基于ARM技术的嵌入式网关设计.

基于 ARM 技术的嵌入式网关设计

Design of ARM-Based Embedded Gateway

吴海平王慧锋

(华东理工大学自动化与控制系,上海 200237

摘要:为解决楼宇自动化系统中不同串行通信协议之间的软件接口问题,从而真正实现现场设备的远程监控与管理功能。为此提出了通过嵌入式网关实现不同串行通信协议到以太网协议的转换方案。嵌入式网关采用结构化设计, 其核心的协议转换模块采用了基于 ARM7TDMI 内核的 32位处理器,内嵌μCLinux 操作系统。该网关实现了楼宇自动化系统中不同串行通信协议之间的转换,实现了统一监控的要求。关键词:嵌入式网关协议转换模块监控

0 引言

楼宇自动化中使用了大量串行通信设备,它们采用了不同的串行通信协议,导致智能建筑管理系统(IBMS 和这些设备通信要时分别编写不同的软件接口,使得软件开发、维护和移植工作量增大,随着 Internet 的发展, 对现场自动化设备进行远程监控的需求越来越迫切,但由于现场设备没有以太网接口,很难实现这些设备的远程监控与管理。

一种解决上述问题的有效方法就是为这些设备开发具有以太网接口的串口网关。网关又被称为网间协议变换器,用于连接采用不同通信协议的网络,实现网络之间的数据传输。当要求一个报文从一个网段发送到另一个网段时,网关完成对该报文的接收、翻译与转发工作。此类网关传统上都采用 8位或 16位单片机来实现,受到运算能力、存储空间的限制,这些网关仅能提供低速和小数据量的以太网接入,而且实时性差,不能满足楼宇自动化大量监控数据传输要求。此外,这些网关设备只支持特定设备的协议转换,通用性较差,限制了其使用。

基于上述情况,我们设计了基于 ARM 的嵌入式可组态串口网关。在硬件上采用 SAMSUNG 公司基于 ARM7TDMI 内核的 32位处理器 S3C4510B ,它具有高性能、低功耗和低成本特性,同时外接了大容量 SDRAM 和 Flash 存储器,以满足大数据量实时监控要求;软件上采用嵌入式μCLinux 操作系统,内嵌多个楼宇自动化常用串行设备的通信协议,并通过开关选择所接入设备对应的串口协议。通过运行开发的应用软件最终实现串口设备到以太网的协议转换。

1 嵌入式网关结构设计

一个嵌入式系统一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成,其中嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心,由硬件层、中间层、软件层和功能层组成。本嵌入式网关是为实现特定的功能而设计的,其总体结构可简化为硬件层和软件层两部分。硬件层由高性能的微处理器和外围接口电路组成,软件层由实时操作系统和在其上运行的软件构成,其结构如图 1所示。

软件层

硬件层

图 1 系统结构图

嵌入式网关主要实现串口协议和以太网协议之间的转换,采用了结构化设计方案,由协议转换模块、以太网接口模块和串行接口模块等 3部分组成,如图 2所示。

1.1 协议转换模块

协议转换模块是嵌入式网关的核心, 由嵌入式微处理器、 I/O接口电路及外扩的大容量存储器组成。嵌入式微处理器芯片选用 SAMSUNG 公司基于

ARM7TDMI 内核的 32位高速处理器 S3C4510B 。这款处理器专门针对2

以太网应用,在片内集成了以太网 MAC 层控制器,可以简化网络接口电路的设计并提高系统的可靠性。通过外部总线接口 EBI 可连接 4 M的 Flash 及 32 M的SDRAM , 其中 Flash 存储器可存放已调试好的用户应用程序、嵌入式操作系统或其他在系统掉电后需要保存的用户数据等;而 SDRAM 存储器作为系统运行时的主要区域, 系统及用户数据、堆栈均位于其中。将 S3C4510B 提供的 18个可编程的I/O 端口设置为不同的工作模式,用于设备开关选择输入和 LED 显示状态输出等。

1.2 以太网接口模块

以太网接口电路主要由 MAC 控制器和物理层接口两部分组成。我们选用主控制器芯片 S3C4510B 内嵌一个以太网控制器,支持媒体独立接口 MII (media independent interface和带缓冲 DMA 接口 BDI (buffered DMA interface ,可在半双工

或全双工模式下提供 10 M/100 Mbps的以太网接入。在半双工模式下,控制器支持CSMA/CD协议。在全双工模式下支持 IEEE802.3MAC 控制层协议、 S3C4510B 未提供物理层接口, 需外接一片物理层芯片,以提供以太网的接入通道。以太网物理层接口器件主要功能一般包括:物理编码子层、物理媒体附件、双绞线物理媒体子层、 10BASE-TX 编码 /解码器和双绞线媒体访问单元等。选用 Realtek 公司生产的RTL8201芯片作为以太网的物理层接口控制芯片,再通过 RJ45就可连接到以太网。

