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)總線來進行支持的時候,設(shè)計者可能會提出幾個問題:CAN和以太網(wǎng)還會繼續(xù)被廣泛采用嗎?如果是,那它們又將如何共存?最后,對總線的選擇又將如何影響網(wǎng)絡(luò)處理器的設(shè)計呢?我們可以通過比較幾種總線的技術(shù)特點以及研究它們在市場上的拓展情況來回答這些問題。 CAN協(xié)議是基于消息而不是基于地址這一事實有以下幾個方面的優(yōu)勢: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,更易于進行維護與升級;第三,可使多個節(jié)點接收來自同一來源上的消息。例如,可簡單地將幾個控制器所需的測量值廣播到網(wǎng)上,從而使帶寬使用量最少。CAN協(xié)議的另一個帶寬節(jié)省特性稱為"遠程發(fā)送請求",它允許一個節(jié)點向其他節(jié)點請求發(fā)送信息,例如,這能在執(zhí)行故障診斷套裝(程序)時使用。因此,只要實際上需要,即可從其他非關(guān)鍵節(jié)點上請求狀態(tài)信息,而這比讓所有監(jiān)視點定期發(fā)送狀態(tài)要好。 CAN總線的另一特性被稱為"故障界定",此特性能在故障發(fā)生時避免整條生產(chǎn)線停機,比如室溫傳感器等。CAN節(jié)點能進行自我診斷,并能根據(jù)故障的嚴重程度(亦即是永久性故障還是臨時性故障等)而轉(zhuǎn)換為3種模式之一,其中包括完全停機。此特性可避免故障節(jié)點不斷地發(fā)出故障信號以及中斷通信。以太網(wǎng)的最大優(yōu)勢在于容易通過互聯(lián)網(wǎng)從世界另一端的本地PC或工作站來訪問網(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器(RAM)等,聯(lián)網(wǎng)處理器實際上可作為一臺Web服務(wù)器來使用。此外,更長的片段長度以及更高的帶寬,在物理上可實現(xiàn)信息攜載能力更強、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(載波偵聽多路訪問/沖突檢測)仲裁方案并非一種非破壞性優(yōu)先級仲裁方案,它并不能保證消息等待時間或確定性行為。但在許多網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,實時響應(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來只轉(zhuǎn)發(fā)那些發(fā)往與交換機相連的節(jié)點的幀等。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)生沖突的機會。而在電磁干擾方面,當(dāng)用于工廠高能設(shè)備(比如電焊機等)中時,標準以太網(wǎng)也并不能免于受干擾,而且它所采用的接頭對于辦公室使用來說也顯得并那么結(jié)實。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,而且還可使用強度及耐用性都加強了的RJ-45接頭。 權(quán)衡選項 現(xiàn)在,讓我們回到最初的問題上: 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)場總線的一個最初障礙是成本,但在過去幾年中,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,因此一般并不進行以太網(wǎng)物理接口的集成,但隨著銷售的不斷增加,其價格已經(jīng)大為降低。成本門檻的降低,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)處理器的市場空間不斷增大。 CAN將繼續(xù)取得成功的原因有幾點: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。 許多對成本敏感的設(shè)備,如閥門等,其實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在實時處理及降噪方面的優(yōu)勢仍相當(dāng)明顯。 兩種總線又將如何共存?毫無疑問,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)計呢?擁有8/16位CPU的小型廉價CAN處理器,將繼續(xù)成為簡單及聯(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(見框圖)。
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