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2009年7月5日星期日
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具有独特网络功能的嵌入式微处理器与功能模块

Embedded Microprocessor and Functional Module with Special Network Functions

Digi公司


Digi公司概况

Digi International公司成立于1985年,公司现有的嵌入式产品主要有两部分:一部分是基于8位单片机MCU和模块的Rabbit半导体,另一部分是基于32位ARM的Digi微处理器及其模块Netsilicon。

Digi International公司拥有一家专门针对全球嵌入式控制、通讯和以太网连接等市场提供高性能8位微处理器和开发工具的子公司——Rabbit半导体,该公司在1999年发布了流行的Rabbit2000微处理器,2002年完成了Rabbit3000的发布,2006年进一步发布了Rabbit4000。Rabbit半导体为客户提供完整的嵌入式设计系统,Rabbit开发人员不需要使用价格昂贵的芯片仿真器编程,而只需利用编程电缆简单地连接计算机和Rabbit系统,配以得到业界长期使用验证的Dynamic C软件开发系统即可。2006年新推出的Rabbit4000微处理器所具备的更加集成化的特点,为嵌入式工程师的设计工作带来更多方便。

Netsilicon是一家被Digi公司并购的做基于32位ARM微处理器产品的厂家。现属Digi公司的Netsilicon NET+ARM微处理器全部是支持网络功能的单芯片系统,它们采用业界标准的32位ARM架构,不仅全部支持免费的NET+Works先进的网络开发工具软件,而且可选择支持Linux和Windows CE操作系统。

Digi公司的上述两类产品均可用于多种复杂的嵌入式应用如楼宇自动化、POS系统、RFID读取器、交流运输系统,工业自动化系统等,并能实现完整的嵌入式网络连接。


Digi嵌入式微处理器和功能模块

Digi公司嵌入式微处理器产品有两个系列。

8 Bit系列:Rabbit(基于Z80/Z180的8 Bit微处理器)——Rabbit2000、Rabbit3000、Rabbit4000。

16 Bit系列:ARM微处理器——NET+50、NS7520、NS9360、NS9750。
Digi公司嵌入式系统功能模块也分两个类别。

基于Rabbit的模块——RCM2000、RCM3000、RCM4000、PowerCoreFLEX。
基于ARM的模块——Digi Connect ME/Wi-ME、Digi Connect EM/Wi EM、ConnectCore7U、ConnectCore9U、ConnectCore9C/Wi 9C、ConnectCore 9P、ConnectCoreXP等。

Digi产品拥有的一个共同特点是Making Device Networking Easy(让设备轻松联网),经典的产品应用包括设备联网服务器、终端服务器、控制台管理服务器、USB联通产品、多串口卡等。Digi嵌入式产品的独特网络功能性主要体现在以下方面:

(1)硬件:基于Rabbit的模块集成了网络功能;ARM芯片具有优异的网络吞吐量特别适合于网络应用。

(2)软件:基于Royalty Free的C源代码级的嵌入式TCP/IP协议栈,支持ICMP、IGMP、PPP、ARP、HTTP、SMTP、Telnet等多种协议,代码紧凑且经过多年的工业级应用实践验证。


Rabbit系列产品特性

对于Rabbit系列产品,Digi公司独家提供软硬件一体化的产品和解决方案,无需第三方公司的软件工具。硬件方面为Rabbit微处理芯片及其衍生产品,软件方面为Dynamic C软件开发工具包。

Rabbit产品基于Z80/180建立,具有较低的EMI和低功耗。它拥有丰富的I/O口,串口速率高达230K bps,数学运算能力强。图1给出了Rabbit4000产品的详细情况。

图1 Rabbit4000产品细节(略)

基于Rabbit芯片的软件开发采用工业化的动态C语言软件开发系统——Dynamic C,它是一种很容易在不同芯片间迁移的通用性平台。它具有完整的编缉、编译、装载、调试一体化功能,无需第三方的工具;它也无需使用在线仿真器,可通过串口直接下载和调试目标程序;它还具有基于Royalty-free的、源代码级的嵌入式TCP/IP协议栈。图2 为Rabbit微处理器和Dynamic C 的开发连接示意图,由图可见,开发主机与目标板之间主要是通过一个串口来连接。

图2 Rabbit微处理器和Dynamic C 之间的开发连接示意图(略)

