嵌入式系统设计 · 嵌入式网络：现场总线、家庭信息网与嵌入式Internet

对，嵌入式网络是用于连接各种嵌入式系统，使之可以互相传递信息、共享资源的网络系统。嵌入式系统在不同的场合采用不同的连接技术：在家庭居室采用家庭信息网，在工业自动化领域采用现场总线，在移动信息设备等嵌入式系统则采用移动通信网，此外还有一些专用连接技术。

现场总线 FieldBus 是 20 世纪 80 年代中期继模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统及集散控制系统之后发展起来的一项计算机控制技术，是当今自动化控制领域技术发展的热点之一，通常也被称作工业自动化领域的计算机局域网。这句俗称就是练习题的答案句——题目问「现场总线 FCS 被认为是」，四个选项：工业自动化领域的计算机局域网、一种广域网技术、一种串行通信协议标准、一种无线通信技术，选第一个。

你抓住了细节：现场总线是 FieldBus，FCS 是现场总线控制系统 Field Control System 的缩写，题目混用了，答题时认「工业自动化领域的计算机局域网」这个定性即可。继续抠定义：现场总线是一种将数字传感器、变换器、工业仪表及控制执行机构等现场设备与工业过程控制单元、现场操作站等互相连接而成的网络，具有全数字化、分散、双向传输和多分支的特点，是工业控制网络向现场级发展的产物。

它还是一种低带宽的底层控制网络，位于生产控制和网络结构的底层，因此也被称为底层网 Infranet，主要应用于生产现场，在测量控制设备之间实现双向的、串行的、多节点的数字通信。「低带宽」「底层」「双向串行多节点」这三个词组都可能变成选项。

现场总线控制系统 FCS 是运用现场总线连接各控制器及仪表设备而构成的控制系统，该控制系统将控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维护费用。实际上 FCS 是一种开放的、具有互操作性的、彻底分散的分布式控制系统。这三个形容词——开放、互操作性、彻底分散的分布式——是 FCS 的三块金字招牌。

它将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使其具备数字计算和数字通信能力；采用双绞线、电力线或光纤等作为总线，把多个测量控制仪表连接成网络，并按照规范标准的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间及现场仪表与远程监控计算机之间实现数据传输与信息交换。原文的总结句很漂亮：现场总线控制系统把单个分散的测量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，使这些分散的设备成为可以互相沟通信息、共同完成自动控制任务的网络系统。

家庭信息网是一种把家庭范围内的个人计算机、家用电器、水电气仪表、照明设备和网络设备、安全设备连接在一起的局域网，主要功能是集中控制上述设备并将其接入 Internet，以共享网络资源和服务；还可以扩展至整幢住宅甚至整个社区，成为智能住宅小区和智能社会的基础。在家庭信息网络系统中，所有家庭设备都是智能化的，能够互相通信，并通过家庭网关接入 Internet。

对，家庭信息网需要解决两个基本问题：第一，如何将家用电器、水电气仪表、照明设备等互相连接起来；第二，如何实现这些连在一起的设备间的互操作，即设备可以在需要的时候自动请求服务，相关设备可以提供服务或接受请求并对其进行处理。一连接、二互操作，简答题就按这两条写。另外家庭信息网可以采用不同的拓扑结构，如总线型、星型结构等；内部还可以进一步划分出若干控制子网和数据子网——控制子网类似于现场总线，带宽不高、主要用于发送和接收控制信息；数据子网对带宽的要求则较高。

无线数据通信网是一种通过无线电波传送数据的网络系统，是在有线数据通信的基础上发展起来的，能实现移动状态下的数据通信；通过它，智能手机、PDA 及笔记本计算机可以互相传递数据信息并接入 Internet。它分为短程无线网和无线 Internet 两支：短程无线网主要包括 802.11、蓝牙、IrDA 及 HomeRF 等；无线 Internet 或移动 Internet 主要采用两种无线连接技术——一种是移动无线接入技术，例如 GSM、GPRS、CDPD，即蜂窝数字分组数据；另一种是固定无线接入技术，包括微波、扩频通信、卫星及无线光传输等。

讲究在于它是一句考原文完整的填空：现场总线是 20 世纪 80 年代中期继模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统及集散控制系统之后发展起来的一项计算机控制技术。考法是挖空让你补，或者问「现场总线是什么之后发展起来的第四代控制技术」。三个前身名字一个不能错位。

