無線互聯(lián) 嵌入式系統(tǒng)設計的新挑戰(zhàn)
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嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛滲入到我們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)控制領域，商業(yè)應用領域的的方方面面。在日常生活中，數(shù)碼相機、手機、mp3、pda、電視機，甚至電飯鍋、手表，玩具等里都有嵌入式系統(tǒng)的身影；在工業(yè)自動化領域，各種工業(yè)自動化儀器儀表、航空航天，通訊、交通等領域也有越來越多的嵌入式系統(tǒng)。 一些新興的領域，如汽車電子、醫(yī)療設備領域中也不斷涌現(xiàn)新的嵌入式應用，如汽車導航、核磁共振儀、病人監(jiān)護系統(tǒng)，車載娛樂平臺、，健康照顧系統(tǒng)，無線傳感器系統(tǒng)等。
據(jù)估計，每年全球嵌入式系統(tǒng)帶來的相關工業(yè)產(chǎn)值已超過數(shù)萬億美元。而且，嵌入式系統(tǒng)應用的市場正在以每年30%以上的的速度遞增(根據(jù)idc預測)，雖然目前面臨金融風暴的沖擊，但是，新一輪汽車、信息電器、通訊、醫(yī)療、軍事等行業(yè)的巨大的智能化和信息化裝備需求將推動嵌入式應用市場以更快發(fā)展；嵌入式工業(yè)設備則將集成進更多的通信與聯(lián)網(wǎng)等智能化功能，并將在汽車電子市場、機床電子市場、醫(yī)療電子市場、室內(nèi)/外視頻監(jiān)控市場和電子標簽（rfid）市場、倉儲物流信息化市場，節(jié)能環(huán)保市場等方面得到更廣泛的應用。
在嵌入式系統(tǒng)應用市場高速成長的中，嵌入式應用系統(tǒng)對無線互聯(lián)技術有了越來越多的需求，各種無線通訊技術也在以越來越快的速度，融入嵌入式系統(tǒng)設計中。
舉例而言，在消費電子產(chǎn)品中，數(shù)碼相機，數(shù)碼相框，mp3,pda，打印機，高清晰電視等等嵌入式產(chǎn)品，已經(jīng)開始廣泛采用各種無線通訊技術，實現(xiàn)無線互聯(lián)；在工業(yè)控制中，大量的嵌入式控制設備，也開始實現(xiàn)無線互聯(lián)，實現(xiàn)m2m通訊；在新一代汽車電子娛樂系統(tǒng)的嵌入式應用中，也采用無線技術來實現(xiàn)各種音頻視頻數(shù)據(jù)流的無線高速傳輸。
雖然，大量新一代的無線通訊技術和無線通訊標準，為嵌入式設備實現(xiàn)無線互聯(lián)，提供了方便的途徑，但是，如何選擇合適的無線通訊技術，如何在嵌入式系統(tǒng)設計中，高效率的掌握和使用這些新的技術和設計方法，也就成了嵌入式系統(tǒng)設計人員所關注的一個熱點。
二、如何將無線通訊技術融入嵌入式系統(tǒng)設計？
圖一是目前在嵌入式應用系統(tǒng)設計中，主流的的幾種無線通訊技術：wi-fi ，藍牙，zigbee， gprs、gsm, 3g 等，通訊速率，通訊距離和功耗之間的關系。
從圖一我們可以看出，rfid技術（iso15693,iso14443, iso-18000 等標準），適合極近距離通訊，具有非常低的功耗；zigbee無線網(wǎng)絡技術（ieee802.15.4）適合數(shù)0.25mbit/s的通訊速度，也具有很低的功耗；藍牙(bluetooth)技術（ieee802.15.1）,目前2.1版本的規(guī)范，可以達到2mbit/s的通訊速率。屬于低功耗通訊，wi－fi技術，從ieee802.11b (11mbit/s)到ieee802.11g（54mbit/s）到目前ieee802.11n,可以實現(xiàn)大于100m bit/s通訊速率；gsm和gprs數(shù)據(jù)通訊速率不高，但是網(wǎng)絡廣泛，通訊距離遠，隨著3g網(wǎng)絡的發(fā)展，也有發(fā)非常廣闊的應用空間。
2.1根據(jù)系統(tǒng)應用特點，考慮好功耗要求
舉例而言，對于消費電子產(chǎn)品，如果采用普通堿性電池供電或者紐扣電池供電，需要非常低的功耗，選擇zigbee和其它非標準通訊技術，可能比較合適，如遙控器等，如果需要進行語音應用，而且采用可充電電池，藍牙技術也可能是很好選擇，數(shù)碼相框等，wi－fi技術，可能是很好的選擇。
2.2根據(jù)系統(tǒng)工作環(huán)境和網(wǎng)絡覆蓋，選擇相關技術
目前gprs和gms已經(jīng)有非常廣泛的網(wǎng)絡覆蓋，對于很多m2m的應用，如無線抄表，遠程遙控，采用gprs是不錯的選擇，許多城市目前在廣泛安裝wi-fi和3g網(wǎng)絡，采用低成本的無線模塊，可以加快嵌入式應用無線系統(tǒng)的開發(fā)。
2.3系統(tǒng)成本和開發(fā)時間的考慮
