遠端圖形介面操控需求殷　乙太網路控制器化繁為簡

嵌入式介面市場需求升溫  

由於不少裝置在特定環境中，對嵌入式應用有進行調節、監測或控制的需求，因此導致人機介面的發展。目前很多應用仍廣泛採用簡單的旋鈕、開關、按鈕或指示燈的介面方式，具有簡單的回饋和人工調制功能。隨著產品演化和技術發展，應用系統漸趨複雜，而系統介面同樣也在發展以滿足更高的市場需求。選單式的圖形使用者介面(Menu-based Graphical User Interfaces)即提供了更直覺的人機介面。  

圖形顯示介面(GUI)好處多多，如對於裝置製造商而言，可藉由圖形介面對產品配置進行模擬，也能具備增加或修改產品的能力，藉由先進的介面甚至可修改或更新產品的功能，而不必做任何硬體上的更動；對消費者而言，圖形介面則提供更直覺的方法，讓消費者進行個人偏好的設定。  

儘管在應用系統中採用GUI有很多好處，但是在嵌入式產品中融合GUI則可能因成本過高而無法負荷。例如採用液晶顯示(LCD)螢幕或觸控式螢幕等帶有支援32位元控制器的彩色LCD，或者傳統應用系統可能須要用來定時控制的即時作業系統(RTOS)等，都會大大增加應用系統的成本負擔。  

在應用系統中融合GUI的另一缺點就是會影響產品的開發時間，如果缺乏現成的開發資源擇則更是雪上加霜。但是，透過現成的圖形開發工具套件，可有效縮短開發時間並降低風險。不少業者就提供這種圖形開發工具套件，以節省開發時間，幫助設計人員開發出高品質的產品。工具套件中一般會包含圖形作業系統、控制板以及LCD或觸控式螢幕。  

遺憾的是，儘管圖形介面具有很多優點，但大多嵌入式產品對成本較敏感，而無力負擔因整合LCD和觸控面板所帶來的額外開發和配套費用。面對這種情況，另外一種替代方案是為遠端PC、個人數位助理(PDA)或者手機產品創建遠端圖形介面，從而減輕應用產品本身的成本負擔。  

遠端圖形介面具成本優勢  

透過網頁達成的遠端介面，尤其是在採用8位元微控制器的圖形內容應用系統方面，預期很快就會有大幅度的發展。又因為在相關產業已經具有極高的市占率，因此在遠端圖形介面採用8位元微控制器在近期產生迫切需求。另外，值得一提的是，以往受限於8位元微控制器程式記憶體容量，圖形介面僅能局限於簡單的圖形、文字和開關動作圖示，已經無法滿足市場的需要，因此有業者開始推出微控制器與TCP/IP軟體堆疊相結合的產品，能夠以輕薄短小的尺寸達成TCP/IP通訊功能，適合安裝在採用低成本微控制器的產品中。  

一般來說，利用該軟體，嵌入式系統能夠透過LAN/WAN乙太網路，提供HTML網頁(圖1)，進而讓使用者經由網頁瀏覽器遠端存取和控制應用系統。

圖1　嵌入式系統有助提供HTML網頁，以進行遠端存取。

如果微控制器擁有較大容量的程式記憶體，那麼應用系統就能輕鬆實現圖形化介面，而毋須縮減應用系統的功能。有鑑於此，高容量微控制器也在近期問世，且為維持性價比，該產品擁有128Kb的快閃記程式記憶體和一組的輸出入周邊，如果結合適當的橋接器，將能夠實現功能強大的圖形化網頁設計，不但支援遠端存取更強化了用戶的使用性。  

軟體工具提供高度彈性應用介面  

圖2　微芯的TCP/IP堆疊

由於與網際網路的通訊是透過嵌入式微控制器上的TCP/IP堆疊而完成的，因此若微控制器能進行最佳化的免費TCP/IP堆疊，將有助於相關工作的進行。目前在市面上的微控制器產品，其TCP/IP堆疊是一程式組，能為標準或客製化的TCP/IP應用提供網路服務。該TCP/IP堆疊採用模組化的方式，為為數眾多的服務形成高度功能分離的層級(圖2)，讓使用者毋須探究TCP/IP規範複雜的細節也可以輕鬆使用。  

在TCP/IP參考模型的基礎上，顧名思義，TCP/IP的堆疊分成多層，並相互疊在一起，互相接受下一層或多層的服務。在各種協定規範中，很多TCP/IP層都是保持啟動的狀態，也就是不論有無服務請求，或是暫停、新訊息到達事件發生時，它們都會進行處理。這種堆疊採用模組化的設計，用C語言編寫而成，使用約20Kb的代碼就可以有效實現，從而為微控制器保留足夠的程式碼空間以實現網頁圖形介面服務。  

建立符合要求的網頁圖形介面十分容易，同時對使用者極具吸引力。使用瀏覽器的介面開發工具能夠簡單而快速地建構出功能豐富、直覺式的圖形介面。同時，這種具有較高性價比的遠端介面為終端使用者提供遠端存取嵌入式應用的諸多便利。  

乙太網控制器  

日前有業者推出10Base-T乙太網路控制器，該產品具有8Kb的雙埠靜態隨機存取記憶體(Dual-port SRAM)緩衝器和SPI串列介面，採用28支接腳封裝(圖3)。這種控制器提供了與嵌入式應用進行遠端通訊時一種僅使用少數接腳、具備高成本效益比、並且簡單易用的解決方案。這款乙太網控制器節省空間，並降低成本和複雜性，使設計師能夠建構出基於網路和網際網路互連的嵌入式應用系統。

圖3　乙太網路控制器功能方塊圖

或許有人會問，為什麼須要開發乙太網路控制器，答案其實很簡單，因為須要滿足遠端控制或監測等應用的嵌入式設計者，在面對接腳數多、設計複雜、價格高昂，並專為PC系統進行設計時所面臨的難題。大多數乙太網路控制器使用大於80支接腳的封裝，而符合IEEE 802.3標準的新款乙太網路控制器卻在28支接腳數的晶片上實現了類似的功能，從而簡化設計並節省空間。此外，該乙太網路控制器採用符合業界標準的SPI串列介面，只需要四條線就可以實現與主要微控制器的連接。  

微控制器實現遠端偵測應用  

採用遠端圖形介面並從中受益的應用實例有很多，例如飯店業就是一例。採用微控制器和乙太網路控制器相結合的解決方案，飯店櫃檯就能夠通過乙太網路對各個房間進行相關的控制和檢測，而不須要等待清潔人員的協助。如果在每個房間安裝乙太網路飯店客房控制器(圖4)，那麼通過標準網頁瀏覽器上的圖形介面，就可以實現遠端移動偵測、小冰箱(Mini-bar)庫存、出入燈光控制、隱私保護指示和門禁控制等功能。本例中採用了多個控制器與感測器，由中央管理式的遠端圖形介面操控，將會大大方便使用者的操作，並且能夠有效管理多個飯店客房。這種方式除可改進客戶服務品質，為客戶提供更安全的環境，即時收費功能還可以提高服務的準確性。

圖4　乙太網路控制器於飯店客房的應用

(本文作者為Microchip先進微控制器架構部門產品行銷經理)