以太网上基于MCU的嵌入式设计提供了财政预算案

连接嵌入式设备是必须具备的，因为我们进入物联网（IOT）世界上普遍的互联网。无线连接似乎是主要趋势，但大多数无线设备最终需要找到一个有线互联网连接增加带宽和可靠性。我们的好朋友仍需要在中心，聚集，桥梁，存储传统的有线以太网连接和应用程序服务器的嵌入式节点。低成本的传感器也可以使用无线解决方案的有线以太网代替时费用，带宽，方便性，或可靠性问题排除一个无线方法。幸运的是，许多低成本MCU系列现在提供有线以太网的支持，使传感器，价格低廉的桥梁和连接聚合可以在不“破”的预算银行的发展。

本文将提供廉价的MCU的支持有线以太网连接的类型的概述。一些常见的嵌入式应用，其中有线连接将被期望的实施例将给出以说明如何关键的MCU特性和功能匹配重要应用要求。

在嵌入式领域的以太网连接

以太网是在嵌入式系统这样一个普遍的元素，我们通常不会给它太多的思想 - 它只是“以太”在这台计算机进行通信。自1985年最初的标准化以太网已经发展壮大，从原来的3 Mbit / s的数据传输速率为100 Gbit / s的演变，并衍生出了各种不同的媒体和连接拓扑结构。多层OSI模型和基础信息结构的灵活性，支持已使以太网生存和繁荣了几十年的发展和优化。

嵌入式设备使用以太网连接来发送和接收数据和控制信息。更先进的嵌入式系统可以使用以太网发送和接收代码更新增加新的功能，并修复漏洞或安全弱点可以被黑客利用来窃取机密信息。这些更新必须受到保护，免受安全漏洞，或者黑客可以使用更新功能完全破坏系统，并以此为切入点，以攻击网络的其他部分。甚至低成本的嵌入式系统可以使用远程更新的方便的，所以即使当设计完成安全某种程度，必须考虑“上的预算”。

其中一个原因以太网已存活，只要是该标准的早期版本已经变得越来越具有成本效益。例如，在低带宽10兆比特/秒，其标准（10BASE-T和100BASE-TX）的100 Mbit / s的版本，在双绞线电缆和8P8C模块化连接器上运行，还是标准化后，甚至几十年的一个流行的版本。这些版本现在普遍支持低成本的MCU，可提供甚至显著成本受限的设计连接。

有关以太网标准向Digi-Key提供的资源，如Microchip的产品培训模块上的嵌入式以太网的讨论以太网标准，并支持以太网实现各种设备的详细信息。

在预算以太网连接

MCU供应商甚至在他们的一些最低端的设备提供以太网连接。这使得可以给互联网连接添加到甚​​至低成本传感器，控制器，以及其他元件在分布式系统的周边。其中最普遍的MCU系列是Microchip的PIC的，和PIC18F MCU系列具有片上10BASE-T以太网控制器和PHY集成的一些成员。这使得有可能连接到以太网仅使用一个外部连接器集成磁，就像贝尔保险丝S811-1X1T-06-F。的集成的PHY是很简单的，因为它实现了低速10BASE-T标准中，但它仍然可以连接到100BASE-T和由于它们的向后兼容性1000BASE-T标准。

尽管Microchip的PIC18F97J60 MCU低廉，以太网控制器有几个先进的功能，可以很容易就实现了更高层次的通信协议所需的软件。正如图1的8字节以太网RAM缓存器被包括在控制器本地分组存储减少对系统存储器带宽要求。仲裁器管理对从DMA控制器中，CPU，发送块的数据缓冲器，并接收块以最大化性能和效率。

其中的PIC18F以太网控制器等先进功能，是在一个特殊的数据包的接收唤醒能力。这是在传感器应用中​​，器件可被置于低功率模式，直到读出需要特别有用的。当接收唤醒分组中的CPU被中断和转换出的低功耗状态。传感器读数制成，传回通过以太网主机。该CPU返回到低功耗模式，直到接收到另一个唤醒数据包。

建筑桥梁

通常情况下，多个传感器具有不同的接口要求，需要加以巩固和“桥”到一个单一的标准接口。在本申请中所述的MCU可能需要有一个更强大的以太网实施中，可能使用了100BASE-T标准以提高超过我们先前看到其中慢10BASE-T标准足以单传感器装置的性能。 MCU还需要支持各种各样的其他标准，如USB，SPI，I2C，CAN，和SMBus / PMBus的，因此它可以覆盖全系列电位传感器接口。例如，意法半导体的STM32F405xx / 7XX MCU不仅支持以太网10 / 100BASE-T连接，但许多其他流行的接口也是如此。如在图2中的框图，它支持所有常用接口，并且因为它可在多种封装形式，从64引脚到176引脚可以将设备匹配接口端口的准确数量，你需要优化电路板空间使用。

该STM32F405xx / 7xx的，它使一个很好的匹配桥接应用的另一个重要特点是它的片上总线结构。注意，低速串行外设被组织在两个不同的总线与独立的DMA控制器，以尽量减少总线冲突。以太网和USB接口有自己的连接成优先访问这两个片上和外部存储器中的高速AHB总线开关矩阵。这种类型的灵活的片上总线结构相结合时，并在单一以太网接口，巩固用于通信的多个传感器数据流是至关重要的。

汇聚和存储

在一些低成本的嵌入式应用会有由局部传感器产​​生的，或从远程传感器集线器在MCU中可用的内部存储将不足以聚集足够的数据。在这些情况下，外部存储器控制器，将需要管理外部存储设备。对于中等容量的应用程序静态内存就足够了，但在高容量应用程序的动态内存是必需的。的存储器控​​制器，像上的NXP LPC178x / 7倍支持任一类型的接口，并且可以是，因为多个产品变型特别有效，具有不同的存储器要求，可以用相同的MCU来支持。如图3，静态存储器（ROM，RAM和闪存）和动态存储器（SDRAM）的支持使得能够存储显著的数据。嵌入式数据缓冲区中写入的合并交易，以尽量减少内存访问有用的。读操作可以使用该缓冲器来聚合的交易，以减少总线带宽。此外，访问以前缓冲位置可以使用，而不是在外部存储器中的缓冲数据，改善记忆的带宽和降低功耗。

恩智浦LPC178x的图像/ 7X外部存储器控制器

安全注意事项

在某些以太网连接的嵌入式系统的安全性将是一个重要的考虑因素。许多低成本的MCU没有集成安全功能，但也有可用于安全功能添加到一个低成本的微控制器系统的安全性的外围设备。爱特梅尔CryptoAuthentication ATSHA204A安全设备，例如，可以存储安全密钥，验证所接收的数据，并生成随机数中共同的安全协议使用。标准安全散列算法（SHA）用于生成和检查安全摘要用于安全地验证传输。在设备中可用的安全的命令的类型的列表是显示在图4的界面到MCU使用熟悉I2C总线易于集成。

结论

以太网是在这里留下来，低端的MCU现在支持有线以太网连接，嵌入式物联网设备将能够使用有线连接提供的性能和可靠性。请确保您匹配您的应用程序通过您的目标MCU为一个成功的设计所提供的功能所需的以太网功能。

审核编辑 黄宇