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由W3100A構成嵌入式網關的家庭智能系統(tǒng)
摘要：主要從嵌入式系統(tǒng)自身的特點出發(fā)，介紹一種新型的基于嵌入式網關的家庭智能系統(tǒng)。系統(tǒng)以以太網為通信媒介，利用嵌入式網關進行家庭內外信息交換，通過瀏覽器對家庭的各種信息進行實時、有效的管理和調度，為現(xiàn)代家庭生活提供智能服務。關鍵詞：W3100A 嵌入式網關 DNS DHCP
引言
當今社會逐漸入網絡時代，因特網已成為重要的基礎信息設施。目前，大部分網絡終端仍以PC的形式出現(xiàn)，但是從計算機應用普及的情況看，嵌入式系統(tǒng)更為普及，過去大量的浩如煙海的8位/16位單片機的嵌入式設備，已經到了享受網絡方便的時候了。近來的統(tǒng)計證明：PC機CPU的產量僅是MCU產量的1/100，并且由于MCU的成本低廉，應用非常普及。在工業(yè)測控、智能儀器、智能家庭領域，MCU應用系統(tǒng)已無處不在。在這些場合中，以MCU為核心的設備同樣也需要解決接入因特網的問題。本文在分析嵌入式系統(tǒng)與常規(guī)計算機系統(tǒng)研發(fā)不同點的基礎上，介紹一種新型家庭智能系統(tǒng)。
1 家庭智能系統(tǒng)的體系結構
家庭智能系統(tǒng)體系結構的總體框圖如圖1所示。從大的方面看，家庭智能系統(tǒng)可由三部分組成：家庭自動化外部接口模塊、家庭自動化圖像模塊、家庭智能化內部無線收發(fā)與控制模塊。未來的家庭中，多件家用電器與各種報警器將組成一個家庭的內部網，并通過內部網的網關接入因特網。一方面，內部網中的家電可以通過網關訪問因特網上資源。如網絡電視機每天早晨自動訪問用戶喜歡的某個電視臺的網站，自動下載晚上的節(jié)目表。另一方面，用戶可以在因特網任務一點通過瀏覽器對家里的家用電器與報警器進行遠程控制。如用戶出門在外，可以在外地上網，通過瀏覽器，啟動家里的攝像機實時監(jiān)察家里的安全。家庭自動化內部無線網模塊要由消息處理模塊和基于工頻的無線收模塊（NRF401）構成。它將成為Internet網的發(fā)展沃土，順應“網絡服務”向“網絡應用”擴展的大潮。本文主要介紹嵌入式網關，以及如何在遠程訪問具有靜態(tài)或動態(tài)IP地址嵌入式網關的技術。
2 嵌入式網關
目前，國內外嵌入式網關的設計有二種方案：第一種方案，是基于軟件來實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧；第二種是直接利用TCP/IP協(xié)議棧芯片。本文介紹的嵌入式網關采用第二種方案，它由W3100A、RTL8201、MCU組成，如圖2所示。
圖2中，DLC為數(shù)據鏈路控制，MAC為媒體訪問控制，IP為網際協(xié)議，ICMP為因特網控制報文協(xié)議，TCP為傳輸控制協(xié)議，UDP為用戶數(shù)據攝協(xié)議，DPRAM為雙端口存儲器。
第一種方案在大批量生產時，具有成本低的優(yōu)點，因為用軟件設計的TCP/IP協(xié)議棧，是一次投交多次使用；但開始投次比較大且設計復雜，因為需要實時操作系統(tǒng)的支持，而第二種方案，盡管在大指生產時成本高，因為每個智能設備都要嵌入TCP/IP協(xié)議棧芯片；但是在非大批量生產時具有投次比較大，設計簡單、靈活的特點，因為不需要實時操作系統(tǒng)的支持。本文采用的TCP/IP協(xié)議棧芯片是W3100A.它有如下特點：首先，它自帶TCP/IP協(xié)議棧（如TCP、UDP、Ipver.4、ICMP、ARP、DLC、MAC協(xié)議）；其次，它能同時支持四個獨立的連接通道，具有高速傳輸速率（如網關的MCU用Atmel 8951，那么網關的傳輸速率是200b/s；
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