01.开题报告-基于嵌入式IP协议栈的设计与实现

毕业设计（论文）开题报告题 目： 基于嵌入式 IP 协议栈的设计与实现 学 院： 专业名称： 班级学号： 学生姓名： 指导教师： 填 表 日 期 2013 年 12 月 2 日南昌航空大学东软班 开题报告1一、 选题依据、目的和意义随着计算机网络的成熟发展,人类进入了所谓的后 PC 时代,人们开始考虑如何将客户终端设备变得更加智能化,数字化,从而使得改进后的客户终端设备轻巧便利,易于控制或具有某些特定的功能.随着网络应用的不断扩大,将各类电子设备接入Internet 的需求越来越大,嵌入式作为后 PC 时代的技术主力,在这方面担当重要角色. ARM 单片机是目前市场上主流的单片机，已经广泛应用到各个领域,但大都基于本地控制,不能进行异地的信息交换, 如此,人们开始将研究的目光开始转向单片机系统与 Internet 互联上. 所以本项目准备在 LPC2124 上，基于嵌入式 IP 协议栈的设计与实现，包括 arp,icmp,ip,dhcp 等协议模块。二、国内外研究现状及发展趋势2.1 国外现状及发展趋势包括 Siemens、Philips 和 Motorola 在内的数十家公司联合成立的 “嵌入式 Internet 联盟(ETI)”和国内外其他一些研究组织共同推动该技术的发展。目前大多数嵌入式系统仍然处于单独应用的阶段，其系统架构一般以 MCU 为核心，与一些监测、指示设备进行连接以实现一定的应用功能。在嵌入式 TCP/IP 协议栈的研究方面，国外做了很多研究。像 Jeremy Bentham 的 PICmicro 协议栈，Texas Instument 的 MSP430 TCP/IP 协议栈以及 TinyTCP code 出现的比较早，但是由于这些协议栈的实现和应用紧密联系，没有实现协议栈与应用的分离，没有接口的概念，也没有做成函数库的形式，所以这些协议栈基本退出了历史舞台。近年来 Adam Dunkels 的 uIP 和 Adam Dunkels 等开发的 Lwip 在嵌入式 Internet 领域用的比较广泛，uIP 侧重于减小代码量（选择 AVR 为目标器件时，代码为 5K 左右）和减小 RAM 使用量（100 字节左右） 。但是 uIP 采用了不保存需要应答的数据包的 RAM 使用方案，没有和 BSD 的套接字接口兼容，应用层接口较复杂；而 Lwip 的功能虽然很全面，但是相对来说代码较大，编程复杂。同时针对不同的软硬件环境以及应用场合，国内外也先后提出了很多不同的嵌入式系统的 Internet 解决方案。 嵌入式 Internet 主要有两种系统结构： 基于网关的嵌入式 Internet 系统结构和直连嵌入式 Internet 系统结构。南昌航空大学东软班 开题报告22.2 国内现状及发展趋势嵌入式设备与 Internet 的结合代表着嵌入式系统和网络技术的真正未来，它在我国具有巨大的市场潜力。目前，国内著名的公司有北京英贝多嵌入式网络技术有限公司和沈阳东大新业信息技术股份有限公司，他们都使嵌入式 Internet 技术运用到了使用产品中。完善嵌入式 TCP/IP 协议栈，推动嵌入式 Internet 广泛应用将使我们这个世界变得更加自动化、智能化和人性化。三、研究的主要内容及实验方案3.1、毕业设计的主要研究内容本课题主要研究如何结合嵌入式 Internet 应用以及嵌入式系统的软硬件系统环境，以标准 TCP/IP 协议为基础，接口通过 API 形式以适应多个网络程序同时运行，设计并实现一种与应用分离，同时具有占用系统资源少、可配置、易于移植、接口简单易用等特点的轻量级嵌入式 IP 协议栈。使用这种轻量级嵌入式 IP 协议栈，可以让嵌入式 Internet 应用开发人员省去 TCP/IP 通讯协议部分的设计与实现，把主要的工作放在应用程序(协议)的分析和设计上，同时为了适应 C/OS-这样的实时操作系统，协议栈整体作为任务的形式实现。3.2、实验方案（1）实现网络接口层，数据发送和数据接收接口函数。（2）实现 ARP 协议，发送数据，ARP 请求管理；接收 ARP 应答，ARP 应答管理；维护 IP-MAC 对应表。（3）实现 IP 协议，发送过程中，寻址，校验，封装 IP 首部；接收过程中解析报文的 IP 首部，校验，得到信息。（4）实现 ICMP 协议（在此层完成 ping 功能） 。终端输入 ping 命令时，测试目的主机是否可达；其它主机给本机发 ping 命令时，本机发送应答。（5）实现 TCP 协议。作为客户端和服务端，实现三次握手建立链接，发送接收数据，四次握手断开链接。（6）实现 UDP 协议。发送过程中封装 UDP 首部；接收过程中解析 UDP 首部得到信息，并将去除 UDP 首部的报文存放在相应 SOCKET 的数据部分或适当处理。（7）实现 socket 通信，统一用户对下层的接口。提供绑定，建立链接，设置监听，南昌航空大学东软班 开题报告3监听链接，接发数据的接口。（8）实现 DHCP 协议。实现动态主机 IP 获取。（9）实现 DNS 协议。解析域名服务。 四、目标，主要特色及工作进度4.1 目标：实现一个稳定、高效、易移植和易裁减的轻量级嵌入式 IP 协议栈.4.2 主要特色：(1) 在 研 究 分 析 了 标 准 的 TCP/IP 协 议 基 础 上 提 出 了 轻 量 级 嵌 入 式 IP 协议 栈 的 简 化 原 则 ， 其 简 化 原 则 是 在 保 证 基 本 的 通 信 要 求 和 协 议 基 本 功 能 的 基 础 上 ，减 少 协 议 数 量 ， 简 化 一 些 协 议 功 能 以 满 足 嵌 入 式 系 统 网 络 化 的 基 本 通 信 需 求 。(2) 依 据 嵌 入 式 IP 协 议 栈 的 简 化 原 则 ， 选 取 了 IP、 ICMP、 ARP 和 DHCP协 议 并 在 不 违 反 标 准 TCP/IP 协 议 的 前 提 下 ， 对 它 们 进 行 重 新 设 计 并 实 现 ； 采 用中 断 方 式 实 现 LPC2124 芯 片 驱 动 ， 相 比 查 询 方 式 的 驱 动 可 以 更 好 地 与 实 时 操 作系 统 C/OS-II 相 结 合 ， 更 好 地 体 现 出 实 时 操 作 系 统 的 实 时 性 。4.3 工作进度：1、2013.11.25 2013.11.29:开题，搭建开发环境2、2013.12.02 2013.12.06:理解需求进行需求分析3、2013.12.09 2013.12.13