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    山东体十一选5走势图:基于MCU的嵌入式物联网设计中的以太网连接

    电子设计 ? 2019-03-18 08:14 ? 次阅读

    山东11选5走势图 www.iic6.com 随着我们进入普及的物联网(IoT)世界,嵌入式设备的连接性是必不可少的。无线连接似乎是主流趋势,但大多数无线设备最终需要找到有线互联网连接以增加带宽和可靠性。我们的好朋友传统有线以太网连接仍然需要集线器,聚合器,网桥,存储和应用服务器嵌入式节点。当成本,带宽,便利性或可靠性问题排除无线方法时,低成本传感器也可以使用有线以太网而不是无线解决方案。幸运的是,许多低成本MCU系列现在提供有线以太网支持,因此可以开发传感器,廉价桥接器和连接聚合器,而不会“破坏”预算库。

    本文将概述支持有线以太网连接的廉价MCU类型。将提供一些需要有线连接的常见嵌入式应用示例,以演示关键MCU特性和功能如何与重要应用要求相匹配。

    嵌入式环境中的以太网连接

    以太网在嵌入式系统中是如此普遍的元素,我们通常不会多考虑它 - 它只是计算机通信的“以太”。自从1985年最初的标准化以来,以太网已经从最初的3 Mbit/s数据传输速率发展并发展到100 Gbit/s,并产生了各种不同的媒体和连接拓扑。多层OSI模型和底层消息结构的灵活性支持了以太网在几十年内生存和繁荣的发展和优化。

    嵌入式设备使用以太网连接来发送和接收数据和控制信息。更高级的嵌入式系统可以使用以太网来传输和接收代码更新,以添加新功能并修复可被黑客利用来窃取机密信息的漏洞或安全漏洞。必须?;ふ庑└旅馐馨踩┒垂セ?,或者黑客可以使用更新工具完全破坏系统并将其用作攻击网络其他部分的入口点。即使是低成本的嵌入式系统也可以利用远程更新的便利性,因此即使设计“按预算”完成,也必须考虑某种程度的安全性。

    以太网幸存的原因之一这个标准的早期版本已经变得越来越具有成本效益。例如,在双绞线和8P8C??榛悠魃显诵械谋曜迹?0BASE-T和100BASE-TX)的低带宽10 Mbit/s和100 Mbit/s版本,即使在标准化后数十年仍然是一种流行的版本。这些版本现在通常在低成本MCU中得到支持,甚至可以为成本受限的设计提供连接。

    预算中的以太网连接

    MCU供应商即使在一些最低端设备上也提供以太网连接。这使得即使是低成本的传感器,控制器和分布式系统外围的其他元件也可以添加Internet连接。最普遍的MCU系列之一是Microchip的PIC,PIC18F MCU系列的一些成员具有片上10BASE-T以太网控制器和集成PHY。这样就可以仅使用带有集成磁性元件的外部连接器(如Bel Fuse S811-1X1T-06-F)连接到以太网。集成PHY非常简单,因为它实现了低速10BASE-T标准,但由于它们的向后兼容性,它仍然可以连接到100BASE-T和1000BASE-T标准。

    尽管Microchip PIC18F97J60 MCU价格低廉,以太网控制器具有多种先进功能,可轻松实现更高级别通信协议所需的软件。如图1所示,控制器中包含一个8 KB的以太网RAM缓冲区,用于本地数据包存储,从而减少对系统内存的带宽要求。仲裁器管理从DMA控制器,CPU,发送??楹徒邮漳?槎允莼撼迩姆梦?,以最大限度地提高性能和效率。

    基于MCU的嵌入式物联网设计中的以太网连接

    图1:Microchip PIC18F97J60以太网控制器框图。 (由Microchip提供)

    PIC18F以太网控制器的其他高级功能之一是能够在接收到特殊数据包时唤醒。这在传感器应用中特别有用,在传感器应用中,设备可以进入低功耗模式,直到需要读数。当接收到唤醒数据包时,CPU被中断并转换出低功耗状态。传感器读数通过以太网传送回主机。 CPU返回低功耗模式,直到收到另一个唤醒数据包。