可以这么联想：Internet 覆盖全球在上，Infranet 位于生产控制和网络结构的底层在下。答题用原文原句：现场总线是一种低带宽的底层控制网络，因此也被称为底层网。低带宽三个字别丢，判断题「现场总线是一种高带宽网络」，错。FCS 那边，「彻底下放」和「彻底分散」两个彻底是标志词——集散控制系统的控制功能还在上面，FCS 用现场总线把控制功能彻底下放到现场，降低安装成本和维护费用。

嵌入式 Internet 技术就是让 Web 可视电话、机顶盒以及信息家电等嵌入式系统产品与 Internet 连接，共享 Internet 的信息资源和服务，在智能交通、家政系统、家庭自动化、工业自动化、POS 及电子商务等领域有广阔前景。它的接入方式有两种。第一种：设备直接联网——嵌入式设备上集成 TCP/IP 协议栈及相关软件，作为 Internet 的一个节点，分配有 IP 地址，与 Internet 直接互联。

这种直接接入的特点五条：设备可以直接连接到 Internet，对 Internet 进行透明访问；不需要专门的接入设备；设备的协议标准化；需要的处理器性能和资源相对较高；需要占用 IP 资源，由于目前 IPv4 资源紧张，这种方案在 IPv6 网中可能更现实。

对，通过网关接入 Internet，即采用瘦设备方案：设备不直接接入 Internet，不需要复杂的 TCP/IP 协议全集，而是通过接入设备接入 Internet。代表技术是 EMIT，嵌入式微型网互联技术 Embedded Micro Internet-working Technology。特点五条：对接入设备的性能和资源要求较低；接入设备的协议栈开销较小；不需要分配合法的 IP 地址；可以降低系统的整体成本；设备可以实现多样化、小型化。两种方案对比记忆：直接接入吃资源、占 IP、协议标准化；瘦设备省资源、不占 IP、靠网关。

会。EMIT 全称 Embedded Micro Internet-working Technology，嵌入式微型网互联技术，它是一种将嵌入式设备接入 Internet 的技术，属于瘦设备方案的代表作。选项里如果写「嵌入式微型网互联技术」要能对上 EMIT 这四个字母；判断题「EMIT 要求设备分配合法的 IP 地址」，错，不占 IP 正是瘦设备方案的特点。

四条区别，原文编号清楚。第一，调用接口与普通的协议栈不同：普通协议栈的套接字接口是标准的，应用软件兼容性好，但实现标准化接口的代码开销、处理和存储开销巨大；所以多数厂商在移植到嵌入式系统时做了不同程度的修改简化，建立了高效率的专用协议栈，它们提供的 API 与通用协议栈的 API 不一定完全一致。第二，可裁剪性：嵌入式协议栈多数是模块化的，如果存储器空间有限，可以在需要时进行动态安装，并且都省去了接口转发、全套的 Internet 服务工具等针对嵌入式系统非必需的部分。

第三，平台兼容性：一般协议栈与操作系统结合紧密，大多数在操作系统内核中实现，移植性较差；嵌入式协议栈对操作系统的依赖性不大，便于移植，许多商业化的嵌入式协议栈支持多种操作系统平台。第四，高效率：嵌入式协议栈的实现通常占用更少的空间，需要的数据存储器更小，代码效率高，从而降低了对处理器性能的要求。四条关键词：接口不同、可裁剪、平台兼容、高效率。

本集必背第一段：现场总线是 80 年代中期继模拟仪表控制、集中式数字控制、集散控制三大系统之后发展起来的，被称作工业自动化领域的计算机局域网；特点是全数字化、分散、双向传输、多分支；也是低带宽的底层网 Infranet；FCS 将控制功能彻底下放到现场，是开放的、具有互操作性的、彻底分散的分布式控制系统。家庭信息网要解决设备连接和互操作两个基本问题，控制子网像现场总线，数据子网带宽要求高。

第二段：无线数据通信网分短程无线网和无线 Internet；短程有 802.11、蓝牙、IrDA、HomeRF，移动接入有 GSM、GPRS、CDPD，固定接入有微波、扩频通信、卫星、无线光传输。嵌入式 Internet 两种接入：直接联网要占 IP、要资源，IPv6 下更现实；瘦设备方案用 EMIT，不占 IP、成本低、小型化。嵌入式 TCP/IP 四区别：调用接口不同、可裁剪、平台兼容性好、高效率。

下一集进数据库：嵌入式数据库为什么又叫移动数据库，使用环境的四个特点，一个完整系统由哪几个子系统组成，还有三个关键问题——特别是那个考试要选的「乐观复制方法」。