Webchip智能Internet网络接口芯片及其应用

武汉力源电子股份有限公司开发部（430079） 黎 明

摘 要 力源公司最新推出一款用于连接电子设备和Internet网络的集成电路棗Webchip。扼要介绍电子设备与Internet的连接，可行的实现方法，Webchip在应用系统中所起的作用及其应用。

关键词 Webchip   Internet    MCUNet   Gateway

    今天人们生活在一个信息时代，Internet技术已经走进了人们的工作和生活中，网上浏览，电子邮件，文件传输等，让人们了解和交换信息变得容易而简单。Internet已经成为信息社会中很重要的组成部分。

    但是到目前为止，Internet技术主要还是运用在人与人（或团体）之间信息的交流。例如E-mail、WEB浏览等，即使是Internet技术的进一步应用，例如电子商务e-business，也仅仅停留在企业与企业或与个人在商务方面的信息交换上。因此，过去我们对Internet的理解也一直停留在这个观念上。这其实是一种狭隘的理解，它在很大程度上制约了人们从其它领域去获得与人们工作和生活密切相关的重要信息。例如从一些电子设备中采集信息并去控制它们。

    如今人们的目光已经越来越集中到日常生活中的一些电子设备上。例如移动电话、汽车、自动售货机、电表、保安系统、医疗监护设备等。这些电子设备都有一些共同的特点，即内部都有嵌入式微控制器（MCU）或称之为单片机，它能够提供一定的服务和控制功能，能够获取、利用一些信息等。如何让这些电子设备跟Internet连接起来，以便人们能够远程获得这些电子设备的信息并控制它们的运行，已成为今天信息界同仁关注的焦点。

    纵观这些设想和应用，Internet技术将深入到人们日常生活和工作的电子设备中，而且势不可挡。Webchip智能Internet网络芯片就是为了满足这种需求而设计的。

电子设备一般都是以单片机为核心的一个应用系统。目前电子设备与Internet连接有三种可行的方案。

    第二种是利用emWare公司开发的EMIT?技术，如图2所示。根据emWare公司的电子设备网络协议，在应用系统的单片机内部使用emNet协议，再通过emGateway?与Internet网连接 。该方案由于复杂的网络协议是通过emGateway?在PC机上实现的，应用系统MCU只使用较简单的emNet协议，因此对MCU的要求较低。但应用系统设计工程师必须熟悉emNet协议和相关的接口，原来客户应用系统的MCU也不一定符合要求，并且软硬件设计的工作量仍然较大。同时，应用系统的单片机处理emNet协议要占用一定的系统资源。Microchip公司和PILIPS公司都在此基础上有相关的产品开发平台。

图2 第二种方案

    第三种方案由力源公司开发研制，它是MCU应用系统通过Webchip网络芯片与Gateway连接，再进入Interne网，如图3所示。Webchip内部固化了MCUNet协议，它与emGateway?和OSGi协议兼容。应用系统设计工程师完全不必考虑任何网络协议，只需要解释并执行Webchip传送过来的指令和数据就可以实现与Internet网络连接。MCUNet网络协议由Webchip来完成。如同设计一个UART系统中选用UART接口芯片一样，当需要将电子设备与Internet连接时，选用Webchip可以节省MCU的资源，设计更简单。

图3 第三种方案

    通过对以上3种方案的比较说明，使用第三种方案有如下突出的优点:

    1. 应用系统的设计更简单。在MCU系统中使用Webchip，统一了MCU对外通信接口，应用系统设计工程师不需要考虑MCU与Gateway之间复杂的通信协议，只需要解释并执行Webchip传送过来的命令，而Webchip与MCU之间的命令只有十多条，传送格式简单易懂。使用Webchip在很大程度上简化了应用软硬件设计的工作量，可以缩短MCU应用系统的设计周期。

    2. 降低了对应用系统中MCU性能的要求，减少了应用系统硬件开支。由于MCU与Gateway之间的通信协议都是由Webchip来处理，因此极大地减少了应用系统中MCU的工作量，MCU可以去处理其它更多的事务。当应用系统很简单时，可以使用性能不高、价格低廉的MCU组成一个可以连接Internet的网络系统。

    3. 成本低廉。其一是由于应用系统设计简单，从而缩短了软硬件的开发周期；其二是降低了应用系统MCU性能要求和其它外围设备的硬件需求。  

    Webchip作用就是解释通信协议，控制数据传输，使MCU应用系统不用去管理协议的具体内容，只需要解释和执行Webchip送来的命令，Webchip与MCU之间的命令有17条。

    Webchip主要由以下4个部分组成：

    1. Webchip与Gateway通信及其通信控制单元。通过控制字可选择通信电路类型，如RS-232，RS-485，Modem等。

    2. 协议转换层。在这个转换层中，完成数据包的识别，校验，有效数据的提取和判断等。

    3. Webchip与MCU通信及其通信控制单元。

    4. 中央控制单元。控制以上3个单元的协调运行，完成对Webchip的管理。  

     Webchip主要引脚功能如图4所示。

图4 主要引脚功能

Webchip与MCU之间是通过控制命令交换信息的。这些命令结构简单，功能强大。

    MCUNet协议是MCU电子设备与计算机平台上的Gateway建立联系的一种软件协议。MCUNet协议结构简单，功能很强。

    MCUNet协议首先规定了一种主从关系，Gateway永远是主叫系统（master），而电子设备永远是从系统(slave)。Gateway可以授权电子设备回拨（callback）。

    其次，MCUNet定义了电子设备系统的状态性能参数表（Capabilities Table）和变量表（Variables Table） 。电子设备与Gateway之间信息交换的过程是建立在MCU系统状态性能参数表和变量表基础上的。

    电子设备的系统状态性能参数表的作用是把电子设备系统的一些特性参数告诉Gateway，如系统变量表中变量的个数，变量表所占用的字节数，非易失性存储器的大小，字符串的表达类型（ASCII，UNICODE或其它）等。

    电子设备的系统变量表的作用就是把MCU与Gateway之间需要交换的信息罗列出来，通过一个变量表来表达。MCU与Gateway之间所有交换的信息都在这个变量表的表达范围之内。超出变量表的信息Gateway将不予受理。

    下面以一个具体例子说明使用Webchip家族中的PS2000进行设计的过程。

    有一家用空调控制应用系统，原理框图如图5所示。在这个系统中，为了确定设计的电子设备的ID号是唯一的，需要加入一片由DALLAS公司生产的电子标签。通过这个唯一的ID号区分不同的电子设备。

    我们设定4个变量需要远程控制，即：

    1. 设定空调的开关状态；

    2. 选择空调的工作模式，如制冷、加热、换气等；

    3. 设定房间的温度；

    4. 定时设定。

    当确定以上的控制变量后，首先要建立如下的变量表，详细说明请参阅文献[2]。    

　图5 家用空调控制系统

VAR_TABLE：

    至此已经创建了变量表，参阅文献[2]可很容易建立如下的系统状态性能参数表：

    MCU网络系统设计的关键就是建立这两个表。运行时MCU接收Webchip传送来的命令，对这些命令进行分析处理并实施控制。

    将MCU应用系统与本地的计算机连接，在计算机上启动Gateway。再设计一个能控制中央空调的网页，这样在全球任何地方都可以通过Internet控制家里的空调器。

1 PS2000网络接口数据手册. 武汉：武汉力源电子股份有限公司，2000.1

2 PS2000网络接口用户指南. 武汉：武汉力源电子股份有限公司，2000.1