无线互联嵌入式系统设计的新挑战
时间：01-16
来源：与非网
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一、嵌入式系统应用市场广阔
嵌入式系统已经广泛渗入到我们日常生活和工业控制领域，商业应用领域的的方方面面。在日常生活中，数码相机、手机、MP3、PDA、电视机，甚至电饭锅、手表，玩具等里都有嵌入式系统的身影；在工业自动化领域，各种工业自动化仪器仪表、航空航天，通讯、交通等领域也有越来越多的嵌入式系统。 一些新兴的领域，如汽车电子、医疗设备领域中也不断涌现新的嵌入式应用，如汽车导航、核磁共振仪、病人监护系统，车载娱乐平台、，健康照顾系统，无线传感器系统等。
据估计，每年全球嵌入式系统带来的相关工业产值已超过数万亿美元。而且，嵌入式系统应用的市场正在以每年30%以上的的速度递增(根据IDC预测)，虽然目前面临金融风暴的冲击，但是，新一轮汽车、信息电器、通讯、医疗、军事等行业的巨大的智能化和信息化装备需求将推动嵌入式应用市场以更快发展；嵌入式工业设备则将集成进更多的通信与联网等智能化功能，并将在汽车电子市场、机床电子市场、医疗电子市场、室内/外视频监控市场和电子标签（RFID）市场、仓储物流信息化市场，节能环保市场等方面得到更广泛的应用。
在嵌入式系统应用市场高速成长的中，嵌入式应用系统对无线互联技术有了越来越多的需求，各种无线通讯技术也在以越来越快的速度，融入嵌入式系统设计中。
举例而言，在消费电子产品中，数码相机，数码相框，MP3,PDA，打印机，高清晰电视等等嵌入式产品，已经开始广泛采用各种无线通讯技术，实现无线互联；在工业控制中，大量的嵌入式控制设备，也开始实现无线互联，实现M2M通讯；在新一代汽车电子娱乐系统的嵌入式应用中，也采用无线技术来实现各种音频视频数据流的无线高速传输。
虽然，大量新一代的无线通讯技术和无线通讯标准，为嵌入式设备实现无线互联，提供了方便的途径，但是，如何选择合适的无线通讯技术，如何在嵌入式系统设计中，高效率的掌握和使用这些新的技术和设计方法，也就成了嵌入式系统设计人员所关注的一个热点。
二、如何将无线通讯技术融入嵌入式系统设计？
图一是目前在嵌入式应用系统设计中，主流的的几种无线通讯技术：WI-FI ，蓝牙，ZIGBEE， GPRS、GSM, 3G 等，通讯速率，通讯距离和功耗之间的关系。
从图一我们可以看出，RFID技术（ISO15693,ISO14443, ISO-18000 等标准），适合极近距离通讯，具有非常低的功耗；ZIGBEE无线网络技术（IEEE802.15.4）适合数0.25MBIT/S的通讯速度，也具有很低的功耗；蓝牙(BLUETOOTH)技术（IEEE802.15.1）,目前2.1版本的规范，可以达到2MBIT/S的通讯速率。属于低功耗通讯，WI－FI技术，从IEEE802.11B (11MBIT/S)到IEEE802.11G（54MBIT/S）到目前IEEE802.11N,可以实现大于100M BIT/S通讯速率；GSM和GPRS数据通讯速率不高，但是网络广泛，通讯距离远，随着3G网络的发展，也有发非常广阔的应用空间。
将无线技术使用到嵌入式系统设计的关键有：
2.1根据系统应用特点，考虑好功耗要求
举例而言，对于消费电子产品，如果采用普通碱性电池供电或者纽扣电池供电，需要非常低的功耗，选择ZIGBEE和其它非标准通讯技术，可能比较合适，如遥控器等，如果需要进行语音应用，而且采用可充电电池，蓝牙技术也可能是很好选择，数码相框等，WI－FI技术，可能是很好的选择。
2.2根据系统工作环境和网络覆盖，选择相关技术
目前GPRS和GMS已经有非常广泛的网络覆盖，对于很多M2M的应用，如无线抄表，远程遥控，采用GPRS是不错的选择，许多城市目前在广泛安装WI-FI和3G网络，采用低成本的无线模块，可以加快嵌入式应用无线系统的开发。
2.3系统成本和开发时间的考虑
对于嵌入式系统而言，可靠性和系统成本是非常重要的考虑，而如何快 速完成系统软件硬件开发设计，也是非常重要的；无线和无线网络技术，涉及到高频设计（工作频率在400M-5GHZ）,而且具有比较复杂的网络通讯协议和一系列网络通讯算法，如何能克服这些设计障碍。快速切入核心设计，也是非常重要的问题。
目前在嵌入系统设计中，增加无线互联技术，比较常用的办法有两种，一是在使用比较高级的的操作系统，例如WIN CE或者嵌入式Linux下，添加无线网络模块，这个方法的好处是在于这些操作系统已经包括了比较丰富的底层驱动，使无线系统设计比较简单；但是，运行这些系统，需要比较高级的微处理器和大量内存，实现微功耗和低成本比较困难，也很难做成非常低成本的系统。
另外一种办法是采用高性能低价格的无线模块，配合低成本的廉价8－32位微控制器（单片机），这样的系统，只需要UCOS-II这样的小型化实时操作系统，也甚至可以不需要操作系统，这样的嵌入系统设计灵活，开发简单，不需要大量存储器和系统资源，无需深入了解无线技术，可以快速，容易设计出微功耗，低成本的嵌入式系统。
