【设计新苑】  
  
信息时代嵌入式装置的通信技术 
■ Faroog Bari 
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    信息时代嵌入装置（Information Age Embedded Devices）具有与其他装置/人
进行通信的能力，告知它们什么是需要的并提供它们所需的信息。 
    根据市场的需求，设计人员在设计嵌入应用时必须决定采用什么样的通信连接和
如何设计通信连接而使产品推向市场的时间最短。下面简述信息时代嵌入装置的通信
技术。 

PCI方案 
    在高速通信中一个重要的因素是嵌入装置如何快速地传输数据而不涉及CPU。在
很多低功率手持产品中，基本的I/O设备是与主处理器集成在一起的，不需要主CPU总
线扩展。但大多数新的设计不仅需要基本的I/O设备，而且很多都采用广泛应用PC机
标准以便主CPU总线扩展，即PCI（外设部件互连）总线。PCI总线标准于1992年由
Intel公司开发，它为CPU和板上外设之间提供方便的高速通信连接。此总线后来在PC
工业中广泛用于扩展槽，其工作频率为33MHz(rev2.1支持66MHz)。 
    PCI对于连接到它上面的器件是具有即插即用能力的高速总线。理论上，高达
256个PCI功能器件可挂到一个PCI总线上。然而，总线负载是一个问题，一般每个
总线用4到8个器件。 
    PCI总线在全系统硬件资源管理方面具有灵活性。每一个PCI器件可以配置硬件
资源，如存储器和I/O空间。 

    Compact PCI(PCI总线的一种)正在进入工业和通信市场。这遵从Eurocard(用于
CompactPCI卡到背板的连接)的机械标准，很适用于机架安装的工业应用。CompactPCI
也支持带电交换能力，使其可与工业总线如VME进行竞争。价廉的PCI芯片组和广泛
应用的PCI外设可以促使PCI总线成为嵌入领域的事实上的总线标准。 

    PC104/104+基本上分别为PC ISA和PCI总线的改进型。PC104总线与ISA总线完全
兼容的。顾名思意，它有一个104引脚连接器。PC104+为PC104形状因数中的PCI总线
提供一种类似的标准。由于在PC104中的引脚被ISA信号所用，所以在卡的另一边的新
的高密度120引脚连接器用于处理32位PCI信号。这些总线的出现有助于PC技术进入
嵌入领域。 
    一个好的用于网络启动装置的操作系统应支持绝大部分的广泛应用的通信装置
和协议。Windows CE支持其每一种通信技术。 

IrDA/FastIrDA 
    红外数据联盟（IrDA）是一个由150多个公司组成的联合体。IrDA提供一种价廉
的无线、点到点、双向红外通信技术。它旨在用于小于1米的极短距离通信。IrDA有
两个速度：低速运行于9.6～115kits/s（简称IrDA）；高速运行于1～4Mbits/s（即
Fast IrDA）。高达16Mbits/s的更高速度的正在开发。 
    IrDA用于笔记本计算机、PDA、打印机、照相机等产品中。其他产品如复印机、
投影机和游戏控制等也正在考虑采用。 

USB 
    通用串行总线（USB）是由IBM、Compaq、Nortel、NEC、Intel和Microsoft公司
开发的一种外设总线标准。它为所有USB外设提供一种通用的连接，其数据率为
12Mbits/s。USB缆线是为适用于短距离（最长5米）而设计的。连接遵从树拓扑结构，
在任何时间可连接127个器件而外设可以是带电交换的。 
    USB缆线也把功率（+5V）分配给低功率外设。它为不能处理瞬间传输、又需要
保证带宽和有限执行时间的应用提供同步通信。同步工作量可以是USB总线带宽的一
部分或全部。 
    USB特别适合于需要高数据率和易于即插即用的应用，如调制解调器、游戏控制、
打印机、扫描仪和数字相机。需要保证带宽和有限执行时间的应用包括PC电话和其他
语音及视频通信应用。除了这些新的多媒体设备外，USB也用于传统的I/O设备，如
键盘和鼠标，其处理速度为低速（1.5Mbits/s）。 
    Windows CE为USB提供支持。USB的系统软件由两部分组成：USBD（通用串行总
线驱动器）和HCD（主控制器驱动器）。USBD由Microsoft提供而用USB器件驱动器
实现高级功能。 
    HCD模件提供到实际硬件（OHCD开路主控制器驱动器或UHCD通用主控制器驱动器）
的接口。 

