嵌入式控制器部盡管任何一種帶有網(wǎng)絡(luò)接口的微處理器,都能被證明可歸入網(wǎng)絡(luò)處理器的范疇,但任何一種成熟的處理器都應(yīng)能支持一些被廣泛采用的通信總線,如以太網(wǎng)或CAN(控制區(qū)域網(wǎng))等。 而在選擇一種合適的網(wǎng)絡(luò)總線來(lái)進(jìn)行支持的時(shí)候,設(shè)計(jì)者可能會(huì)提出幾個(gè)問(wèn)題:CAN和以太網(wǎng)還會(huì)繼續(xù)被廣泛采用嗎?如果是,那它們又將如何共存?最后,對(duì)總線的選擇又將如何影響網(wǎng)絡(luò)處理器的設(shè)計(jì)呢?我們可以通過(guò)比較幾種總線的技術(shù)特點(diǎn)以及研究它們?cè)谑袌?chǎng)上的拓展情況來(lái)回答這些問(wèn)題。 CAN協(xié)議是基于消息而不是基于地址這一事實(shí)有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì):首先,這種方法支持模塊化電子技術(shù)的使用,即發(fā)送控制器并不需要知道接收器,反之亦然;其次,更易于進(jìn)行維護(hù)與升級(jí);第三,可使多個(gè)節(jié)點(diǎn)接收來(lái)自同一來(lái)源上的消息。例如,可簡(jiǎn)單地將幾個(gè)控制器所需的測(cè)量值廣播到網(wǎng)上,從而使帶寬使用量最少。CAN協(xié)議的另一個(gè)帶寬節(jié)省特性稱(chēng)為"遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求",它允許一個(gè)節(jié)點(diǎn)向其他節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求發(fā)送信息,例如,這能在執(zhí)行故障診斷套裝(程序)時(shí)使用。因此,只要實(shí)際上需要,即可從其他非關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上請(qǐng)求狀態(tài)信息,而這比讓所有監(jiān)視點(diǎn)定期發(fā)送狀態(tài)要好。 CAN總線的另一特性被稱(chēng)為"故障界定",此特性能在故障發(fā)生時(shí)避免整條生產(chǎn)線停機(jī),比如室溫傳感器等。CAN節(jié)點(diǎn)能進(jìn)行自我診斷,并能根據(jù)故障的嚴(yán)重程度(亦即是永久性故障還是臨時(shí)性故障等)而轉(zhuǎn)換為3種模式之一,其中包括完全停機(jī)。此特性可避免故障節(jié)點(diǎn)不斷地發(fā)出故障信號(hào)以及中斷通信。以太網(wǎng)的最大優(yōu)勢(shì)在于容易通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)從世界另一端的本地PC或工作站來(lái)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)處理器中的TCP/IP協(xié)議棧。如果擁有足夠的處理能力、軟件及隨即存取存儲(chǔ)器(RAM)等,聯(lián)網(wǎng)處理器實(shí)際上可作為一臺(tái)Web服務(wù)器來(lái)使用。此外,更長(zhǎng)的片段長(zhǎng)度以及更高的帶寬,在物理上可實(shí)現(xiàn)信息攜載能力更強(qiáng)、更大的網(wǎng)絡(luò),以及使用低成本網(wǎng)卡等。Microsoft Windows TCP/IP套接字使接口軟件的開(kāi)發(fā)變得更容易、更快捷及更便宜。 以太網(wǎng)的CSMA/CD(載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè))仲裁方案并非一種非破壞性?xún)?yōu)先級(jí)仲裁方案,它并不能保證消息等待時(shí)間或確定性行為。但在許多網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,實(shí)時(shí)響應(yīng)并不重要,并且存在許多提高以太網(wǎng)性能的途徑,譬如使用智能交換機(jī)來(lái)只轉(zhuǎn)發(fā)那些發(fā)往與交換機(jī)相連的節(jié)點(diǎn)的幀等。這些性能的提高,再加上采用更高的數(shù)據(jù)傳輸速率,將有效地減少帶寬使用率以及發(fā)生沖突的機(jī)會(huì)。而在電磁干擾方面,當(dāng)用于工廠高能設(shè)備(比如電焊機(jī)等)中時(shí),標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)也并不能免于受干擾,而且它所采用的接頭對(duì)于辦公室使用來(lái)說(shuō)也顯得并那么結(jié)實(shí)。然而成本正在不斷下降的光纖則提供了一種杰出的解決方案,而且還可使用強(qiáng)度及耐用性都加強(qiáng)了的RJ-45接頭。 權(quán)衡選項(xiàng) 現(xiàn)在,讓我們回到最初的問(wèn)題上: 兩種總線是否將被繼續(xù)廣泛使用,如果是,那它們又將如何共存?將以太網(wǎng)用作現(xiàn)場(chǎng)總線的一個(gè)最初障礙是成本,但在過(guò)去幾年中,以太網(wǎng)控制器與CPU、NVM、RAM及外圍設(shè)備的集成已極大地降低了系統(tǒng)成本。 今天,由于存在各種不同的處理要求,因此一般并不進(jìn)行以太網(wǎng)物理接口的集成,但隨著銷(xiāo)售的不斷增加,其價(jià)格已經(jīng)大為降低。成本門(mén)檻的降低,再加上一些可用的協(xié)議,如BACnet及 Ethernet/IP等,使得支持以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)處理器的市場(chǎng)空間不斷增大。 CAN將繼續(xù)取得成功的原因有幾點(diǎn):首先,它只需要大約三分之一的以太網(wǎng)硅器件;其次,它只需要容量較小的CPU;第三,其物理接口設(shè)備也更為便宜。 許多對(duì)成本敏感的設(shè)備,如閥門(mén)等,其實(shí)并不需要有額外的帶寬或者甚至不需要互聯(lián)網(wǎng)連接。但CAN在實(shí)時(shí)處理及降噪方面的優(yōu)勢(shì)仍相當(dāng)明顯。 兩種總線又將如何共存?毫無(wú)疑問(wèn),許多網(wǎng)絡(luò)將繼續(xù)采用CAN或者以太網(wǎng),但不是兩者都使用。如果一種總線可滿足所有所需的網(wǎng)絡(luò)特性,則又有什么必要去改變現(xiàn)狀呢?更令人興奮的是,目前正在開(kāi)發(fā)一種可將以太網(wǎng)的連通性及帶寬與CAN的低成本及行為確定性結(jié)合在一起的混合網(wǎng)絡(luò)。 兩種總線又將如何影響網(wǎng)絡(luò)處理器的設(shè)計(jì)呢?擁有8/16位CPU的小型廉價(jià)CAN處理器,將繼續(xù)成為簡(jiǎn)單及聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的首選,特別是在商用方面。但擁有以太網(wǎng)控制器且集成度更高的網(wǎng)絡(luò)處理器,只是給CAN接口增加很少的額外成本,卻能使其同時(shí)具有以太網(wǎng)及CAN的功能,或者成為這兩種總線之間的橋梁。Motorola的MCF5282即是一種這樣的設(shè)備(見(jiàn)框圖)。
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