嵌入式系统已经广泛渗入到我们日常生活和工业控制领域，商业应用领域的的方方面面。在日常生活中，数码相机、手机、MP3、PDA、电视机，甚至电饭锅、手表，玩具等里都有嵌入式系统的身影；在工业自动化领域，各种工业自动化仪器仪表、航空航天，通讯、交通等领域也有越来越多的嵌入式系统。 一些新兴的领域，如汽车电子、医疗设备领域中也不断涌现新的嵌入式应用，如汽车导航、核磁共振仪、病人监护系统，车载娱乐平台、，健康照顾系统，无线传感器系统等。
据估计，每年全球嵌入式系统带来的相关工业产值已超过数万亿美元。而且，嵌入式系统应用的市场正在以每年30%以上的的速度递增(根据IDC预测)，虽然目前面临金融风暴的冲击，但是，新一轮汽车、信息电器、通讯、医疗、军事等行业的巨大的智能化和信息化装备需求将推动嵌入式应用市场以更快发展；嵌入式工业设备则将集成进更多的通信与联网等智能化功能，并将在汽车电子市场、机床电子市场、医疗电子市场、室内/外视频监控市场和电子标签（RFID）市场、仓储物流信息化市场，节能环保市场等方面得到更广泛的应用。
在嵌入式系统应用市场高速成长的中，嵌入式应用系统对无线互联技术有了越来越多的需求，各种无线通讯技术也在以越来越快的速度，融入嵌入式系统设计中。
举例而言，在消费电子产品中，数码相机，数码相框，MP3,PDA，打印机，高清晰电视等等嵌入式产品，已经开始广泛采用各种无线通讯技术，实现无线互联；在工业控制中，大量的嵌入式控制设备，也开始实现无线互联，实现M2M通讯；在新一代汽车电子娱乐系统的嵌入式应用中，也采用无线技术来实现各种音频视频数据流的无线高速传输。
虽然，大量新一代的无线通讯技术和无线通讯标准，为嵌入式设备实现无线互联，提供了方便的途径，但是，如何选择合适的无线通讯技术，如何在嵌入式系统设计中，高效率的掌握和使用这些新的技术和设计方法，也就成了嵌入式系统设计人员所关注的一个热点。
二、如何将无线通讯技术融入嵌入式系统设计？
图一是目前在嵌入式应用系统设计中，主流的的几种无线通讯技术：WI-FI ，蓝牙，ZIGBEE， GPRS、GSM, 3G 等，通讯速率，通讯距离和功耗之间的关系。
从图一我们可以看出，RFID技术（ISO15693,ISO14443, ISO-18000 等标准），适合极近距离通讯，具有非常低的功耗；ZIGBEE无线网络技术（IEEE802.15.4）适合数0.25MBIT/S的通讯速度，也具有很低的功耗；蓝牙(BLUETOOTH)技术（IEEE802.15.1）,目前2.1版本的规范，可以达到2MBIT/S的通讯速率。属于低功耗通讯，WI－FI技术，从IEEE802.11B (11MBIT/S)到IEEE802.11G（54MBIT/S）到目前IEEE802.11N,可以实现大于100M BIT/S通讯速率；GSM和GPRS数据通讯速率不高，但是网络广泛，通讯距离远，随着3G网络的发展，也有发非常广阔的应用空间。
将无线技术使用到嵌入式系统设计的关键有：
2.1根据系统应用特点，考虑好功耗要求
举例而言，对于消费电子产品，如果采用普通碱性电池供电或者纽扣电池供电，需要非常低的功耗，选择ZIGBEE和其它非标准通讯技术，可能比较合适，如遥控器等，如果需要进行语音应用，而且采用可充电电池，蓝牙技术也可能是很好选择，数码相框等，WI－FI技术，可能是很好的选择。
2.2根据系统工作环境和网络覆盖，选择相关技术
目前GPRS和GMS已经有非常广泛的网络覆盖，对于很多M2M的应用，如无线抄表，远程遥控，采用GPRS是不错的选择，许多城市目前在广泛安装WI-FI和3G网络，采用低成本的无线模块，可以加快嵌入式应用无线系统的开发。
2.3系统成本和开发时间的考虑
对于嵌入式系统而言，可靠性和系统成本是非常重要的考虑，而如何快 速完成系统软件硬件开发设计，也是非常重要的；无线和无线网络技术，涉及到高频设计（工作频率在400M-5GHZ）,而且具有比较复杂的网络通讯协议和一系列网络通讯算法，如何能克服这些设计障碍。快速切入核心设计，也是非常重要的问题。
目前在嵌入系统设计中，增加无线互联技术，比较常用的办法有两种，一是在使用比较高级的的操作系统，例如WIN CE或者嵌入式Linux下，添加无线网络模块，这个方法的好处是在于这些操作系统已经包括了比较丰富的底层驱动，使无线系统设计比较简单；但是，运行这些系统，需要比较高级的微处理器和大量内存，实现微功耗和低成本比较困难，也很难做成非常低成本的系统。
另外一种办法是采用高性能低价格的无线模块，配合低成本的廉价8－32位微控制器（单片机），这样的系统，只需要UCOS-II这样的小型化实时操作系统，也甚至可以不需要操作系统，这样的嵌入系统设计灵活，开发简单，不需要大量存储器和系统资源，无需深入了解无线技术，可以快速，容易设计出微功耗，低成本的嵌入式系统。