1.3 串行接口模块

ARM 芯片通过串行接口 RS232接串行楼宇自动化设备。由于 RS-232-C 标准所定义的高、低电平信号与 S3C4510B 系统的 LVTTL 电路所定义的高、低电平信号完全不同, LVTTL 的标准逻辑“ 1” 对应 2~3.3 V电平, 标准逻辑“ 0”

对应 0~0.4 V 电平, 而 RS-232-C 标准采用负逻辑方式, 标准逻辑“ 1” 对应 -15~-5 V 电平,标准逻辑“ 0”对应 5~15 V 电平,本嵌入式网关使用 MAX232芯片来实现电路的电平转换。

通过硬件开关可以选择不同类型的串行设备连接,并实现不同串行设备与以太网间的协议转换。目前该串口网关支持 8种常用串行楼宇自动化设备。硬件开关如图 3所示,开关编号从左到右依次为 1~3,开关的上位表示 OFF ,下位表示 ON 。开关的状态与所选设备的对应关系如表 1所示。

序号开关 3开关 2开关 1所对应设备

0OFF OFF OFF 01OFF OFF ON 12OFF ON OFF 23OFF ON ON 34ON OFF OFF 45ON OFF ON 56ON ON OFF 67

表 1 开关位置与设备对应关系

图 4 软件流程图

2 嵌入式网关软件设计

基于 ARM 嵌入式串口网关的整个系统软件包括操作系统和一系列应用程序。操作系统选用μCLinux , 它是占先式的实时内核,具有很好的实时性。各个用户程序任务相互独立,每个任务具有不同的优先级,以保证紧急任务及时响应。 2.1 软件设计具体流程

基于 ARM

的嵌入式网关是可组态的串口网关,目前可根据硬件开关配置实现 8种不同的串行设备与以太网之间的协议转换。在通过相应的硬件开关配置后重置本网关,

μCLinux 操作系统开始初始化。在初始化结束后进入任务等待的状态,由调度器管理不同优先级的任务。具体的软件流程如图

4所示。 2.2 设备驱动

设备驱动程序是μCLinux 内核和硬件之间的接口,同时也是μCLinux 内核的一部分。设备驱动程序是一组数据结构和函数的集合。这些数据结构和函数通过定义的接口控制一个或多个设备。对用户程序而言,设备驱动程序隐藏了设备的具体细节,对各种不同设备提供一致的接口。设备驱动程序位于内核的最底层,直接与硬件进行交互。内核提供统一的系统调用,用户程序通过这些标准系统调用来访问硬件设备。

本嵌入式网关的设备驱动程序放在外扩的 Flash 存储器上, 通过硬件开关选定特定的驱动程序, 在网关重置, μCLinux 操作系统初始化后等待命令,对其进行任务

调度。 2.3 网络编程

在网络通信中,基于 TCP/IP协议的通信方式有很多。根据实际应用的需要,我们选用最常见的 Socket 来实现服务器端和客户端的数据通信。 Socket 是建立在传输层协议 (主要是 TCP 和 UDP 上的一种套接字规范,它定义 OFF ON

图 3 串行硬件设备选择开关

两台计算机间进行通信的规范。如果说两台计算机是利用一个“通道”进行通信,那么这个“通道”的两端就是两个套接字。连接一旦建立,应用程序就可以像操作文件句柄一样,通过对套接字句柄读写来实现进程间数据的交换, 而不必考虑具体的底层通信协议。常用流式套接字和数据报套接字, 因为它们提供基于 TCP 和 UDP 协议的数据流接口,又分别被称为 TCP 套接字和 UDP 套接字。在开发μCLinux 系统下套接字程序时,我们采用 TCP 套接字,因为它提供了一种可靠的面向连接的数据

传输方法,有自己的检错和纠错机制,并且不管是对单个的数据报,还是对于数据包,它都提供了一种流式数据传输方式。

3 结束语

基于 ARM 的嵌入式可组态串口网关不仅实现了楼宇自动化中不同的串行设备与以太网之间的通信,而且解决了监控中心通过以太网对楼宇自动化系统中不同串行设备的监控。本网关可实现以太网与 8种不同串行设备的通信,通过改进可以满足对更多类型的串行设备的监控和通信。随着以太网的发展和嵌入式系统设计被人们越来越广泛的关注,这种设计方式将会在楼宇自动化领域及工业控制领域得到越来越广泛的应用。

参考文献

1 李驹光 . ARM应用系统开发详解 [M]. 北京 :清华大学出版社 , 2003.

2 邹思轶 . 嵌入式 Linux 设计与应用 [M]. 北京 :清华大学出版社 , 2002.

3 郭玉东 , 王非非 . Linux操作系统结构分析 [M]. 西安 :西安电子科技大学出版社 , 2002.

