Главная

Радиотехника

Компании EmWare и Motorola предлагают практические решения, соединяющие мир сети Интернет и нашу повседневную жизнь.

Представьте, что…

…ваша микроволновая или конвекционная печь может загрузить последний рецепт из сети Интернет и, когда Вы придете домой, удивить кулинарным шедевром …

…ваш холодильник может определить, что молока мало, и автоматически заказать новую поставку из местного универсама…

…если из-за плохого состояния здоровья Вы не можете лично проконсультироваться у специалиста с мировой известностью, который живет в Тимбукту, Вы можете включить домашний диагностический прибор и специалист сможет прочесть необходимую информацию на мониторе своего компьютера…

…когда Вы в отпуске, местная метеостанция может передавать в Ваш садовый компьютер данные о том, необходимо или нет включать оросительную установку …

…Вы можете позвонить по мобильному телефону и включить домашний кондиционер перед возвращением домой…

Возможности бесконечны и, хотя эти мечты на данный момент могут показаться фантастикой, технология воплощения мечты в действительность уже существует. Сотрудничество небольшой американской компании с названием emWare (http://www.emware.com/) и всемирно известной компании Motorola сделает все это возможным. Идея заключается в том, чтобы использовать сеть Интернет для обмена данными между встроенными прикладными системами. Существующие на данный момент системные решения позволяют пользователям подключить бытовые приборы к сети Интернет и таким способом воспользоваться почти неограниченными возможностями этой сети.

Если в первые годы развития Интернет был предназначен для обмена данными компьютеров, то на данный момент все больше и больше интеллектульнх устройств, не основывающихся на ПК, подключают к самой развитой из сетей. Каждое такое отдельное устройство может быть названо сетевым или прикладным узлом. Прогнозы таковы, что к 2005 г. количество некомпьютерных пользователей сети Интернет значительно превысит число компьютерных (см. 1).

1. Прогноз роста количества устройств сети Интернет

Все эти малые, разумные устройства, окружающие нас, имеют один общий узел - их сердце, а более точно - их мозг. Функции управления этими устройствами выполняют микроконтроллеры высокой степени интеграции, которые в большинстве случаев являются восьмиразрядными контроллерами. Чтобы подключить этот микроконтроллер к сети Интернет, необходимо в нем выполнить протокол обмена данными, который называется стеком протоколов TCP/IP. Обычно для выполнения этого протокола требуется мощный циклор, функционально полная операционная система и память большого объема. Восьмиразрядный контроллер будет перегружен такой работой, и его необходимо заменить более производительным (например, 32-разрядным). Конечным результатом такой замены были бы завышенные цены и ограниченное практическое применение такого бытового прибора с развитой логикой. Для обмена данными по сети Интернет требуется значительно более высокая производительность, чем необходимая для осуществления таких функций, как включение или выключение света или поджаривание хлеба. Корме того, для каждого устройства, подключенного к сети Интернет, требуется собственный адрес в сети, что быстро приведет к исчерпанию возможных адресов и необходимости замены существующей системы адресов. Представьте себе, как много тостеров используется на данный момент!

По всем вышеперечисленным причинам системное решение EmWare является новым шагом вперед: распределенная сеть, в которой индивидуальные узлы подключены к сети Интернет не непосредственно, а с помощью шлюза ( 2).

2. Блок-схема распределенной сети с архитектурой emWare

Этим шлюзом может быть персональный компьютер, если он есть в доме, или отдельный "черный ящик". Шлюз необязательно должен располагаться в доме, он может находиться на территории провайдера услуг Интернет. Узел может быть подключен к шлюзу посредством модема ( 3).

3. Подключение узловых устройств к шлюзу у провайдера Интернет

Во всех случаях функционирование узла ограничено "мини-сервером" - небольшой программой, которая требует весьма ограниченных ресурсов (обычно 1 кбайт ПЗУ и 30 байт ОЗУ). Эта программа, называемая emMicro, позволяет части микроконтроллера выполнять функции минисервера и просто интегрировать этот минисервер в большие устройства. С помощью emMicro можно осуществлять передачу результатов, переменных, функций и документов между двумя узлами или устройствами. Это стало возможным благодаря микрометкам, которые являются опорными точками для различных объектов в системе. Кроме того, необходимо обеспечить отсутствие конфликтов, если коммуникационные подпрограммы пытаются получить доступ к данным одновременно с базовой программой. Микрометки emMicro распространяют носители гипертекстовых файлов через шлюзы Интернет, поскольку через шлюзы осуществляется доступ к любым узловым устройствам, подключенным к сети Интернет.

