MCU网络接口方案的自由选择

微控製器不再工作於隔離狀態，從工廠樓層到汽車內部，到處都有分布計算駐留。帶雙以太網或CAN（控製局域網）總線接口的MCU是很有用的，而這還隻是冰山一角。

當今，有各種形式和大小的網絡。許多嵌入式係統已有多種網絡。隨著TCA（電信計算架構）的新進展，其開關結構網絡（switch-fabric network）引人注意。它可以是以太網，使用了一對I2C(內部集成電路)總線來支持IPM（綜合功率管理）控製器（IPMC），這是架構管理支持的一部分。

今天，雖然獲得通信軟件相當複雜，但是選擇一種與網絡匹配的MCU是相當容易的。在多節點或多網絡中采用分區（或分塊）應用，可以解決耐用性方麵的問題。與分布處理器相比，聯網還能減少電纜需求，並允許係統由廉價的MCU陣列組成，從而代替一對高性能的處理器。



MCU網絡覆蓋了廣泛的嵌入式環境。以太網是最流行的網絡，特別是對因特網與局域網的連通。RS-232接口很流行，但它的速度慢，主要用來控製的裝置；而應用於網絡的網關，則對接口的要求更高。對許多嵌入式設計問題。研發者可選一個或多個合適的網絡接口來解決。

1 網絡與外設

很多流行的網絡接口都是裝在MCU上的（見表1和表2所列）。串行接口很流行，它主要用於串行接口設備，但並不支持網絡。有些接口執行SLIP（串行鏈路接口協議）或PPP（點對點協議），通過調製解調器（MODEM）與因特網連接。

表1 連接總線用在MCU網絡的情況

总线名称	所占百分比/（%）
RS-232	57.5
以太网	39.3
USB（通用串行总线）	20.0
CAN（控制域网络）	17.8
802.11（无线）	7.9
蓝牙（短距离无线）	8.6
火线/1394（高速串行总线）	5.7
专门的	15.8
其它	20.4
无名	4.7

表 2 網絡接口

接 口	性能说明	传输速度/距离	架  构	协  议	连线数
以太	10/100/1000BaseT局域网（LAN）	10、100、1000Mb/s 100以上	多主机，CSMA/CD	IPv4,IPv6, TPP/IP	4(Cat5) 光
1394b	火线LAN/外设网络	8002400Mb/s 100mUTP（未屏蔽双绞线）	多主机	1394 TCP/IP	6 光
USB	通用串行总线外设网络	12Mb/s sv1.1 480Mb/s sv2,0 25m	主/从 星形 127个设备	USB	4
SPI	串行外设接口设备网络	1Mb/s 5m	主/从	-	3加线地和片选
I2C	内部集成电路设备网络	1000kb/s 标准 400kb/s 快速 3.4Mb/s 高速 10m	主/从 多个主机	-	2加地线
CAN	控制域网络设备网络	1Mb/s 40m 10kb/s 5000m	主/从 多个主机	CANopen	1加地线 差分 光
LIN	局部互连网络设备网络	20kb/s 80m	主/从 16个设备	LIN 触发时间	1加地线
1Wire	Maxim(专用)	16kb/s 140kb/s 600m	主/从	1Wire	1加地线

以太網是現在最通用的，其高速硬件很容易插入片上係統（SoC）。為把多種設備與因特網連接起來，增加以太網已變得很重要。

後來，USB（通用串行總線）在MCU中更多地出現。最初，是把MCU當成一個USB外設來處理。支持USB的主機總是有用的，MCU被用作像鍵盤一樣帶有 PC風格的設備，而且與存儲設備和其它USB外設一起工作得非常好。USB在那些靠近主機的外部嵌入式網絡中變得更加重要。
正在慢慢嵌入MCU的接口有1394（高速總線接口）。這種情況可能隨著1394b的出現而變化，它強調是作為多媒體網絡的基礎設施。
CAN 總線是一種網絡接口，其流行的程序與以太網相同，尤其是當它進入汽車和過程控製環境後，就更是這樣了。

2 設備網絡

MCU 更通用的是與CAN、LIN（局部互連網絡）、SPI（串行外設接口）、I2C和單線（1Wire）總線相連接。雖然這些接口的運行速度比以太網慢，但它們更容易實現。有些設備的主裝置，像單線協議，能完全用軟件實現，而以太網則很少有能這樣做的設備。

CAN已在汽車和過程控製工業中找到了自己的位置。它受到廣泛支持，並適合嵌入式應用範圍，常用於LIN的分級網絡。

速度為20kb/s的LIN適合低性能網絡。雖然瞄準的是汽車工業，但LIN可作為傳感器，方便地進入其它嵌入式應用網絡。CAN和LIN都有單線設計的優點。作為大多數單線設計，對設備采取共地是有效的。

國家半導體和摩托羅拉公司開發了SPI，它使用主/從架構方式，與從機的數據收集、整理係統鏈接在一起（daisy- chain together），如力所示。要實現串行外設接口是相當簡單的，為保持靠近主機的SPI從機，使用單獨的芯片選擇。

I2C 使用雙線時鍾總線，支持主/從和多架構。從先進的TCA到電池的監視。I2C已在廣泛的嵌入式應用範圍內找到了自己的位置。一個運行在3.4Mb/s下的高速能版本工作在100kb/s範圍內時也同樣的好。飛利浦是I2C的支持者之一。

I2C的同步特性及其每個字節的證實（per- byteacknowledgement），使它能相當容易地用硬件實現。如沒有大量的軟件開銷，它本身對UART（通用異步收發器）的執行是沒有幫助的。與以太網、CAN和LIN比較、I2C有廣泛的零售商支持。

單線架構是專用的隻有一條連線的主/從網絡。主網絡可由任何人開發，但從網絡必注冊。有各種消息來源（source）提供給單線從設備。此架構對簡單、低功耗設備是很有用的。

在MCU上，單獨的網絡接口已成功一段時間了。後來，更多出現的是多於一個接口的MCU。這允許MCU作網絡之間連接的網關。