4 柴雅静 , 向继东 . Lonworks的嵌入式以太网关设计 [J]. 测控技术 , 2003, 22 (10

收稿日期:2006-01-27。

第一作者吴海平,男, 1982年生,现为华东理工大学在读硕士研究生;主要从事嵌入式技术领域研究。

嵌入式Modbus-TCP网关的设计与实现

嵌入式Modbus/TCP网关的设计与实现摘要：设计并实现了一种基于嵌入式系统的Modbus/TCP协议转换网关，允许用户通过以太网对Modbus现场总线设备进行监控，实现了以太网与现场总线的互联。测试结果表明该网关工作稳定可靠。对工业以太网与现场总线互联的深入应用具有较高的参考价值和实际意义。关键词： Modbus/TCP; 现场总线; 网关随着企业信息化进程的深入发展，实现企业上层的管理网络与现场控制网络的无缝连接显得越来越重要。基于质量分析的生产管理、与安全相关的测试监控都要求现场的仪器仪表能对现场的信息进行处理并能及时被上级监控和管理网络访问与控制，最终纳入到企业信息管理系统统一的框架中。目前，构成底层控制网络的现场总线技术已获得了广泛的应用。多种现场总线标准并存而相互间无法兼容的问题一直困扰着工业界。将工业以太网应用到现场控制网络已成为当前研究的热点和未来发展的趋势。如何使这种网络结构与工业以太网技术相结合，实现底层生产与上层管理的紧密集成是当前研究的热点。1 Modbus协议及网关拓扑结构 Modbus现场总线协议是Modicon公司于1978年提出的一种现场总线协议[1]。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络和其他设备之间可以进行通信。该协议内容可以免费获得，因此Modbus的串行链路版本在市场上长期占有主导地位。大量的产品已直接运行或兼容Modbus串行链路版本。 Modbus/TCP工业以太网协议是1999年被开发的Modbus 协议的另一版本[2]，允许用户通过以太网访问设备。协议的开放性及简单易学，使它比很多受商业利益驱使的协议取得更快的发展，受到众多第三方产品厂商、终端用户、系统集成商的广泛支持[3]。本文设计和实现了一种嵌入式协议转换网关，通过Modbus/TCP协议将传统的串行链路通信的Modbus现场总线与以太网相连。用户经由以太网对Modbus设备进行数据采集并对Modbus设备进行远程访问和控制。同时网关还提供Web服务功能，允许通过Web 浏览器直接配置网关的IP地址等信息并保存到网关的非易失性存储器中。图1是嵌入式Modbus/TCP网关的连接示意图。 2 网关总体设计网关选用了ATMEL公司生产的AT91RM9200高性能32位工业级嵌入式微处理器作为网关硬件系统的核心。网关的软件系统将移植μC/OS-II嵌入式实时操作系统和实现TCP/IP协议栈，并在此基础上设计应用层程序。网关的总体设计结构如图2。网关的设计方案将采用开放源代码的嵌入式操作系统和TCP/IP协议栈，因此在取得较高性价比的基础上可取得最佳的扩展性。 3 硬件设计 AT91RM9200是著名半导体厂商ATMEL力推的一款基于ARM920T内核的工业级嵌入式微处理器，为最大功能、最低功耗、最低成本的嵌入式系统提供了一个完整的解决方案[4]，它除具备ARM微处理器传统优势以外，其性能、可靠性和扩展性都大大超过普通的商业级ARM7核心的嵌入式微处理器。硬件系统的结构如图3。 4 软件系统设计嵌入式实时操作系统在目前的嵌入式应用中使用越来越广泛，尤其在功能复杂、系统庞大的应用中显得愈来愈重要[5]。网关采用了μC/OS-II实时操作系统。μC/OS-II实时操作系统是专门为嵌入式应用设计的，除了与CPU硬件相关部分是用汇编语言编写外，其他绝大部分代码用C语言编写。μC/OS-II具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良、可靠性高、可扩展性强和移植性好等特点[6]。选择合适的ARM处理器的开发工具可以加快嵌入式系统的开发进度、节约成本、提高效率。CodeWarrior for ARM Developer Suite V1.2集成开发环境是ARM公司推出的新一代ARM集成开发工具，网关的所有程序代码均在此集成开发环境中编译、链接、调试。4.1 μC/OS-II初始化程序设计μC/OS-II操作系统运行前需要对硬件系统的片内和片外存储器、系统堆栈等进行初始化。这些工作与硬件系统相关，难以用C语言实现，需要用汇编语言实现。系统在执行完初始化

基于ARM技术的嵌入式网关设计.