Сеть Интернет используется как всемирная связь между шлюзом и пользователем. Поскольку узловые устройства соединены со шлюзом посредством упрощенной сети (на основе интерфейсов RS-232, CAN или даже модема беспроводной связи), среда передачи данных не критична. В качестве такой сети может использоваться локальная сеть компании. Программа emGateway функционирования шлюза отвечает не только за связь с прикладными узлами, но также работает со стеком TCP/IP, который необходим для подключения к сети Интернет. Если микроконтроллер, установленный в узле, имеет достаточную производительность, программы emGateway и emMicro могут выполняться в этом узле. Функции интерфейса пользователя могут выполняться программным обеспечением броузера (программы просмотра), которая работает на ПК. Такая реализация интерфейса предпочтительна поскольку большинство пользователей ПК имеют опыт использования подобной программы. Шлюз, который функционирует как HTTP-сервер, объединяет специальные Web-страницы, представляющие интерфейс пользователя ( 4). оригинальный интерфейс пользователя может быть скопирован в персональный компьютер и в нем проверен или скорректирован. Более того, для расширения функциональных возможностей оборудования, которое представляет этот узел, могут использоваться несколько Web-страниц.

4. Пример использования Web-броузера как интерфейса пользователя

Конечно, доступ к прикладным функциям устройства можно получить без персонального компьютера. Например, мобильный телефон, поддерживающий протокол беспроводного доступа, может использоваться для доступа к устройству и управления им с помощью интерфейса пользователя. Электронная и голосовая почта, аппарат факсимильной связи или пейджер также могут использоваться для передачи команд управления домашним оборудованием. Дальнейшее применение предложенной технологии - это автоматизация промышленного производства. При этом сеть Интернет используется для мониторинга выполнения работ на промышленном предприятии. Соответствующие данные и параметры могут автоматически сохраняться в базе данных или группироваться в таблицу для дальнейшей обработки. Для поддержки этих интерфейсов пользователя, не ориентированных на использование броузеров, разработана библиотека доступа EMIT. Хотя в настоящее время существует много решений, аналогичных emWare, ни одно из них не пошло так далеко, чтобы обеспечить комплексное системное решение, учитывающее все аспекты, необходимые для управления оборудованием.

Некоторые разработчики утверждают, что они могут выполнить совместимые с ТСР/IР стеки в восьмивыводном восьмиразрядном контроллере и таким образом подключиться к Интернет. Это утверждение вводит пользователей в заблуждение. Полный стек TCP/IP сложен и требует много ресурсов - значительно больше, чем имеется в таком микроконтроллере. Подробный анализ демонстрирует, что доступ к этому "оптимизированному" стеку TCP/IP возможен только через специальный маршрутизатор (хост SLIP), через который микроконтроллер подключается к сети Интернет. Но это не прямое подключение, а решение, аналогичное emWire. Заметьте, что в emWire базовой функцией микроконтроллера является управление оборудованием, а не передача данных. Благодаря запатентованной технологии микрометок (Microtag), функционирование в режиме передачи данных требует использования незначительной части имеющихся в микроконтроллере ресурсов, оставляя большую их часть свободной для выполнения прикладных задач.

Пользователь может использовать многие из запатентованных emWire концепций и решений. Модули программного обеспечения, подобные emMicro, программы шлюза, интерфейсы пользователя и библиотеки доступа могут быть использованы в собственных разработках пользователя. По сети Интернет можно получить помощь инженеров по применению и специалистов из компании emWire. Используя эту помощь, можно сократить время разработки и выхода продукции на рынок по сравнению с выполнением собственной разработки. Дополнительным преимуществом является то, что система emWire основывается на официально признанных стандартах, и поэтому ее можно легко расширять.

Как и в любых приложениях Интернет, в emWire большое внимание уделяется защите данных. Общие рекомендации таковы, что, полная система, состоящая из прикладного узла, интерфейса со шлюзом, шлюза, сети и интерфейса пользователя должна быть защищена настолько, насколько это возможно. И здесь могут помочь сотрудники emWare, специализирующиеся в области технологий Интернет.

