/IP協(xié)議棧芯片是W3100A.它有如下特點(diǎn)：首先，它自帶TCP/IP協(xié)議棧（如TCP、UDP、Ipver.4、ICMP、ARP、DLC、MAC協(xié)議）；其次，它能同時支持四個獨(dú)立的連接通道，具有高速傳輸速率（如網(wǎng)關(guān)的MCU用Atmel 8951，那么網(wǎng)關(guān)的傳輸速率是200b/s；
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