1 基于 ARM 技术的嵌入式网关设计 Design of ARM-Based Embedded Gateway 吴海平王慧锋 (华东理工大学自动化与控制系,上海 200237 摘要:为解决楼宇自动化系统中不同串行通信协议之间的软件接口问题,从而真正实现现场设备的远程监控与管理功能。为此提出了通过嵌入式网关实现不同串行通信协议到以太网协议的转换方案。嵌入式网关采用结构化设计, 其核心的协议转换模块采用了基于 ARM7TDMI 内核的 32位处理器,内嵌μCLinux 操作系统。该网关实现了楼宇自动化系统中不同串行通信协议之间的转换,实现了统一监控的要求。关键词:嵌入式网关协议转换模块监控 0 引言楼宇自动化中使用了大量串行通信设备,它们采用了不同的串行通信协议,导致智能建筑管理系统(IBMS 和这些设备通信要时分别编写不同的软件接口,使得软件开发、维护和移植工作量增大,随着 Internet 的发展, 对现场自动化设备进行远程监控的需求越来越迫切,但由于现场设备没有以太网接口,很难实现这些设备的远程监控与管理。一种解决上述问题的有效方法就是为这些设备开发具有以太网接口的串口网关。网关又被称为网间协议变换器,用于连接采用不同通信协议的网络,实现网络之间的数据传输。当要求一个报文从一个网段发送到另一个网段时,网关完成对该报文的接收、翻译与转发工作。此类网关传统上都采用 8位或 16位单片机来实现,受到运算能力、存储空间的限制,这些网关仅能提供低速和小数据量的以太网接入,而且实时性差,不能满足楼宇自动化大量监控数据传输要求。此外,这些网关设备只支持特定设备的协议转换,通用性较差,限制了其使用。

基于工业物联网的智能网关设计

基于工业物联网的智能网关设计发表时间：2018-09-18T16:19:00.493Z 来源：《基层建设》2018年第25期作者：王畋富 [导读] 摘要：目前传感器、无线通信、嵌入式等各类信息技术的发展，全面建设物联网已是大势所趋。天津明匠智能系统工程有限公司天津 300462 摘要：目前传感器、无线通信、嵌入式等各类信息技术的发展，全面建设物联网已是大势所趋。物联网正应用在社会生活的方方面面，如智能物流、智能交通、智能家居等等，而这些应用都依托于强大的物联网网关。同时物联网时代的到来也为我国的工业领域带来了新的机遇和挑战。它将快速引导传统的工业进入现代化。智能制造应用服务实施的关键是设备和网络。因此本文基于工业物联网，设计了一种面向现场仪表的智能网关，实现了现场仪表与网络层的互联互通。关键词：工业物联网；智能网关；设计作为工业4.0的组成部分之一，生产与办公信息系统之间的网络互联呈现出日新月异的持续性发展。通过基于云技术采集、分析生产数据，能够显著优化生产。但现有工厂在这一方面的网络互联存在着一个巨大的挑战，即：不同制造商生产的机器设备以及不同技术水平的生产设备通常采用了不同的数据语言。此时，解决办法通常是进行耗时耗力的、复杂的改造。对于这类情况，利用智能网关完成不同数据源间的通信协调和分析、再将通信内容转发给相应接收者是一个相对而言易于实现的解决方案。即使现有工厂，也可采用该解决方案实现能够满足未来需求的生产方案。一、智能制造环境下的工业物联网智能制造环境下的服务网和互联网是信息网的两大主题，与生产计划、物流相关的ERP、SCR、CRM和与产品设计、技术相关的PLM处在最上层与服务网紧密相连；与制造生产设备和生产线控制、调度相关的PCS、MES功能通过CPS信息物理系统实现，这一层和工业互联网紧密相连。从产品形成到产品生命周期服务的角度，还需要智慧原材料供应、智慧售后服务等信息互联互通，这需要充分利用服务网和互联网的功能，而物联网和服务网的融合需要CPS的参与，其是智能制造的核心技术。二、智能网关工作原理智能网关是一种采集仪表数据的通信设备，主要功能有：为仪表供电、与仪表通信进行曼彻斯特编码，ME）调制等。智能网关硬件部分由现场可编程门阵列（FPGA）核心板与采集底板组成。其中，采集底板部分包括以太网、信号隔离电路、曼彻斯特调制电路。FGPA 核心板实现曼彻斯特编码与解码，以及以太网的网络层媒体访问控制（MAC）子层协议的部分功能。采集底板有多个独立通道，每个通道都通过两线制连接一组仪表，实现供电和曼彻斯特编码通信功能。控制端通过以太网口与FPGA进行通信，并向下发送数据。FPGA收到数据后进行曼彻斯特编码，再由曼彻斯特调制电路进行调制后通过传输线发送至仪表；仪表进行数据处理后，再返回数据；返回数据通过智能网关中的采集底板解调后发送至FPGA，经处理后再通过以太网传输至控制端进行结果显示。例如SIMATIC IOT2000是用于生产环境数据采集、处理和传输的可靠性开放性平台，是云或公司IT层和生产系统之间的理想网关，作为数据接口可实现双向通信，将在云平台分析后的数据传送给生产控制设备。这种连续的数据传输使生产优化过程形成控制闭环。 IOT2000支持多种通信协议和高级语言的开放性，可实现定制化的解决方案。用户可将SIMATIC IOT2000方便地集成到现有工厂中。因此，实现对老旧机器设备进行经济、安全的彻底改造。各机器设备的改造也可逐步进行。久经验证的SIMATIC品质，可确保在苛刻的工业环境中长期稳定运行。三、工业物联网的智能网关设计（一）FPGA核心板 FPGA是在可编程阵列逻辑（PAL）、通用阵列逻辑（GAL）、复杂可编程逻辑器件（CPLD）等可编程器件的基础上进一步发展而来的。它实际上是一种半定制的电路，能够弥补定制电路的缺点。由硬件描述语言Verilog完成的电路设计，可以快速地烧录至FPGA上进行测试，是集成电路设计的主流技术。逻辑单元存在于FPGA内部，是用于搭建逻辑电路、完成用户设计逻辑的最小单元。这些单元能实现逻辑门电路或者一些组合功能。FPGA内部的逻辑块可通过程序设计连接起来，类似芯片内的集成电路。因为逻辑块和连接方式可任意改变，所以FPGA具有较大的灵活性，可按需要实现相应的逻辑功能。智能网关中的FPGA核心板采用基于XilinxZYNQ系列系统级芯片（SoC）器件，内部集成AＲM公司双核Cortex-A9处理器的核心板，集成512MBDDＲ3SDＲAM，1GB内存资源；具有丰富的外设资源，通过外部扩展，可以实现高速USB、SD卡、总线、10/100/1000Mbit/s以太网、调试接口等功能。（二）电源方案 1.FPGA及隔离电路供电方案选用24V转5V电源模块，输入电压+24V，输出电压+5V，功率6W，带载能力1.2A。此部分电源可保证FPGA核心板以及信号隔离电路正常工作。 2.调制电路通道供电每个调制电路通道是相互独立的，由总电源24V给每个通道供电。每个调制电路通道采用一个独立的24V转18V电源模块，将总电源24V转换成独立的18V，为通道供电。24V转18V电源模块输出功率为2W；最大带载能力为2W/18V≈111mA。（三）曼彻斯特调制电路曼彻斯特调制电路分为信号发送电路和信号接收电路两部分。发送电路将FPGA核心板发送的曼彻斯特编码调制后发送；接收电路负责接收仪表传送的曼彻斯特编码，并将其解调后传送至FPGA核心板进行解码处理。信号发送电路由过压过流保护电路、滤波电路、放大电路、稳压电路组成。过压过流保护电路可在电路中出现过压过流情况时，及时切断电源，对电路进行保护。滤波电路用于滤除传输数据中包含的其他频率成分的信号，以增加抗干扰能力。放大电路对数据波形进行运算放大处理。稳压电路为整个信号发送电路提供稳定的工作电压。信号接收电路由滤波电路、放大电路、耦合电路组成。滤波电路、放大电路功能与信号发送电路中滤波电路、放大电路的功能类似；耦合电路用于将数据波形进行整形，以便FPGA进行处理。（四）网络通信智能网关中包含三路以太网。以太网包括网络层MAC协议、物理层（PHY）物理接口收发器以及以及网络接口三部分。三路以太网中，两路的MAC协议部分由FPGA的专用输入输出接口搭建，另外一路由FPGA的普通输入/输出接口搭建。MAC协议主要负责控制与连接