    构建网桥

    通常,需要将具有不同接口要求的多个传感器合并并“桥接”到单一标准接口。在这个应用中,MCU可能需要具有更强大的以太网实现,可能使用100BASE-T标准来提升我们之前看到的单传感器设备的性能,其中较慢的10BASE-T标准就足够了。 MCU还需要支持各种其他标准,例如USB,SPI,I 2 C,CAN和SMBus/PMBus,因此它可以覆盖所有潜在的传感器接口。例如,STMicroelectronics STM32F405xx/7xx MCU不仅支持以太网10/100BASE-T连接,还支持许多其他流行接口。如图2中的框图所示,它支持所有通用接口,并且由于它提供从64引脚到176引脚的各种封装,您可以将器件与优化电路板所需的精确接口端口数相匹配空间使用。

    基于MCU的嵌入式物联网设计中的以太网连接

    图2:ST Microelectronics STM32F405xx/7xx MCU的框图。 (由ST Microelectronics提供)

    STM32F405xx/7xx的另一个关键特性是其片上总线的结构,使其成为桥接应用的理想选择。请注意,低速串行外设由两个不同的总线组成,带有独立的DMA控制器,以最大限度地减少总线冲突。以太网和USB接口与高速AHB总线交换矩阵有自己的连接,可以优先访问片上和外部存储器。在组合和整合多个传感器数据流以通过单个以太网接口进行通信时,这种灵活的片上总线结构至关重要。

    聚合和存储

    以低成本实现嵌入式应用程序将有足够的数据由本地传感器生成或从远程传感器集线器聚合,MCU中可用的内部存储将是不够的。在这些情况下,将需要外部存储器控制器来管理外部存储设备。对于中等容量的应用,静态存储器就足够了,但在高容量应用中,将需要动态存储器。与NXP LPC178x/7x上的存储器控制器一样,它支持任何类型的接口,并且可以特别高效,因为具有不同存储器要求的多个产品变体可以由同一MCU支持。如图3所示,支持静态存储器(ROM,RAM和Flash)和动态存储器(SDRAM),可以存储大量数据。嵌入式数据缓冲区在合并写入事务以最小化内存访问时非常有用。读操作可以使用缓冲区来聚合事务以最小化总线带宽。此外,对先前缓冲的位置的访问可以使用缓冲的数据而不是外部存储器,从而改善存储器带宽并降低功耗。

    基于MCU的嵌入式物联网设计中的以太网连接

    图3:恩智浦LPC178x/7x外部存储器控制器框图。 (恩智浦提供)

    安全预防措施

    在某些以太网连接的嵌入式系统中,安全性是一个关键考虑因素。许多低成本MCU没有集成的安全功能,但有一些安全外设可用于为低成本MCU系统增加安全功能。例如,Atmel CryptoAuthentication ATSHA204A安全设备可以存储安全密钥,验证接收的数据,并生成随机数,以便在通用安全协议中使用。标准安全散列算法(SHA)用于生成和检查用于安全地验证传输的安全摘要。设备中可用的安全命令类型列表如图4所示.MCU的接口使用熟悉的I 2 C总线,以便于集成。

    基于MCU的嵌入式物联网设计中的以太网连接

    图4:Atmel ATSHA204A上可用的安全命令。 (由Atmel公司提供)

    结论

    以太网已经存在,现在支持有线以太网连接的低端MCU,嵌入式物联网设备将能够使用性能和可靠性由有线连接提供。确保将应用程序所需的以太网功能与目标MCU提供的功能相匹配,以便成功进行设计。

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    5G助力物联网驶入快车道

    5G凭借高带宽、低延迟、海量物联的三大优势,能够进一步推进人和物、物与物的连接,为物联网新的业务和应....
    发表于 04-19 10:20 ? 168次 阅读
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    如何促进物联网健康有序的发展

    物联网应用涉及国民经济和人类社会生活的方方面面,然而近年来多领域发生安全事件:在智慧城市领域,201....
    发表于 04-19 09:26 ? 201次 阅读
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    医疗产业与新技术逐渐融合 物联网助力智慧医院蓬勃发展

