基于单片机的多点联网系统通信毕业论文

1、上浴大學SHANGHAI UNIVERSITY毕业设计(论文)UNDERGRADUATE PROJECT (THESIS)题目:基于单片机的多点联网系统学院通信与信息工程学院专业通信工程学号05124618学生姓名陆盛浩指导教师陆小锋起讫日期 2009年3月29日-6月20日 目录摘要 3 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document Abstract 4.第一章 绪论 5 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 课题背景 5. HYPERLINK l bookmark12 o Curr

2、ent Document 课题研究目的和意义 6. HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 课题研究的主要内容及论文安排 6. HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 第二章 相关基础知识介绍 7. HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 以太网工作原理 7. HYPERLINK l bookmark20 o Current Document TCP/IP 协议栈简介 8. HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 相关开

3、发工具 9. HYPERLINK l bookmark24 o Current Document PROTEL99SE 介绍 9. HYPERLINK l bookmark26 o Current Document MPLAB IDE 介绍 1.0. HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 第三章 多点联网系统设计 1.2. HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 基于单片机的多点联网系统设计框架 1.2 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 基于 PIC18F

4、4580 单片机的网络接入模块硬件设计 1. 3 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 网络接入模块硬件设计框图 1.3 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 基于 PIC18F4580 的控制单元 1.3 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 以太网接入单元 1.4. HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 前端系统接口单元 1.7. HYPERLINK l bookmark44 o Current Docume

5、nt 其他单元设计 2.0. HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 3.3基于PIC18F4580单片机的网络接入模块 PCB板设计21 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 第四章 多点联网系统软件设计 2.2 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 系统整体软件设计框架 2.2 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 前端系统接口程序设计 2.2 HYPERLINK l bookmark54 o Current

6、Document 基于 RTL8019AS 芯片网络接入驱动程序设计 2.4 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 关于 TCP/IP 协议栈的程序设计 2.7第五章 总结与展望 2.9.致谢 3.0.参考文献 3.1.附录 3.3.文献翻译 3.3.系统原理图 4.6.摘要现实生活中，许多的嵌入式系统设备已被广泛地应用，由于当前硬件设计的问题，未 嵌入网络连接模块，使得这些嵌入式系统在使用上受到限制，而添置新设备又需要很高的 成本。本文设计的网络接入模块解决了嵌入式设备与以太网络的连接问题，在不改变嵌入式 设备本身结构的情况下，用户终端可以通过这

7、个模块将现有的各种串口设备快速方便地接 入网络，从而实现仪器的远程控制、远程数据终端的数据通信等功能。本设计方案利用8位单片机PIC18F458C提供的系统资源和处理能力，加上ISA接口的10 Mb/s网卡芯片RTL8019AS通过编写一套精简的协议栈，并实现可靠的数据通信，从而达 到低成本、可靠连接网络的目的。关键字：以太网 单片机 RTL8019AS PIC18F4580AbstractIn the real life, many embedded system devices have been widely used, but they have not embeddedthe net

8、work module owing to the current design problem. It makes these embeddedsystems limited in use and high expensewill have to be paid if new devices should be added.The network access module designed in this thesis solved the problem of the connection between the embedded devices and the Ethernet. Und

9、er the circumstance that the structure of the embedded systems will not be changed, the user terminal can accessthe network fast and conveniently through the various serial devices existing in this module, thus realizing the remote control of the devices, the data communication of remote data termin

10、al and other functions.This design scheme takes advantage of the system resources and the process ability provided by an 8-bit-MCU PIC18F4580 and 10 Mb/s LAN chip RTL8019AS with ISA interface. Through code a concise set of protocol stack, reliable data communication realized and it also achieved the

11、 goal of low cost and reliable network connection.Key words: Ethernet network, MCU, RTL8019AS, PIC18F4580第一章 绪论课题背景随着计算机网络技术的发展， 各种智能设备通过 Internet 互联已经成为趋势， Internet 已成为信息流通最重要的渠道。对于小型嵌入式设备来说，借助 Internet 传送各种控制信 息， 可以使通过 Internet 上实现异地充值、用户信息远程管理、消费信息联网管理。方 便管理者统一管理，既能节省管理方面的开销，又能使用户得到方便。因此，嵌入式系统 如何

12、接入 Internet 已经成为了一个研究热点。目前，在工业控制领域，单片机系统主要通 过RS232 RS48和CA总线协议通信，它们无法直接与互联网连接，以至于该系统处于与 互联网隔绝的状态。这些系统广泛采用低成本 8位单片机，而这种单片机一般只具有 RS232 异步串行通信接口，要接入到互联网必须进行通信接口改造，这种改造不仅是接口的物理 改造，更关键是数据格式的改造和通信协议的转换。基于TCP/IP通讯协议的以太网已深入普及到工厂、车间、公司、办公场所及家庭。越来越多的企业 / 楼宇等建立了网络系统并 进入全球互联网组织。随着网络的普及，很多企业将公司的管理挂接在网络上，以求实现 统一化