對于嵌入式系統(tǒng)而言，可靠性和系統(tǒng)成本是非常重要的考慮，而如何快 速完成系統(tǒng)軟件硬件開發(fā)設計，也是非常重要的；無線和無線網(wǎng)絡技術，涉及到高頻設計（工作頻率在400m-5ghz）,而且具有比較復雜的網(wǎng)絡通訊協(xié)議和一系列網(wǎng)絡通訊算法，如何能克服這些設計障礙?？焖偾腥牒诵脑O計，也是非常重要的問題。
目前在嵌入系統(tǒng)設計中，增加無線互聯(lián)技術，比較常用的辦法有兩種，一是在使用比較高級的的操作系統(tǒng)，例如win ce或者嵌入式linux下，添加無線網(wǎng)絡模塊，這個方法的好處是在于這些操作系統(tǒng)已經(jīng)包括了比較豐富的底層驅動，使無線系統(tǒng)設計比較簡單；但是，運行這些系統(tǒng)，需要比較高級的微處理器和大量內(nèi)存，實現(xiàn)微功耗和低成本比較困難，也很難做成非常低成本的系統(tǒng)。
另外一種辦法是采用高性能低價格的無線模塊，配合低成本的廉價8－32位微控制器（單片機），這樣的系統(tǒng)，只需要ucos-ii這樣的小型化實時操作系統(tǒng)，也甚至可以不需要操作系統(tǒng)，這樣的嵌入系統(tǒng)設計靈活，開發(fā)簡單，不需要大量存儲器和系統(tǒng)資源，無需深入了解無線技術，可以快速，容易設計出微功耗，低成本的嵌入式系統(tǒng)。
三、將無線技術融入嵌入式設計的“橋”和“船”
當我們具體的要將使用無線互聯(lián)技術使用到我們的嵌入式應用系統(tǒng)設計時，我們往往感到面臨太多的具體技術困難，難于下手：
首先是對各種無線技術和相關的無線標準，缺乏了解，雖然有各種集成了無線技術無線模塊，但是如何使用？如何測試？如何應用軟件編程來進行控制？
其次，對于系統(tǒng)設計而言，需要將這些無線控制，數(shù)據(jù)通訊，和自己的微控制器軟件和硬件進行整合，在自己的嵌入式應用系統(tǒng)中加入必要的代碼等，這些工作，如何開始？如何快速完成？
還有就是，如果這些模塊內(nèi)置的的控制命令和無線通訊協(xié)議棧，不適合自己的嵌入系統(tǒng)的要求，需要對模塊內(nèi)部的無線通訊協(xié)議（也稱基帶軟件）進行修改時，嵌入式設計工程師們?nèi)绾文軌蜃约哼M行？
對于上述這些問題，其實解決的辦法就是需要相應的硬件開發(fā)平臺和軟件開發(fā)平臺（sdk）, 也需要相應的看得見，摸得著的參考設計，軟件源代碼和編譯，在線調(diào)試工具；
由于無線通訊核心軟件，包括軟件協(xié)議棧等，長期以來被視為無線通訊的核心技術，相關設計原理和軟件源代碼等很難獲得，而且由于技術較新，長期以來，也很少有廠商愿意開發(fā)專門為嵌入式設計配套的無線開發(fā)工具和產(chǎn)品。
但是，有需求就必然會有產(chǎn)品，最近，我們看到了一些這方面的新產(chǎn)品上市，下面，我們通過一些已經(jīng)上市的典型的產(chǎn)品，來看看這類開發(fā)平臺的主要技術特點：
雖然該平臺是為無線傳感器網(wǎng)絡設計，但是我們認為已經(jīng)具備了無線互聯(lián)嵌入式產(chǎn)品開發(fā)平臺的很多特徵，比較適合于在嵌入式產(chǎn)品開發(fā)設計中作為開發(fā)平臺來使用。
從圖二我們看到，armrf-wsn-e1.0平臺臺本身就是一個典型的具有無線互聯(lián)功能的嵌入式應用系統(tǒng)，目前四個標準配置的無線模塊，包括zigbee （cc2430/cc2431/cc2480可選擇）802.15.4 兼容模塊/ 微功耗wi-fi（gs1010 ）802.11/b/g兼容模塊/ 藍牙 （藍牙soc） 802.15.1 兼容模塊/gsm/gprs (高集成低功耗) 模塊（由于模塊使用20腳插座，所以非常容易更換其它無線模塊）。
該平臺采用st公司新的str912 arm9內(nèi)核的低價格單片微控制器和彩色觸摸屏，并配備了溫度，壓力，加速度等多種傳感器和步進，直流電機都多種控制單元、以太網(wǎng)，高速串口等多種接口。
采用這套平臺，嵌入式設計工程師可以方便快速的熟悉評估各種無線通訊標準和技術，并將這個平臺作為一個標準硬件參考設計使用。
同時，可以參考全部軟件代碼設計，該平臺全部軟件c語言源代碼均開放供用戶使用；
另外，該平臺使用目前國內(nèi)嵌入式設計流行的keil mdk 軟件開發(fā)環(huán)境和調(diào)試環(huán)境，參考代碼使用ucos-ii 和uc gui編程，配備在線仿真器，方便嵌入式工程師進行無線互聯(lián)軟件代碼開發(fā)和將這些代碼集成移植到自己的嵌入式應用系統(tǒng)中。
同時，深圳無線龍科技公司還為該平臺配備了zigbee、wi-fi模塊軟件開發(fā)擴展系統(tǒng)，提供全部核心源代碼，方便用戶進行無線模塊內(nèi)部核心無線協(xié)議棧軟件進一步開發(fā)設計；
綜上所述， armrf-wsn-e1.0平臺，已經(jīng)明顯具備了嵌入式系統(tǒng)進行無線互聯(lián)產(chǎn)品開發(fā)需要的基本設計平臺的特徵；相信類似的開發(fā)平臺會不斷涌現(xiàn)，讓嵌入式設計使用無線互聯(lián)技術更加方便容易。
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