В США уже существуют компании, в которых эти концепции получили дальнейшее развитие. Компания emWire в сотрудничестве с AT&T предложила законченное техническое решение. Шлюз является частью сети AT&T, объединенной в коммуникационное аппаратное обеспечение, и не требует отдельного устройства для загрузки emGateway. Еще один пользователь, который успешно внедрил решение, - итальянская компания IPM. Эта компания является одним из крупнейших в Италии поставщиков переговорных кабин для телефонов-автоматов. Компания создала систему дистанционного опроса телефонов-автоматов, в которой использованы вышеупомянутые сетевые концепции, и таким образом значительно снизила стоимость обслуживания. Другим примером является компания Bell & Howell, которая встроила интерфейс с Интернет в свой оконечный сканер документов. Офисные коммуникации - это еще одна область, в которой emWare может эффективно использоваться. Системный администратор или специалист по обслуживанию может, не покидая рабочего места, опросить с помощью Web-броузера подобные устройства в зоне его обслуживания. Аналогичную концепцию можно использоваться для организации мониторинга автоматов продажи напитков, легкой закуски и мороженого.

Для того, чтобы облегчить вход в мир встроенного Интернет, компании Motorola и emWare предлагают разнообразные наборы для начинающих. Одним из таких наборов является NET/08 ( 5). Он содержит полностью смонтированную аппаратную платформу, выполненную на базе микроконтроллера MC68HC908GP32 компании Motorola, и учебную версию программного обеспечения EMIT3.0. Набор продается по цене $99, и его можно заказать по сети Интернет: www.emstore.com/motorola.

5. Набор NET.08

Программное обеспечение EMIT3.0 состоит из emMicro (сервер для микроконтроллера, предназначенный для управления объектом), программного пакета emGateway для шлюзов на базе ПК, emObjects, VisualCafe и библиотеки доступа EMIT для создания интерфейса пользователя. В набор также входит симулятор языка программирования C.

Микроконтроллер MC68HC908GP32 с флэш-памятью, на базе которого создана платформа, является одним из новейших контроллеров компании Motorola. Снабженный высокопроизводительным ядром ЦП08, флэш-памятью объемом 32 кбайта и ОЗУ объемом 512 байт, этот контроллер общего назначения идеально подходит для управления прикладным узлом. Кроме того, он имеет достаточные ресурсы для реализации связи со шлюзом. Дополнительную информацию, спецификации, рекомендации по применению и бесплатно поставляемое программное обеспечение для разработки можно получить в сети Интернет: http://www.mcu.motsps.com/.

Отличительной особенностью этого микроконтроллера является то, что программа исполняется из флэш-памяти, допускающей не менее 10000 циклов записи и стирания. Эта память может быть перепрограммирована по сети Интернет непосредственно во время выполнения прикладной программы! Такую возможность предоставляет поставляемая аппаратная платформа.

Для тех пользователей, которым недостаточно параметров MC68HC908GP32, разработан более производительный набор для начинающих - NET.NOW. Он содержит аппаратную платформу, выполненную на базе RISC-микроконтроллера семейства MCORE компании Motorola. Этот микроконтроллер типа ММС2001 содержит высокопроизводительное 32-разрядное RISC-ядро, имеющее невысокую стоимость и низкое энергопотребление. Набор NET.NOW содержит также улучшенные программные пакеты emMicro и emGateway. Повышенная производительность этой платформы позволяет пользователю реализовать многозадачный режим, дополнительную фильтрацию и даже операционную систему реального времени (RTOS). Набор продается по цене $149 и заказать его можно также по сети Интернет: www.emstore.com/motorola.

Время покажет, будет ли доминировать система emWare или иное аналогичное решение. но ясно, что концепция использования Интернет в нашей повседневной жизни будет развиваться. Для расширения использования сети Интернет в быту различные компании, ведущие работы в электронике и промышленности, сформировали альянс "Extend the Internet" ("Расширь Интернет"). Репутация компаний, участвующих в альянсе, говорит сама за себя.


Статья подготовлена специалистом отделения микроконтроллеров компании Motorola, перевод Ермоловича А.В., ЭКиС