網絡連接正成為嵌入式系統和移動/便攜式設備通過點對點協議實現機器對機器（M2M）連接的默認方法。這些系統使用多種數據格式和網絡方法，從無線選項到全高速LAN/WAN環境。

實現此連接有兩種主要方法：添加到現有設計的現有連接的補充網絡控制器;以及通過其微控制器和傳感器子系統中的嵌入式功能將網絡協議和接口結合在一起。這些應用程序的關鍵特性之一是開發這些接口及其相關開發環境所需的軟件和固件控制。

遺留系統

現在部署在現場的大多數嵌入式系統需要連接到網絡，以便自動監控其進度和系統運行狀況。挑戰在于如何在不必重新認證整個設計的情況下實現這一新功能，或者更糟糕的是，更改系統的固件并且必須重新驗證正確的操作。對于這些當前設計來說最方便的兩種方法涉及將網絡功能添加到系統上的現有端口或將網絡適配器芯片添加到直接與微控制器接口的PCB。

這些傳統設計中的一個常見端口是串行端口。這些端口通常用于數據收集和數據傳輸，已從舊的RS-232接口轉移到USB。 USB協議包括本地配置固件，允許系統自動配置并自我調整連接到端口的設備。除自動配置外，USB端口還支持自供電設備。此設置適用于Digi International的XStick?XU-A11 USB轉XBee?收發器等產品。

提供XBee PRO和ZigBee?PRO協議（見圖1），獨立的無線收發器支持采用USB供電的802.15.4設備，帶有集成的無線天線和模擬前端。 USB到XBee無線個域網適配器（WPAN）提供訪問，配置和網絡調試的本地連接，并提供自我修復，自配置ZigBee網狀或快速802.15.4多點版本。

圖1：Digi International的XStick?XU-A11 USB轉XBee?收發器（由Digi International提供）。

對于可以支持電路板修改或插卡以增加連接性的系統，可以使用德州儀器（TI）的TLK1201IRCP以太網收發器等解決方案。該單芯片器件的工作電壓低至2.5伏，并具有可熱插拔的版本，適用于高可用性應用。

TLK1201IRCP以太網收發器旨在為基于標準微控制器的系統添加超高速，全雙工，點對點數據傳輸。該器件支持IEEE 802.3千兆以太網規范下10位接口規范的時序要求，并符合ANSI X3.230-1994（FC-PH）光纖通道標準。該器件可支持0.6 Gbps至1.3 Gbps的數據速率。 TLK1201以太網收發器的框圖如圖2所示。

圖2：德州儀器的TLK1201IRCP以太網控制器框圖（由德州儀器公司提供）。

對于嵌入式應用，該芯片設計用于通過各種傳輸介質發送數據，包括印刷電路板走線，銅纜和光纖電纜。數據傳輸的數據速率和連接長度取決于介質的信號衰減特性和信號環境中的噪聲耦合。

TLK1201為PHY器件執行所有必要的數據序列化，反序列化和時鐘提取功能。收發器的工作速率為1.25 Gbps（典型值），可轉換為銅纜或光纖介質上高達1 Gbps的數據帶寬。為了最大限度地兼容當前和傳統系統，TLK1201支持規范的10位接口（TBI）和利用雙倍數據速率（DDR）時鐘的簡化5位接口。在TBI模式下，串行器/解串器（SERDES）接受10位寬的8b或10b并行編碼數據字節。

其他連接選項

對于某些應用，例如汽車網絡，沒有主控制器來處理數據管理。結果，當沒有主機控制器時，使用諸如CAN的通信方法。 CAN總線是一種基于消息的協議，專為汽車應用而設計，但現在也用于其他領域，如工業自動化和醫療設備。

CAN是用于連接電子控制單元（ECU）的多主廣播串行總線標準。該協議允許每個節點能夠通過總線發送和接收消息，但不能同時發送和接收消息。發送的消息由一個標識符組成，該標識符用作消息優先級的定義，以及最多八個數據字節。數據串行傳輸到總線上。總線采用信號模式進行管理，信號模式以非歸零（NRZ）編碼，并由所有節點同時檢測。

通過CAN網絡連接的設備通常是傳感器，執行器和其他控制設備。這些器件不是直接連接到總線，而是通過主處理器和CAN控制器，如德州儀器的SN65HVD1050DR RMC CAN收發器。

如果CAN總線空閑，任何節點都可以開始發送數據。如果兩個或多個節點同時開始發送消息，則具有更多顯性ID或優先級（具有更多顯性位，即零）的消息將覆蓋其他節點的不太主導的ID。最終（在對ID進行仲裁之后）僅剩下主導消息并且所有節點都接收它。該機制稱為基于優先級的總線仲裁。具有數值較小的ID值的消息具有較高的優先級并且首先被發送。

作為CAN收發器（見圖3），這款德州儀器部件為總線提供差分傳輸能力，并為CAN控制器提供差分接收能力，信號速率高達每秒1兆位。 SNHVD1050DR專為在特別惡劣的環境中工作而設計，具有-27至40伏的交叉線，過壓和失地保護功能。過熱關閉; -12至12伏共模范圍;根據ISO 7637，能夠承受-200至200伏的瞬態電壓。醫療電子界開始采用這種總線技術，因為它具有高電磁抗擾性（EMI）和極低的電磁輻射（EME）。