基于嵌入式的网关软硬件设计

基于嵌入式的网关软硬件设计随着Internet的普及，实现智能家居远程控制不再是人们的梦想，所谓远程控制，是指管理人员在异地通过计算机网络异地拨号或双方都接入Internet等手段，联通需被控制的计算机，将被控计算机的桌面环境显示到自己的计算机上，通过本地计算机对远方计算机进行配置、软件安装程序、修改等工作。远程唤醒（WOL），即通过局域网络实现远程开机。CAN是控制器局域网络（Controller Area Network, CAN）的简称，是由研发和生产汽车电子产品着称的德国BOSCH公司开发了的，并最终成为国际标准（ISO118?8）。是国际上应用最广泛的现场总线之一。在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。近年来，其所具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视，被广泛应用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。CAN与以太网采用的网络协议，为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。例如，网络中一个微机用户和一个大型主机的操作员进行通信，由于这两个数据终端所用字符集不同，因此操作员所输入的命令彼此不认识。为了能进行通信，规定每个终端都要将各自字符集中的字符先变换为标准字符集的字符后，才进入网络传送，到达目的终端之后，再变换为该终端字符集的字符。当然，对于不相容终端，除了需变换字符集字符外。其他特性，如显示格式、行长、行数、屏幕滚动方式等也需作相应的变换。 1 网关的硬件设计1.1 系统硬件结构该系统的硬件部分主要由ARM、以太网接口、CAN接口、高速存储器、JTAG口、复位电路和电源等组成，其系统硬件结构如图1所示。ARM移植TCP／IP通信协议和CAN 协议，可完成以太网协议和CAN总线协议转换，实现以太网接口和CAN接口通信数据的透明传输。以太网（Ethernet）指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测）技术，并以10M/S的速率运行在多种类型

