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MCU网络接口方案的自由选择

摘要：单片机（微控制器，MCU）的连通性正成为带一个或多个网络接口MCU的附加标准。本文介绍国外带一个或多个网络接口MCU的发展、网络构成、芯片选择、嵌入式无线网络及其应用情况。微控制器不再工作于隔离状态，从工厂楼层到汽车内部，到处都有分布计算驻留。带双以太网或CAN（控制局域网）总线接口的MCU是很有用的，而这还只是冰山一角。当今，有各种形式和大小的网络。许多嵌入式系统已有多种网络。随着TCA（电信计算架构）的新进展，其开关结构网络（switch-fabricnetwork）引人注意。它可以是以太网，使用了一对I2C(内部集成电路)总线来支持IPM（综合功率管理）控制器（IPMC），这是架构管理支持的一部分。今天，虽然获得通信软件相当复杂，但是选择一种与网络匹配的MCU是相当容易的。在多节点或多网络中采用分区（或分块）应用，可以解决耐用性方面的问题。与分布处理器相比，联网还能减少电缆需求，并允许系统由廉价的MCU阵列组成，从而代替一对高性能的处理器。MCU网络覆盖了广泛的嵌入式环境。以太网是最流行的网络，特别是对因特网与局域网的连通。RS-232接口很流行，但它的速度慢，主要用来控制的装置；而应用于网络的网关，则对接口的要求更高。对许多嵌入式设计问题。研发者可选一个或多个合适的网络接口来解决。1网络与外设很多流行的网络接口都是装在MCU上的（见表1和表2所列）。串行接口很流行，它主要用于串行接口设备，但并不支持网络。有些接口执行SLIP（串行链路接口协议）或PPP（点对点协议），通过调制解调器（MODEM）与因特网连接。表1连接总线用在MCU网络的情况总线名称所占百分比/（%）RS-23257.5以太网39.3USB（通用串行总线）20.0CAN（控制域网络）17.8802.11（无线）7.9蓝牙（短距离无线）8.6火线/1394（高速串行总线）5.7专门的15.8其它20.4无名4.7表2网络接口接口性能说明传输速度/距离架构协议连线数以太10/100/1000BaseT局域网（LAN）10、100、1000Mb/s100以上多主机，CSMA/CDIPv4,IPv6,TPP/IP4(Cat5)光1394b火线LAN/外设网络8002400Mb/s100mUTP（未屏蔽双绞线）多主机1394TCP/IP6光USB通用串行总线外设网络12Mb/ssv1.1480Mb/ssv2,025m主/从星形127个设备USB4SPI串行外设接口设备网络1Mb/s5m主/从-3加线地和片选I2C内部集成电路设备网络1000kb/s标准400kb/s快速3.4Mb/s高速10m主/从多个主机-2加地线CAN控制域网络设备网络1Mb/s40m10kb/s5000m主/从多个主机CANopen1加地线差分光LIN局部互连网络设备网络20kb/s80m主/从16个设备LIN触发时间1加地线1WireMaxim(专用)16kb/s140kb/s600m主/从1Wire1加地线以太网是现在最通用的，其高速硬件很容易插入片上系统（SoC）。为把多种设备与因特网连接起来，增加以太网已变得很重要。后来，USB（通用串行总线）在MCU中更多地出现。最初，是把MCU当成一个USB外设来处理。支持USB的主机总是有用的，MCU被用作像键盘一样带有PC风格的设备，而且与存储设备和其它USB外设一起工作得非常好。USB在那些靠近主机的外部嵌入式网络中变得更加重要。正在慢慢嵌入MCU的接口有1394（高速总线接口）。这种情况可能随着1394b的出现而变化，它强调是作为多媒体网络的基础设施。CAN总线是一种网络接口，其流行的程序与以太网相同，尤其是当它进入汽车和过程控制环境后，就更是这样了。2设备网络MCU更通用的是与CAN、LIN（局部互连网络）、SPI（串行外设接口）、I2C和单线（1Wire）总线相连接。虽然这些接口的运行速度比以太网慢，但它们更容易实现。有些设备的主装置，像单线协议，能完全用软件实现，而以太网则很少有能这样做的设备。CAN已在汽车和过程控制工业中找到了自己的位置。它受到广泛支持，并适合嵌入式应用范围，常用于LIN的分级网络。速度为20kb/s的LIN适合低性能网络。虽然瞄准的是汽车工业，但LIN可作为传感器，方便地进入其它嵌入式应用网络。CAN和LIN都有单线设计的优点。作为大多数单线设计，对设备采取共地是有效的。国家半导体和摩托罗拉公司开发了SPI，它使用主/从架构方式，与从机的数据收集、整理系统链接在一起（daisy-chaintogether），如力所示。要实现串行外设接口是相当简单的，为保持靠近主机的SPI从机，使用单独的芯片选择。I2C使用双线时钟总线，支持主/从和多架构。从先进的TCA到电池的监视。I2C