基于Rabbit的模块主要包括RCM2000、RCM3000、RCM4000、PowerCoreFLEX等。

RCM2000系列是全部基于Rabbit2000的模块,共有4大系列总计12款产品。RCM2200特性包括基于Rabbit2000,主频22.1MHz;结构紧凑,尺寸59mmx41mmx22mm;RJ45的10M以太网口等。工作电源为4.75~5.25VDC,工作电流为134mA(在5VDC下)。除外之外,还具有Dynamic C的软件平台、RCM2200.lib库、完整的嵌入式TCP/IP协议栈、大量源代码级的例程等。

RCM3000系列全部是基于Rabbit3000的模块,共有9大系列计19款产品。RCM4000系列全部是基于Rabbit4000的模块,目前有两款产品,后续还会有很多新品推出。

Rabbit FLEX模块——Configurable Embedded Hardware(参见图3)简单说来,它实际上是一块单板机,其独到之处是它由PowerCore FLEX+Platform组成,PowerCore FLEX有3800和3810两款产品,它的创新之处是配件可配置,即客户可以通过网络按需定制功能,构成一个紧凑的单板机(SBC)。

图3 Rabbit FLEX实物参考图(略)

Rabbit FLEX的特性包括时钟速度可达51.6MHz;板载电源(10~60VAC,8~43VDC);板载模拟功能(交流交叉、斜波发生器、温度传感器);最大1MB 的Flash;最大1MB的SRAM(512K代码/512K数据);39个GPIO;10/100兼容以太网。

Rabbit FLEX具有多方面优势,使用Rabbit FLEX来开发产品,时间非常快,只需几周。


基于ARM的嵌入式产品特性

ARM芯片的特点是网络吞吐量高,如NET+50是150MHz Renesas的两倍;NET+50和NS7520要比FreeScale Coldfires系列同等主频甚至更高主频产品的网络吞吐量还要高。

Digi基于ARM的系列芯片包括NS9775、NS9750、NS9360、NS7520、NET+50。NS9000系列产品基于ARM926EJ-S芯片,NS7520以下产品基于ARM7TDMI芯片。

基于ARM系列的核心模块包括有Digi Connect ME/Wi-ME、Digi Connect EM/Wi EM、ConnectCore7U、ConnectCore9U、ConnectCore9C/Wi 9C、ConnectCore 9P、ConnectCoreXP等。

以ConnectCore EM/Wi-EM为例,该类产品的特点主要包括基于32-Bit的NS7520,主频55MHz;功耗在33VDC、270mA下最大为891mW,在3.3VDC、400mA下最大为1.32W。它是一种即插即用模块、可二次开发的定制模块;具备可产品化的应用软件开发框架、驱动和例程代码,适合于快速应用软件开发。

基于ARM的应用开发其软件平台为NET+OS、LxNETES、WinCE;开发工具有Green Hills
Multi IDE、Microcross GNU X-Tools、Platform Builder 4.2;Debug调试工具有MAJIC、Raven等。

Digi嵌入式产品由单一厂家供应,容易使用,低风险/零风险,产品上市时间短,产品生命周期长,为客户带来收益。

更多详细内容,敬请登录中电网在线座谈网址:

http://seminar.chinaecnet.com/060606/jchf.asp。


问答选编

问:NetSilicon的处理器或开发包中,协议栈或无线网络 设备的驱动是否可以脱离指定的操作系统而进行 二次开发?

答:基本上可以,但驱动有些部分也与BSP有相关。

问:Rabbit有较强的数学运算功能,讲座中给出了与其 他类型单片机的比较,能否再详细解释一下数学运 算功能强在哪些方面?如是否扩展有专门的运算 指令?

答:主要是速度快,比如16Bit 16Bit的一个运算操作, 只要12Clock,有扩展的运算指令,具体可参考Dyna- micC手册。

问:功能模块能否用在家庭网络上?

答:可以用在家庭网络上。Digi的功能模块还需要客户 进行二次应用产品开发,用在家庭网络,是把此模 块集成在某个产品中,实际操作也比较容易。 问:目前在网上也有其他基于8位单片机的以太网方 案。例如,采用Atmega128+RTL8019AS硬件和一些 公开源码的专为嵌入式系统裁剪的uIP TCP/IP协议 栈,可以将成本降得很低。相对这些方案,请问 Rabbit处理器在成本、开发便利性等方面有哪些优 势?

答:优势主要是嵌入式TCP/IP协议栈相对比较完整,且 它已经有多年的世界各地的工业级实际应用考验, 且代码比较紧凑,集成开发速度快等。

问:最近在做无线摄像头的方案,请问NetSilicon NET+ ARM 微处理器适合吗?