基于物联网的嵌入式智能网关的设计

基于物联网的嵌入式智能网关的设计目前，全球都十分关注物联网技术以及其所带来的价值，掌握物联网技术无疑占据了主动的地位，因此不能忽视其广泛的市场前景。 1 物联网网关概述目前，物联网的结构有三种分类：感知层、网络层以及应用层。 1.1 感知层同人体的感知一样，物联网也有感知层。该结构主要是借助传感器去感知，同人们一样去识别相关信息，这赋予了物联网以智能感知的功能。 1.2 网络层网络层的功能就像是人体神经系统对信息进行处理一样，与感知层相比，其功能更加强大，也更加复杂。 1.3 应用层应用层是第三层结构，也是物联网结构的顶层，能够实现物联网技术和其他技术的结合，实现物联网的多领域、多行业应用。并且，这三种结构缺一不可。感知层能够起到感知信息的作用，其主要是借助传感器来实现的，如果没有太多的传感器，还可以借助网络与设备的连接实现传感器的功能，但这样会造成资源浪费。为了节省资源，顺利实现数据传送，最好能够将所有的设备与网络层相连，实现数据的统一传送。为了避免传感器设备不足造成的资源浪费问题，最好能够在感知层和网络层之间设置一个汇聚层，通过该汇聚层衔接这两个结构，就不会出

现资源浪费的问题，并且能够实现数据的传送。 1.1 物联网系统的分析物联网网关需要高度重视，其功能先进，全面，不仅可以感知，还能够实现远程监控，并且可以接入不同的网络。物联网网关的感知功能主要是以网络形式来体现的，并且配合多功能传感器获取不同的信息进行感知。这些传感器的接入形式不同，从目前来看，主要可分为有线和无线两种接入模式。有线接入的速度较慢，不具备无线接入的某些功能，因此，无线网络的应用越来越频繁。目前，常见的移动设备都具备无线网络的接入功能，并能够实现快速传送，这样就可以大大提高无线网络的使用范围。随着无线网络的不断发展，其必定会成为主要的接入方式。不同结构进行网络互通所采用的传感器不同，对信息的感知也会不同，为了实现不同结构的网络互通，需要设置一个协议网络。因为，协议网络可以实现不同结构的网络互通，如果沒有协议网络的支持，数据的交流就会变得十分困难。目前常见的协议网络主为Mod bus，在许多领域都有其身影。在物联网系统中，检测控制管理是一个重要的功能，其主要目的是对数据进行监控，实现科学的管理。首先，在网关中有许多不同的功能，对这些功能进行合理控制，就能够实现物联网技术的突破，为人们的生产和生活带来方便。其次，对网络连接进行集中管理，也是检测控制管理的常见功能。检测控制管理主要是对系统和外界的网络进行内外监控与管理，其功能更加全面。

基于μC／OS—II的嵌入式电梯物联网网关的设计

基于μC／OS—II的嵌入式电梯物联网网关的设计为提高对电梯的管理维护水平，提出了一种电梯物联网系统方案。以ARM 微控制器STM32F103VET6为核心研制了系统的网关，设计并实现了一种运行于该系统的网关管理协议，利用μC/OS-II实时操作系统创建基于该协议的SGMP 任务，采用分层机制实现消息的创建、解析和执行。实验证明网关具有良好的实时性和稳定性，具有广泛的管理能力。标签：物联网；网关管理协议；电梯；SGMP 1 概述随着电梯数量的增多，作为一种直接关系到人们生命安全的特种设备，如何保障电梯的安全运行受到了广泛关注。在传统被动的电梯管理模式下各种电梯事故时有发生。国内外各电梯企业大多针对各自品牌，采用总线或者公用电话网络作为远程数据交换的通信依托设计了电梯远程监控系统。但网络布线复杂，运行成本高、可靠性较差并且数据交换量有限，各种系统之间互不兼容，可管理能力较低。因而对电梯管理维护技术提出了更高的要求。文章在充分利用小区内现已搭建完善的局域网系统，结合物联网[1]技术提出一种电梯物联网系统方案。基于嵌入式技术设计该系统的关键部件——电梯物联网网关。在网关平台上实现网关管理协议——SGMP（Simplify Gateway Management Protocol）的设计，实现信令交互、数据传输过程，使系统运行稳定，通信可靠，从而提高对电梯的管理维护水平。 2 系统方案参考物联网典型通信系统架构设计电梯物联网系统模型，如图1所示。从上至下依次为：应用层、网络层、感知层[2]。为了阐述内容的准确性，定义电梯感知终端为位于感知层内能感知电梯运行数据，并具备联网和控制能力的有源结点。构建此系统要求电梯感知终端按照既定的标准输出数据信息以便于统一管理。位于感知层内的电梯感知终端主要负责通过电梯控制柜全面感知电梯运行数据，并组建完善的电梯群感知终端局域网。由于各小区处于不同的局域网内，无法与公网进行通信，因此采用电梯物联网网关作为网络接口来满足电梯物联网系统的广域互联。应用层采用基于SOA（Service-oriented architecture，面向服务架构）模型实现整个电梯物联网系统的业务覆盖，主要通过网管平台以及应用数据库服务器实现应用层事务处理，可供政府监管部门、物联网管理部门、电梯厂家等使用。 3 电梯物联网网关的设计与实现

