互联世界中的嵌入式系统

在以太网连接的世界中开发嵌入式系统增加了本已复杂的任务的复杂性。嵌入式系统的主要问题是在梯形逻辑图中确定哪些输入强制哪些输出，需要什么样的计时器，需要什么样的安全联锁，这样的日子已经过去很久了。今天，嵌入式系统开发人员通常遵循软件工程原则。他们使用基于正式统一建模语言(UML)状态模型和序列图的基于对象的设计。系统中的每个物理设备都表示为具有不同行为、命令输入和状态或数据输出的设备对象(控制模块)。设备对象被聚合成更大的对象(设备模块)，它们有自己的控制序列、行为、输入和输出。

当嵌入式系统设计只关注输入和输出而没有正式结构时，定义网络接口通常是次要考虑因素。如果提供了接口，它通常是一个简单的PLC地址列表，可用于修改行为或提供有限的可见性。如今，随着终端用户通过以太网和TCP/IP指定标准连接，旧的方法不再适用。互联世界中的最终用户需要嵌入式系统中的接口来进行数据收集、配置、维护故障排除以及与其他嵌入式系统的协调控制。最终用户还需要标准接口，这样将嵌入式系统集成到他们的整体生产环境中就不是定制项目了。

不兼容的标准

接口存在几个不兼容的标准，包括PackML，它为机器自动化和控制定义了一组标准标记名，MTConnect为机床和等效系统定义了一个标准的只读接口，OPC-UA定义了一个基于网络的工业控制界面，以太网/ IP定义对象网络接口的标记Profinet通过以太网提供类似profibus的访问。目前最好的选择是选择一个在您的行业中被广泛接受的标准，而不是开发自己的专有接口。以上所有标准接口都基于对象模型，并且都基于某种形式的以太网TCP/IP网络，因为使用常用的网络设备具有成本和支持优势。

8嵌入式需求

无论您为嵌入式系统接口选择哪种标准，请考虑添加以下要求:

1)支持以太网TCP/IP通信标准协议。TCP/IP将会存在很长一段时间，并且在可预见的未来仍将是标准协议。即使嵌入式系统已经走到了生命的尽头，您仍然应该能够在TCP/IP协议中与它进行有效的通信。

2)支持IPv6以太网标准．这是以太网寻址的新标准，取代了以太网地址耗尽的原始IPv4标准。嵌入式系统的生命周期长达几十年，因此支持IPv6将使您的系统能够在网络变得越来越复杂和普及的情况下继续进行通信。

3)将嵌入式设备置于防火墙后或其自己受保护的网络中。安全性始终是一个问题，重要的是保护嵌入式设备免受定向攻击和由于非定向网络攻击造成的偶然中断。

4)支持具有WPA或WPA2安全性的无线接口。设备在其生命周期内经常被移动，在生产环境中运行额外网线的成本和时间是很多倍的。提供无线接口简化了生产重新安排，而不需要IT人员介入并运行更多电缆。新的无线标准对大多数工业应用具有足够的吞吐量和冗余，应该是我们嵌入式系统的一个选择。

5)确保嵌入式系统上所有未使用的以太网端口都关闭。这将消除至少一个安全风险。在验收测试中测试端口访问也很重要。使用简单的端口扫描工具识别设备上开放的端口，并使用结果配置防火墙和交换机，以阻止任何未使用但开放的端口。

6)通过接口公开顶级控件对象，用于数据采集、控制和配置。好的设计应该具有用于正常控制和数据采集的接口对象，以及用于维护和故障排除的与其他对象的接口。

7)不允许远程配置，除非有物理钥匙或交换机可以用来锁定访问。任何远程访问都为网络攻击提供了路径。您可以通过要求在重新配置之前对设备进行物理访问来降低这种风险。

8)通过嵌入式网页或PDF文件提供设备文档。虽然许多公司都很努力地保持支持手册的可用性，但这些文件可能仍然很难找到，并可能延误故障排除和维修。在嵌入式系统内在线提供支持文档，在供应商使系统过时或不再经营之后，将是非常宝贵的帮助。

在当今世界，套用约翰·多恩(John Donne) 1624年的著名散文，“没有嵌入式系统是一个独立的孤岛。”嵌入式系统通常机械地连接到其他系统，规划网络连接将允许它们也进行电子连接。重要的是要确保您的嵌入式系统能够在需要的时间内与整个生产系统和制造It基础设施一起工作。

- Dennis Brandl是北卡罗来纳州Cary BR&L咨询公司的总裁，www.brlconsulting.com。他的公司专注于IT制造业。与他联络:dbrandl@brlconsulting.com．由CFE Media内容经理马克·t·霍斯克编辑，控制工程而且设备工程，mhoske@cfemedia.com．

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