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近年来,物联网(Internet of Things,IoT)技术的逐步推广和嵌入式设备的研发升级,使得物联网技术在人们生产、生活中的应用日益广泛,实际应用中传感器和通信设备的数量也在不断增加。然而传统物联网节点中多采用商品化处理器,其外设资源固定有限,不能及时有效实现多个设备的连接。基于商品化处理器进行多个设备的连接往往稳定性差、占用较多系统资源,同时会增加物联网系统开发的复杂度,延长系统的开发周期。片上系统(System on Chip,SoC)是将所有的系统设计集成到一个芯片上,芯片的速率快、可拓展性强、集成度高,是21世纪集成电路技术重点推进的方向。IP(Intellectual Property)核设计是SoC设计方法中的重点研究对象,在物联网开发中占有重要的地位。鉴于上述问题,本文结合SoC技术、以MC8051软核为研究对象进行面向物联网节点的可扩展技术的研究与设计。本文所做主要工作包括:(1)分析当前物联网节点开发中存在的问题,对物联网采集节点和网关节点接口扩展技术的研究现状进行综述,并提出基于SoC技术进行面向物联网节点的接口扩展技术研究。分析MC8051软核的体系架构、层次结构、功能特性,总结MC8051软核的特点,并选用MC8051软核作为本文可扩展技术的研究对象。(2)通用I/O(Input/Output)是物联网采集节点与传感器设备连接的主要接口,针对传统商品化处理器通用I/O数量有限和被复用的问题,分析MC8051软核通用I/O的设计方法,在MC8051软核现有通用I/O基础上,通过单向数据接口的声明、存储空间的配置和寄存器控制实现物联网采集节点通用I/O的有效扩展。(3)串行通信接口常被用作物联网网关节点连接通信设备的接口,针对MC8051软核所提供扩展串口方法存在的问题,提出即时中断多串口扩展机制,并扩展设计可供用户查询中断串口单元的特殊功能寄存器(Special Function Register,SFR);利用FPGA(Field Programmable Gate Array)的灵活性提高系统时钟频率,增大网关节点数据传输吞吐率。使用ModelSim软件对本文所扩展通用I/O口和所提即时中断多串口扩展机制进行仿真验证,并基于FPGA开发板设计实验平台,对所提扩展技术进行功能性验证,实验结果表明所提扩展技术能够实现预期的功能,完成数据的有效传输。最后将所提扩展技术应用在船联网实际开发中,设计面向船联网的网关最小系统板,连接船联网中的通信设备,实现船联网中航行船舶、上位机和岸基调度中心的有效通信。本文以MC8051软核为研究对象,实现了面向物联网节点的通用I/O和串行通信接口的快速扩展,并为多串口数据传输带来的吞吐率下降问题提供了解决办法。基于软核的扩展技术研究解决了使用商品化处理器进行物联网节点开发所带来的问题,为物联网节点实现定制化设计提供了灵活稳定的开发平台。