物联网网关总结

目录一、物联网网关概述 (2) 二、物联网网关相关技术 (2) 三、物联网网关功能分析 (3) 四、综合物联网网关实现 (4) 五、物联网网关发展前景 (5)

一、物联网网关概述物联网网关，作为一个新的名词，在未来的物联网时代将会扮演非常重要的角色，它将成为连接感知网络与传统通信网络的纽带。作为网关设备，物联网网关可以实现感知网络与通信网络，以及不同类型感知网络之间的协议转换．既可以实现广域互联．也可以实现局域互联。此外物联网网关还需要具备设备管理功能，运营商通过物联网网关设备可以管理底层的各感知节点，了解各节点的相关信息，并实现远程控制。二、物联网网关相关技术移动互联网技术移动互联网已成为全球关注的热点。就如移动语音是相对于固定电话而言，移动互联网是相对固定互联网而言的。虽然目前业界对移动互联网并没有一个统一定义，但对其概念却有一个基本的判断，即从网络角度来看，移动互联网是指以宽带IP为技术核心，可同时提供语音、数据、多媒体等业务服务的开V放式基础电信网络；从用户行为角度来看，移动互联网是指采用移动终端通过移动通信网络访问互联网并使用互联网业务，这里对于移动终端的理解既可以认为是手机也可以认为是包括手机在内的上网本、PDA、数据卡方式的笔记本电脑等多种类型，其中前者是对移动互联网的狭义理解，后者是对移动互联网的广义理解。从层次上看，移动互联网可分为：终端\设备层、接入\网络层和应用\业务层。其最大的特点是应用和业务种类的多样性（继承了互联网的特点），对应的通信模式和服务质量要求也各不相同：在接入层支持多种无线接入模式，但在网络层以IP协议为主；终端种类繁多，注重个性化和智能化，一个终端上通常会同时运行多种应用。嵌入式系统技术嵌入式系统(Embedded System)是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它包括硬件和软件两部分。硬件包括微处理器、存储器及外设器件和I／O端口、图形控制器等；软件部分包括操作系统和应用程序，有时设计人员把这两种软件组合在一起。操作系统控制着应用程序与硬件的交互作用；而应用程序控制着系统的运作和行为。嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit,

嵌入式系统与物联网技术修订版

嵌入式系统与物联网技术修订版 IBMT standardization office【IBMT5AB-IBMT08-IBMT2C-ZZT18】

嵌入式系统与物联网技术索明何工作单位：淮安信息职业技术学院? 研究方向：嵌入式系统、物联网技术摘要：本文通过参考嵌入式系统理论奠基人何立民教授，中嵌协会、中国物联网产业协会秘书长柏斯维等专家关于“嵌入式系统与物联网技术”的观点，进行了总结、摘取了相关的理论，旨在从嵌入式系统的角度理解物联网的概念，在嵌入式系统技术的基础上学习物联网技术，推动物联网技术的应用与发展。? 一、物联网的源头? 物联网与云计算不是概念炒作，是互联网与嵌入式系统发展到高级阶段的融合，如图1所示。?物联网有3个源头：智慧源头、物联源头、网络源头。智慧源头是微处理器，物联源头是嵌入式系统，网络源头是嵌入式系统局域网和互联网。图1?物联网的源头 1.物联网的物联源头? 图2?嵌入式应用系统的物联基础如图2，嵌入式系统的四个通道接口（物联界面）：? （1）感知接口? 物理信息感知：电子标签（RFID、二维码——后IP时代）感受对象的物理信息。?物理参数感知：传感器感受对象的静态参数、动态参数信息。?时空信息感知：GPS给予物理对象进行时空标定。?