Ethernet/Fast Ethernet 
    Ethernet（以太网）和Fast Ethernet(IEEE 802.3和802.3n)是最广泛应用的
局域网络技术，旨在小区域（即一个办公室）范围连接计算机。Ethernet工作在
10Mbits/s而Fast Ethernet工作在100Mbits/s。两个协议的差别限于物理层和通信
媒体。媒体存取规则是CSMA/CD（载波检测多路存取/冲突检测）。Windows CE通过
其NDIS 4.0实现支持IEEE802.3小口驱动器。Ethernet卡可以在平台上或通过一个
PCMCIA槽进行热插拨。 

IEEE1394 
    IEEE1394是高速串行总线，其数据率为25～400Mbits/s。它起源于Apple Computer
的FireWire总线，是作为通用外设串行总线而设计的，但它的应用重点转为所有类型
的消费类设备如数字相机和扫描仪。 
    缆线型1394总线可支持63个器件。器件之一变成总线管理者，与其他器件协调
之后管理总线执行。缆线越长它所能够处理的数据率就越低。一般长度为几米。 

    IEEE1394和USB都是串行协议，然而USB和IEEE1394比其竞争技术有更大的互补性，
USB属于低到中带宽，而IEEE1394属于中到高带宽。各种通信技术的比较见表1。 

PC卡 
    PC卡通常用于移动计算和嵌入市场的通信和存储装置。1990年首先为存储器卡
定为标准。该标准定义外设卡和主系统插座之间68引脚接口。有三个标准：TypeI、
II和III。做为标准的一部分也提供软件即插即用能力。软件标准由插座服务和卡服务
组成，它们也小心地分配请求资源（中断，DMA通道等）。卡服务的作用类似于一个
服务器，对请求应用程序和设备驱动器提供不同的服务。卡服务接口定义客户/服务器
通信接口。插座服务为实际的插座提供硬件独立的软件接口。 

    表1 各种通信技术比较 

通信技术                    最大通信距离             最大通信速度 
USB                         几米                     12Mbits/s 
IEEE1394                    几米                     40Mbits/s 
Ethernet/Fast Ethernet      100米以上                100Mbits/s 
IrDA/Fast IrDA              小于1米                  4Mbits/s 
Serial                      10米以上                 115Kbits/s 
Parallel(EPP/ECP)           几米                     2Mbytes/s 

    1996年PCMCIA（个人计算机存储器卡国际联合会）为PC卡制定了新的高性能总线
标准，称之为Cardbus，这是一种PCI型总线，它用32位总线控制，可工作在33MHz。 
    Windows CE为标准PCMCIA总线提供支持。 

传统I/O 
    除新的高速通信设备外，对于像串行、并行和键盘端口的硬件接口仍存在设计
需要，然而过去几年这些器件发展到要处理更高数据率。例如，标准Centrorics并行
端口现在被高速双向并行端口ECP（扩展通信端口）替代，后者所处理的数据率超过
2Mbytes/s。 
    Windows CE支持高速ECP并行端口通信，而用于ECP并行端口的一个实例驱动器
包含在Window CE ETK中。 

    本文所讨论的总线结构和通信接口可由一个基准平台提供。为产品开发选择适
当的基准平台是非常重要的，因为在大部分情况下它也是新产品的基准设计。在产品
设计的早期阶段它也可提供概念样机机理的快速验证，而不用很大的投资。 
    Microsoft开发一种称之为HARP（硬件结构基准平台）的新Windows CE基准平台
规范，HARP以CompactPCI标准为基础。除处理器板外，HARP也规定一个
6U CompactPCI I/O卡（RIO），它为Windows CE确证提供所需的全部I/O。一个与
Microsoft的HARP规范兼容的基准平台示于图1。在CompactPCI上需要一个CompactPCI
背板来连接带I/O板的处理器板。 
    HARP保证与Windows CE的硬件和软件兼容性，并提供灵活的连接测试环境。
Windows CE不依赖于PCI总线的存在。事实上很多Windows CE产品不需要外部总线。

  （彭京湘编译自《Electronic Systems Technology &Design》Feb.1999） 
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