网络接口技术.ppt

第十章网络接口技术;§10.1概述;分布式嵌入式系统结构

一个分布式嵌入式系统的组织方式有很多种，但不管是何种组织方式，它的根本组成要素是处理元素〔PE〕和通信网络，如图10-1所示。处理元素PE可以是一个完整的控制器〔即其内部有CPU，存储器及相关的I/O接口〕，也可以是支持网络协议的不可编程单元，如：具有网络接口的传感器和执行机构

有时分布式嵌入式系统中的网络链路也被称为总线，但这里所说总线与4.1节中的总线是有所不同的。分布式嵌入式系统中的总线上没有存储器系统，它也不支持在网络总线上取指令操作。;网络通常采用分层结构来描述。虽然分布式嵌入式系统中采用的网路结构有时并不复杂，但了解国际标准化组织〔ISO〕针对网络提出的七层开放式系统互联〔OSI〕模型还是很有必要的，它有助于我们了解嵌入式网络的细节和功能。

ISO/OSI模型的七层结构如图10-2所示，它清晰地展示了网络的功能和他们的作用。对于分布式嵌入式系统中的网络而言，一般不需要实现完整的七层协议，而只是实现其中几层。即使该层得到实现，其协议可能也已经简化。但任何数据网络总体上应是符合OSI模型的。;OSI模型中的七层由底层到高层说明如下：

·物理层物理层规定了网络设备间根本的接口特性，包括物理连接的机特性〔即接插件的大小、形状等〕、电气特性、电子部件和物理部件的根本功能和位交换的根本过程。

·数据链路层这一层的主要作用是传输错误检测和控制一条单一链路。但是，如果网络需要通过几个数据链路的多转发，那么，数据链路层不再保证转发之间的数据完整性，它只能在单转发中保证这一点。

·网络层这一层定义了根本的端到端数据传输效劳，网络层在多转发网络中特别重要。

·传输层传输层定义了面向连接的效劳，它可以保证数据按一定的顺序、无过失地在多条链路上传送。这一层同时也会对网络资源利用做一些优化工作。

·会话层这一层提供了一种控制网络上终端用户交互的机制，例如数据分组和检测点。

·表示层这一层规定了数据交换的格式并且为应用程序提供有效的转换工具。

·应用层应用层提供了终端用???程序和网络之间的一个应用程序接口。

大多数分布式嵌入式系统的网络会提供物理层、数据链路层和网络层效劳，随着技术的开展，要求提供实现OSI模型中的大局部功能的因特网效劳会越来越多。;嵌入式网络通信方式

分布式嵌入式系统可以根据实际应用的需要和本钱预算的考虑，采用不同的方式来构建嵌入式网络。可用于分布式嵌入式系统中的网络很多，其通信方式主要有点到点通信方式和总线通信方式。

点到点的链路建立了实际应用的中两个处理元素之间的连接。一个点到点链路实现起来是很简单的，因为它只处理两个处理元素间的通信，不必担忧系统中其他处理元素会干扰通信。RS-232即是一个典型的点到点的通信方式。;图10-3描述了一个采用点到点链路的分布式嵌入式系统。输入信号被输入设备采样，并通过一个点到点链路传递到滤波器F1，然后F1的滤波结果通过点到点链路输入到第二个滤波器F2，最后F2的结果通过点到点链路送到输出设备中。一个数字滤波器系统要求它的输出有严格的时间间隔，这意味着滤波器必须能够及时地处理它们地输入。利用点到点链路连接，允许F1和F2同时接收新的信号，并且同时发送一个新的信号输出而没有必要担忧通信网路上会产生冲突。;但嵌入式系统网络有时需要多个设备相互连接，所以总线是嵌入式网络常采用的通信链路形式，连接到总线上的所有处理元素〔PE〕都必须有自己的唯一地址(即一个标识)。一般说来，总线上的通信以报文组的形式进行的，报文格式如图10-4所示。一个分组报文中包含一个目的地址和要被传送的数据，并且还应包括检错/纠错信息。;分布式嵌入式系统中，采用总线链路机制必须要能够进行仲裁，即总线上出现同时进行传送操作时进行必要的选择。仲裁机制类型主要有：

·固定优先级仲裁机制总是以固定的方式给予竞争系统优先级。如果一个高优先级和一个低优先级的嵌入式系统都有大量要传送的数据时，常常是高优先级系统先传送完所有数据包后，才允许低优先级系统传送数据。

·公平仲裁机制该机制保证总线上的系统具有同等的机遇，循环仲裁是最常见的公平仲裁机制。

总线链路的分布式嵌入式系统的信息交互不是通过共享内存实现的，而是在总线上通过传递报文来实现的。因为报文数据的长度并不一定正好是一个报文数据单位，因此报文需被分组在网络上传送。

分布式嵌入式系统中，网络协议应该支持“数据推出”的设计技术。在单个微处理器的嵌入式系统中，假设程序需要数据时，可以启动一个读操作。而在分布式网络系统中，PE在没有系统用户任何请求的情况下也应该可以发送数据。“数据推出”技术在需周期性使用数据时非常有用，我们可以每隔一段时间自动发送数据以减少网络上的数据流量。另外，“数据