（2）控制接口? 所有对物理对象的控制，都要经过这一端口完成数字化控制信息到对象系统控制信号的转化。????? （3）人机接口? 人机接口，是嵌入式系统的输入、输出端口，是一个归一化的人机交互界面。多元化的人-机交互方式，如各种类型的键盘、显示器、音视频设备的人机交互等，都要归一化成输入、输出端口的标准化结构与通信协议。人机通道的基础是嵌入式系统的串行接口，以及由此衍生的各种串行总线，如I2C总线、单总线、SPI串行接口等多元化的串行输入/输出通道。? （4）互联接口? 为嵌入式应用系统之间、嵌入式应用系统与互联网之间通信提供标准的通信手段。通信方式可以有多种有线与无线方式。通常，将满足信息传输要求的硬件电路与通信协议栈内嵌到嵌入式系统中，或制成可在嵌入式系统外部扩展的专用通信芯片。嵌入式设备通过有线（485、CAN、工业以太网等）或无线（如Zigbee）局域网互联形成嵌入式系统局域网。嵌入式系统、嵌入式系统局域网与互联网相连，形成了物联网。? 2．物联网的网络源头? 物联网有无限大的应用领域，物联网应用系统则是一个与互联网相连的局域物联系统。物联网的网络源头有互联网的广域网与嵌入式系统的局域（物联）网。? （1）互联网的广域网?

嵌入式系统与物联网技术精编WORD版

嵌入式系统与物联网技术精编W O R D版 IBM system office room 【A0816H-A0912AAAHH-GX8Q8-GNTHHJ8】

物理信息感知：电子标签（RFID、二维码——后IP时代）感受对象的物理信息。?物理参数感知：传感器感受对象的静态参数、动态参数信息。?时空信息感知：GPS给予物理对象进行时空标定。? （2）控制接口? 所有对物理对象的控制，都要经过这一端口完成数字化控制信息到对象系统控制信号的转化。????? （3）人机接口? 人机接口，是嵌入式系统的输入、输出端口，是一个归一化的人机交互界面。多元化的人-机交互方式，如各种类型的键盘、显示器、音视频设备的人机交互等，都要归一化成输入、输出端口的标准化结构与通信协议。人机通道的基础是嵌入式系统的串行接口，以及由此衍生的各种串行总线，如I2C总线、单总线、SPI串行接口等多元化的串行输入/输出通道。? （4）互联接口? 为嵌入式应用系统之间、嵌入式应用系统与互联网之间通信提供标准的通信手段。通信方式可以有多种有线与无线方式。通常，将满足信息传输要求的硬件电路与通信协议栈内嵌到嵌入式系统中，或制成可在嵌入式系统外部扩展的专用通信芯片。嵌入式设备通过有线（485、CAN、工业以太网等）或无线（如Zigbee）局域网互联形成嵌入式系统局域网。嵌入式系统、嵌入式系统局域网与互联网相连，形成了物联网。? 2．物联网的网络源头?

嵌入式系统在物联网领域中的应用

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/4c9442071.html, 嵌入式系统在物联网领域中的应用作者：宋俊飞卢鹏羽贺茂恩来源：《电子技术与软件工程》2018年第02期摘要信息化时代的加速来临，物联网已经在各个范围内被应用，在物联网的技术中最重要的是嵌入式系统，嵌入式系统能够让人们的生活变得更方便。本文通过对物联网的结构、技术等描述，以及分析嵌入式系统的含义和此系统与物联网的区别和联系，让我们感受到新技术带给我们生活的便利和快捷。【关键词】嵌入式系统物联网领域应用 1 引言物联网依靠互联网完成信息的传递，嵌入式系统的加入使得信息传递更具有专用性，可以实现一些特定功能，在当下时代的发展下，人们对它的要求越来越高，对它的掌握程度也逐渐加大，因此它的难度系数也逐渐加大，它是进一步推动物联网技术的开端，同时也是为我国各个行业领域带来了很好的信息环境。物联网是新时代下发展最快、应用最广的产物，它以互联网作为基准，来完成信息传递的功能，用专门技术进行物和物之间的联系。嵌入式系统相比物联网性能更强，作用更广，涉及面更大，它的发展大大促进了我国物联网的发展和应用，推动了各行业的持续稳定发展。 2 嵌入式系统概念嵌入式系统是将计算机嵌入到应用系统中去，它可以满足不同对象的使用。嵌入式系统更像是特定功能的计算机系统，因此对它的要求也高，对它的功耗、体积都要达到传统计算机功能的更高一层。从2012年开始，智能化的出现，让人们对智能网络的需求越来越大，相应的标准也越来越高，像我们接触到的手机，还有一些生活设备，例如微波炉等都是加入了嵌入式系统。像一些远程设备、自动化设备等，也开始将此系统加入中，以便于可以有效的工作，它现在已遍布各个行业、领域中去，很大程度上方便的人们的生活。 3 嵌入式系统在物联网中的应用嵌入式系统加入在物联网中很利于物联网的发展，可以肯定的说，嵌入式系统是物联网发展的关键因素。物联网作为连接物与物间的相联系，通过加入嵌入式技术后，更加快速、方便的实现通信设备的连接，可以保证物与物之间的信息交换。以专业眼光来看，嵌入式系统是保证信息之间的传递和联系的保证，它更加可以让互联网技术在人们的生活和工作中起到很大的帮助，快速、高效的完成很多事情，解决我们遇到的困难，所以在现在，我们对它的依赖很大，要求很高。嵌入式系统在物联网中主要从一下几个技术体现出来。