13、，高效化。将TCP/IP协议与射频感应卡控制系统相结合的基于单片机的多点联网系 统，具有一定的技术先进性和宽广的市场前景与实用价值。非接触 IC 卡又称射频卡，是世界上近几年发展起来的一项新技术，同时也是射频识 别技术和 IC 卡技术有机结合的产物。它解决了无源（卡中无电源）和免接触这一难题， 是电子技术应用领域的一大突破。在目前的消费类RFID非接触式射频卡的使用过程中， 很多商家都没有实现多个连锁机构之间的网络连接，使得消费者在使用各种 RFID 会员卡 的过程中存在很多问题， 譬如丢失、 异地充值、 用户信息远程管理、 消费信息联网管理等， 对于消费者来说没有足够的保障，对于商家来说无法

14、实现有效的多种信息数据库统一管 理。课题研究目的和意义随着分组交换以太网局域网技术的发展，以太网技术由于其简单、低成本、易扩展， 统一标准的优势， 在用户桌面系统和企业内部网络已非常普及， 其应用领域逐步向接入网、 城域网、甚至广域网 / 骨干网方面拓展，形成基于 IP/Ethernet 的端到端的无缝连接。所 以，在实际应用中，嵌入式系统的网络接入通常采用双绞线以太网技术连接各嵌入式终端 构建快速局域网，再通过公共的网络接口，连接到外部 Internet 网络上。因此，把嵌入 式系统的网络接入应用到“一卡通”系统中，实现一种低成本、简便而有效的“一卡通” 系统的网络化、自动化是非常有意义的工

15、作。课题研究的主要内容及论文安排课题研究的主要内容是一个网络连接的专用电路系统，RS232串口出入，RJ45以太网接口出入，可以适用于一些比较小型系统网络连接的需求，有较大的通用性。特别是在有 很多个工作点都需要网络连接数据通信的情况下，不需要更改原有系统的架构与设计，只 要添加这个模块，就可以实现系统网络连接的功能。而本文提出一种RS232串行通信接口与 RJ45 以太网接口网络接入模块的设计方案，已有的嵌入式系统可以通过该模块接入到 以太网，进一步接入互联网，实现与网络信息交互的功能。本文首先对相关基础知识进行介绍， 包括以太网的工作原理， TCP/IP 协议栈和相关开 发工具，通过综合分

16、析在“一卡通”系统网络接入的特点和要求，提出了一种 8 位嵌入式 系统的价廉、简便而有效的网络接入方案，并且在最后一章对该方案的设计和应用做出了 总结和展望。具体内容如下：论文先对相关的基础知识做简单的介绍，再详细地介绍基于 PIC18F4580单片机嵌入式系统的网络接入方案的硬件、软件设计。第二章 相关基础知识介绍2.1 以太网工作原理统计数字表明，目前全球 85%的网络采用以太网技术。以太网技术的优势是成本低、 灵活，在接入领域使用以太网技术作为产品开发平台已经成为一个必然的发展趋势，是当 今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网(LAN中采用的电缆类型和信号处理方法。

17、以太网在互联设备之间以10100Mbps的速率传送信息包，双绞线电缆10 Base T以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。以太网作为一种原理简单，便于实现同时又价格低廉的局域网技术已经 成为业界的主流。而更高性能的快速以太网和千兆以太网的出现更使其成为最有前途的网 络技术。以太网设计为一种共享总线( shared bus )技术，可支持广播，使用尽最大努力交付 ( best-effort delivery )的机制，并且有分布式接入控制。以太网采用广播机制，所有 与网络连接的终端都可以看到网络上传递的数据。通过查看包含在以太网帧中的目标地 址，确定

18、是否进行接收或丢弃。如果证明数据确实是发给自己的，则终端将会接收数据并 传递给高层协议进行处理 2 。以太网的接入方式称为具有冲突检测的载波侦听多点接入CSMA/C(DCarrier SenseMultiple Access with Collision Detect )，任何终端都可以在任何时间访问网络。 CSMA/CD 是一种分布式介质访问控制协议，网中的各个站(节点)都能独立地决定数据帧的发送与 接收。每个站在发送数据帧之前， 首先要进行载波监听， 只有介质空闲时， 才允许发送帧。 这时，如果两个以上的站同时监听到介质空闲并发送帧，则会产生冲突现象，这使发送的 帧都成为无效帧，发送随即宣