答:从技术的角度当然合适,但如果从市场的角度来 看,你可以浏览我们相关的模块802.11B/G。

问:NetSilicon NET+ARM 的内核是什么?它有没有片 内程序和数据存储器?

答:内核是ARM7TDMI和ARM926EJ-S,需要外扩RAM 和Flash。

问:功能模块的网络连接和哪几种标准兼容?它的吞 吐量有多高?

答:功能模块兼容802.3a/u,802.3af,802.11b等标准,吞 吐量要看具体型号,但基本上比同类产品有更高 指标。

问: 功能模块最大支持多少ROM和RAM?支持Flash 吗?

答: 要看具体的模块型号和产品,Rabbit和NET+ARM 还有差别,具体可以查看相关文档,基本都支持Flash。

问:微处理器指令系统用的编程语言与汇编兼容吗?

答:兼容的 。

问:RCM模块开发中所有的代码都是对用户开放的 吗?用户能看到底层的指令吗?开发套件使用了 什么操作系统?还是用户要另外加上操作系统?

答:源代码级开放,能看到底层指令,有uCOD-II和Rab bbitSYS(Digi公司独家针对Rabbit开发的)等操作 系统。

问:Net+Works和标准的Linux有什么差异?有哪些方 面的优势?

答:NET+WORKS 是以ThreadX为操作系统的,Digi有基 于uCLinux的LxNETES。 ThreadX的实时性能更好。

问:以太网底层访问接口是提供文档还是接口函数?

答:我们提供接口函数。

问:Rabbit 4000处理器内置10M的网络处理器,在TCP/ IP网络高度普及的工业环境下,没有内置100M的 网络处理器,是出于什么考虑?

答:目前没有100M集成,后续新款芯片可能会集成。 但实际上,嵌入式应用中,10M也基本上够用的。

问:可以和CCD摄像头连接吗?

答:可以,我们欧洲有客户做出了PC Camera。

问:Rabbit3000为什么比51快那么多?

答:因为它的内核设计很优化,51系列都是MCU,没有 运算功能;而Rabbit3000都是MPU,具有较强的运 算功能,且指令有很多改进。

问:基于Rabbit芯片的软件开发不需在线仿真器,通过 串口下载和调试,是否是已经内置了一个bootloader, 通过串口打印内部寄存器状态?

答:不是内置,是它有一套优异的机制,可以把开发宿 主机上的bootloader先下到目标板上,再进行开发 和调试,所以可以在应用程序中打印寄存器状态。

问:RabbitSys的功能感觉很抽象,可否做一个形象的比 喻,它像哪个层面的软件代码?PC机的BIOS是吗?

答:它类似于OS,但不是RTOS,因为它不实现内核调 度机制,它是提供异常、错误保护机制,和系统崩 溃恢复机制,可以和用户的应用程序并存。

问:Rabbit 4000处理器增加了DMA控制器和更大的内 存寻址能力,支持了32位数据的处理能力,从设计 上看有向ARM处理器靠拢的倾向,请问怎么看待 Rabbit 4000处理器和ARM处理器的竞争关系?

答:它们的内核机制不一样,所以面向的应用点不一 样,其实它不完全是向ARM倾向,只是借鉴ARM的 一些优势能力。

问:Rabbit 4000新增的500多条指令主要用于什么功能?

答:主要用于提高整个处理器的速度,更好地支持en- cryption 算法,这点对无线网络应用非常重要。

问:Rabbit 2000/3000的代码是否可以不加修改就运行 在Rabbit 4000的系统上?移植的工作量有多大?

答: Rabbit 2000/3000的源代码需要重新编译才能在 Rabbit 4000上运行,但是并不需要改变源代码。

问:该微处理器指令系统用什么计算机语言编程?

答:Rabbit系列是基于Z80/Z180的指令系统,NET+ARM 是基于ARM的指令系统,都是C语言和汇编的混 合编程。

问:模块是否具有加密功能?如何对写到片内程序进 行加密处理?

答:有加密功能,主要提供通信加密。

问: Rabbit 4000的整个运行机制是否必须架构在
RabbitSys之上,就像Microsoft的.Net架构一样?

答:不是,它和RabbitSys是并行存在,RabbitSys提供异 常、错误保护机制和系统崩溃恢复机制等。

问: Rabbit4000的I/O配置工具是如何配置I/O口的? 通过I/O配置工具配置后,是否在软件中无需再通 过指令配置?

答:Rabbit4000的I/O配置工具是基于windows的一个 工具程序,非常形象和具体,配置后形成lib文件,在 应用开发包中编译就可。

《世界电子元器件》2006.7
         
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