    近日,达实智能发布了《基于物联网应用的达实智慧医院白皮书》,从智慧医院的发展现状入手,总结智慧医院发....
    发表于 04-19 08:51 ? 180次 阅读
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    STM32G0系列产品的详细资料介绍

    在意法半导体STM32产品家族中,STM32F0系列微控制器(MCU)是市场占有率很高的一款产品,现....
    发表于 04-19 08:00 ? 62次 阅读
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    如何使用空间合作关系进行基站流量预测模型的资料说明

    针对传统的自回归积分移动平均(ARIMA)模型和长短时记忆(LSTM)单元在基站流量预测中没有利用基....
    发表于 04-18 17:29 ? 55次 阅读
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    如何使用CC2530单片机进行多点温度采集系统的设计实验说明

    多点温度采集有利于分析整个设备或系统的温度,改善被控温度的技术指 标,提高产品的质量和数量,因而,....
    发表于 04-18 08:00 ? 68次 阅读
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    TMS320F28076 TMS320F2807x Piccolo 微控制器

    C2000?32位微控制器在处理,传感和驱动方面进行了优化,可提高实时控制应用中的闭环性能,例如工业电机驱动,光伏逆变器和数字电源,电动车辆与运输,电机控制以及传感和信号处理.C2000产品线包括Delfino?高端性能系列和Piccolo?入门级性能系列。 TMS320F2807x微控制器平台属于Piccolo?系列,适用于高级闭环控制应用,例如工业电机驱动,光伏逆变器和数字电源,电动车辆与运输以及传感和信号处理。数字电源和工业驱动器的完整开发包作为powerSUITE和DesignDRIVE方案的一部分提供。 F2807x是基于TI行业领先的C28x内核的32位浮点微控制器。此内核的性能通过三角运算硬件加速器得到了提升,该加速器利用CPU指令(如正弦,余弦和反正切函数)提高了转矩环路和位置计算中常见的基于三角运算的算法性能。 F2807x微控制器系列采用一个CLA实时控制协处理器.CLA是一款独立的32位浮点处理器,运行速度与主CPU相同。该CLA会对外设触发器作响响应,并与主C28x CPU同时执行代码。这种并行处理功能可有效加倍实时控制系统的计算性能。通过利用CLA执行时间关键型功能,主C28x CPU可以得到释放,以便用于执行通信和诊断等其...
    发表于 01-08 17:49 ? 72次 阅读
    TMS320F28076 TMS320F2807x Piccolo 微控制器

    CC3200MOD SimpleLink Wi-Fi CC3200 片上因特网无线 MCU ???/a>

    使用业界首款可编程FCC,IC,CE和Wi-Fi认证无线微控制器(MCU)???,内置Wi-Fi,开始您的设计连接。 SimpleLink CC3200MOD专为物联网(IoT)而创建,是一个集成了ARM Cortex-M4 MCU的无线MCU???,允许客户使用单个设备开发整个应用程序。凭借片上Wi-Fi,互联网和强大的安全协议,无需先前的Wi-Fi体验即可加快开发速度。 CC3200MOD将所有必需的系统级硬件组件(包括时钟,SPI闪存,RF开关和无源元件)集成到LGA封装中,以便于组装和低成本PCB设计。 CC3200MOD作为完整的平台解决方案提供,包括软件,样本应用,工具,用户和编程指南,参考设计以及TI E2E支持社区。 应用MCU子系统包含行业标准的ARM Cortex- M4内核以80 MHz运行。 该器件包括各种外设,包括快速并行相机接口,I2S,SD /MMC,UART,SPI,I2C和四通道ADC。 CC3200系列包括用于代码和数据的灵活嵌入式RAM;带外部串行闪存引导程序和外设驱动程序的ROM;用于Wi-Fi网络处理器服务包,Wi-Fi证书和凭证的SPI闪存。 Wi-Fi网络处理器子系统具有Wi-Fi片上网络,并包含一个附加功能专用的ARM...
    发表于 08-20 17:53 ? 131次 阅读
    CC3200MOD SimpleLink Wi-Fi CC3200 片上因特网无线 MCU ??? />    </a>
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