圖3：德州儀器（TI）的SN65HVD1050DR EMC CAN收發器框圖（由德州儀器公司提供）。

處理小數據長度傳輸的遺留系統的另一個選擇是使用無線藍牙?連接。該系統類似于Wi-Fi?和網狀網絡，因為它們需要固件來處理所有數據接口，模擬前端，天線系統和數據傳輸協議。 Microchip的RN-220XP藍牙適配器等完整解決方案可用于標準的9針RS232連接（參見圖4）。獨立單元可以在連接后立即開始發送數據。它包括一個集成的鋰聚合物可充電電池，可運行長達32小時。這使得該單元可用于維護和現場系統升級期間的數據監控和信號傳輸，而無需手動配置主設備或提供外部電源。該連接支持1200至232.4 Kbps的波特率。該設備可通過藍牙連接在串行接口上進行遠程配置。該器件還支持高級觸發模式，可以檢測輸入數據，并根據需要自動連接和斷開以節省電量。

圖4：Microchip RN-220XP RS232藍牙適配器（由Microchip提供）。

集成系統

對于基于微控制器的新系統，首選的通信方法是使用具有集成通信端口和協議處理程序的MCU。由于最終應用程序在創建MCU之前是未知的，因此它們往往包括多種通信協議和連接功能。最常見的是USB 2.0，10/100Mbps以太網，CAN和JTAG。示例包括Microchip的帶有嵌入式閃存的PIC32MX764F128H和瑞薩的RX62N。

Microchip的PIC32MX5/6/7XX微控制器系列使用MIPS32?M4K?處理器作為核心。該內核具有簡單的雙總線接口，具有獨立的32位地址和數據總線。在此接口中，可以中止事務以改善中斷延遲。該內核還具有EJTAG調試和指令跟蹤，支持單步執行，虛擬指令和數據地址/值，斷點以及跟蹤壓縮的PC跟蹤。

通信接口以六個UART模塊的標準功能開始，支持RS-232，RS-485和LIN;帶有片上硬件編碼器和解碼器的IrDA接口;最多四個SPI模塊和五個I2C模塊。 USB，CAN，JTAG和以太網補充了這些標準MCU接口模塊。

PIC32?MCU具有USB DMA控制器，可在RAM和SIE中的數據緩沖區之間傳輸數據。寄存器接口允許CPU配置模塊并與之通信。 PIC32 USB模塊包括對主機和設備的USB全速支持，低速主機支持，USB OTG支持，集成信號電阻，用于VBUS監控的集成模擬比較器，集成USB收發器，硬件事務握手，端點緩沖等任何地方在系統RAM中，以及用于訪問系統RAM和Flash的集成DMA。該USB接口允許PIC32 CPU處理不屬于核心SoC的無線數據通信協議。

PIC32的CAN接口滿足所有CAN 2.0B一致性規范，數據額定速率高達每秒1兆位。 CAN消息接收和傳輸功能包括32個消息FIFO，其中每個FIFO最多可以有32條消息，總共1024條消息;每個FIFO可以是發送消息FIFO或接收消息FIFO;用戶定義的消息優先級;三十二個用于消息過濾的接收過濾器;四個接收過濾掩碼寄存器用于消息過濾;對遠程傳輸請求的自動響應;和低功耗運行模式。 CAN模塊是PIC32系統總線上的總線主控制器。

PIC32具有以太網控制器作為總線主模塊。它需要與片外物理層（PHY）連接，以在系統中實現完整的以太網節點，如圖5所示。內部以太網控制器支持以下功能，這些功能是外部PHY的驅動程序：10/100 Mbps數據轉移率;全雙工和半雙工操作; RMII和MII PHY接口，MIIM PHY管理接口;手動和自動流量控制;基于RAM描述符的DMA操作，用于接收和發送路徑;和完全可配置的中斷。

圖5：Microchip的PIC32MX5XX內部以太網控制器框圖（由Microchip提供）。

該設備還具有可配置的接收數據包過濾功能。可配置選項包括CRC校驗;廣播，組播和單播數據包的64字節模式匹配; Magic Packet?;一個64位的哈希表; runt數據包和數據包有效負載校驗和計算。

高級微控制器

嵌入式控制器的高端產品是瑞薩的RX62N。這是一個完整的32位CPU，帶有單精度32位IEEE-754浮點處理器;一個累加器，配置為一個32×32到64位的結果，在一個指令周期內運行;一個乘法/除法單元，在一個CPU時鐘內具有32×32乘法，用于多個指令;以及具有5級管道的CISC/哈佛建筑。 SoC具有內置邏輯，支持高達WQVGA分辨率的TFT-LCD和多達20個擴展功能定時器。

該芯片的一個關鍵特性是支持多達14個與外部連接的通信接口。它們包括帶有PHY（2個通道）的USB 2.0全速接口，支持主機/功能/OTG和10個端點（控制，中斷，批量和等時）;以太網MAC 10/100 Mbps，支持一個通道的半雙工或全雙工;一個帶有兩千字節發送和接收FIFO的專用DMA;外部10/100 Mbps PHY的RMII或MII接口;符合ISO11898-1標準的CAN系統，支持一個帶有32個郵箱的通道;異步，時鐘同步，智能卡和9位模式（六個通道）SCI通道; I2C通過SMBus支持（兩個通道）接口，每秒最高可達1兆位;最后是兩個頻道的RSPI。

這些SoC的架構如圖6所示。這些模塊包括128個GPIO通道，兩個10位DAC通道，以及一個可配置為一個12位x 8通道且單個采樣和保持的ADC或者作為兩個10位x 4通道ADC，每個ADC都有一個采樣和保持。

圖6：瑞薩的RX62N微控制器（由Renesas提供）。