18.02.2008

Implementierung von Internetprotokollen für Remote-Control-Applikationen auf einem Mikrocontroller

Seit den 90er-Jahren hält das Internet rasant Einzug in immer mehr Anwendungsgebiete und die Anzahl der Menschen, welche das Internet zur alltäglichen Kommunikation nutzen, nimmt stetig zu. Bei den Wörtern Internet und Netzwerk denken die meisten Benutzer allerdings zuerst an PCs, die miteinander verbunden sind, um Daten auszutauschen. Neben den sehr bekannten Anwendungen, wie beispielsweise E-Mail, existieren aber auch Anwendungsgebiete, die noch nicht so sehr bekannt sind. Eines dieser Anwendungsgebiete ist der "intelligente" Kühlschrank, welcher selbstständig Lebensmittel nachbestellen kann. Eine andere Anwendung ist der über das Internet steuerbare Herd. Durch Verwendung eines solchen Herds muss niemand mehr auf seiner Urlaubsfahrt umkehren, um den "vergessenen" Herd noch schnell auszuschalten. Stattdessen wird auf der Fahrt einfach beim nächsten Internetcafé angehalten und das Gerät über dessen Internetseite ausgeschaltet.
Neben diesen Anwendungen für den privaten Bereich existieren aber auch etliche industrielle Anwendungsgebiete. Ein Beispiel hierzu sind die kleinen Vermittlungsstellen der Telekommunikationsanbieter, welche an Straßenrändern angebracht sind. Diese können über eine Netzwerkverbindung gewartet und parametriert werden. Somit muss der Techniker bei einer Störung nicht erst zur Vermittlungsstelle fahren, sondern kann von seinem Büroarbeitsplatz aus einfach über das Netzwerk auf die Vermittlungsstelle zugreifen und die nötigen Parameter abrufen beziehungsweise verändern.
Weitere Anwendungsgebiete dieser Technik sind Alarmanlagen sowie Überwachungsfunktionen in der Produktion, welche im Alarm- beziehungsweise Fehlerfall automatisch die zuständige Person, beispielsweise per E-Mail, benachrichtigen können. Für viele der oben genannten Anwendungen wäre der Einsatz eines Personal Computers (PC) jedoch total überdimensioniert, daher wird für kleinere Anwendungen oft Ethernet in Embedded Systems verwendet, welches die nötigen Dienste zur Verfügung stellt. Die dabei verwendeten Mikrocontroller haben eine viel kleinere Bauform als ein Standard-PC und sind nebenbei noch viel stromsparender. Hinzu kommt, dass in vielen Systemen bereits ein Mikrocontroller vorhanden ist, welcher das Gerät steuert. Wenn dieser noch genug freie Ressourcen besitzt, kann die gewünschte Netzwerkanbindung einfach zusätzlich implementiert werden.
Da diese Form der Gerätesteuerung und -überwachung in immer mehr Produkten Anwendung findet und ein sehr breites Marktsegment abdeckt, sollen den Studierenden die Grundlagen von Ethernet in Embedded Systems im Rahmen des Mikrocomputerlabors der Hochschule Heilbronn näher gebracht werden. Diese Diplomarbeit stellt ein hierfür geeignetes System mit dem Namen "STK-LAN" vor, welches eine Etherneterweiterung für das "Atmel STK500" darstellt. Die Eigenschaften der einzelnen Protokolle des TCP/IP-Netzwerkstacks werden im Anhang ausführlich erläutert.