19、告失败。每个站必须有能力随时检测冲突是否发生，一旦发 生冲突，则应停止发送，以免介质带宽因传送无效帧而被白白浪费，然后随机延时一段时 间后，再重新争用介质，重发送帧。CSMA/C协议简单、可靠，其网络系统(如Ethernet) 被广泛使用。2.2 TCP/IP 协议栈简介1、TCP/IP 协议栈四层模型TCP/IP 这个协议遵守一个四层的模型概念： 应用层、传输层、互联层和网络接口层 3 （ 1） 链路层由控制同一物理网络上的不同机器间数据传送的底层协议组成， 实现这一层的 协议并不属于TCP/IP协议组。在本系统中这部分功能由单片机控制网卡芯片 RTL8019A实现。（2）网络层 网络层将信

20、息发送到相邻的 TCP / IP 网络上的任一主机 上， IP 协议就是该层中传送数据的机制，同时为建立网络间的互连提供ARP地址解析协议，实现了从IP地址到数据链路物理地址的映像。（ 3） 传输层 传输协议在计算机之间提供通信会话。传输协议的选择根据数据传输方式而定。两个传输协议：传输控制协议TCP为应用程序提供可靠的通信连接。适合于一次传输大批数 据的情况。并适用于要求得到响应的应用程序。用户数据报协议UDP提供了无连接通信，且不对传送包进行可靠的保证。适 合于一次传输小量数据，可靠性则由应用层来负责。（4） 应用层 应用程序通过这一层访问网络。2、单片机 TCP/IP 的特点单片机内实现

21、TCP/IP协议栈与PC机内不同，因为单片机内部资源有限， 所以要在单 片机内实现TCP/IP协议栈，就必须根据具体应用系统的有限资源环境，对 TCP/IP栈协议进 行裁简 4 ，实现与需要有关的功能。在单片机上实现TCP/IP与在PC机上实现TCP/IP是有所不同的，它的特点是：速度慢：20M晶振的PIC单片机的最快网络传送速度为 40KB/S。其中的关键在于 TCP/IP 需要对传送的每个字节进行校验和计算，以及必要的拷贝。这样 PIC 单片机 的处理速度就不够了。为了提高单片机 TCP/IP 的速度一般的方法是要对协议栈进行精简。(2 )程序存储空间和外部RAM空间不大：一般的单片机的最

22、大程序和数据空间为 64KB TCP/IP协议一般需要对发送的数据进行缓存， 而一个最大的数据包就有1500B左右， 当网络速度很大的时候内存消耗将很大。对于非嵌入式TCP/IP协议栈，64KB的程序和数据空间是不够的。单片机体系结构： PIC 单片机是 16 位机，所以对于需要完成同一个数据操作， 32 位的PC机可能只需要10条指令，而51单片机可能需要几百条指令。2.3 相关开发工具2.3.1 PROTEL99SE 介绍Protel99SE是Protel公司致力于 Windows操作系统下的EDA设计软件，是视窗环境 之印刷电路板设计系统，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，能实现从电

23、学概念设 计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证和设计数据管理。同时，可以完成 电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计 32 个信号层， 16 个电源 - 地层和 16 个机加工层 5 。按照系统功能来划分， Protel99se 主要包含以下俩大部分和 6 个功能模块。1 、电路工程设计部分(1) 电路原理设计部分( Advanced Schematic 99 )：电路原理图设计部分包括电路图 编辑器(简称SCH编辑器)、电路图零件库编辑器(简称 Schlib编辑器)和各种文本编 辑器。本系统的主要功能 是：绘制、修改和编辑电路原理图；更新和修改电路图零

24、件库； 查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。( 2)印刷电路板设计系统( Advanced PCB 99)：印刷电路板设计系统包括印刷电路 板编辑器(简称PCB编辑器)、零件封装编辑器(简称 PCBLib编辑器)和电路板组件管 理器。本系统的主要功能 是：绘制、修改和编辑电路板；更新和修改零件封装；管理电 路板组件。（3）自动布线系统（ Advanced Route 99）：本系统包含一个基于形状（ Shape-based） 的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现PCB设计的自动化。2、电路仿真与PLD部分（1）电路模拟仿真系统（ Advanced SIM 99）：电路模拟仿

25、真系统包含一个数字 / 模 拟信号仿真器， 可提供连续的数字信号和模拟信号， 以便对电路原理图进行信号模拟仿真， 从而验证其正确性和可行性。（ 2）可编程逻辑设计系统（ Advanced PLD 99）：可编程逻辑设计系统包含一个有语 法功能的文本编辑器和一个波形编辑器（ Waveform。本系统的主要功能是；对逻辑电路 进行分析、综合；观察 信号的波形。利用PLD系统可以最大限度的精简逻辑部件，使数 字电路设计达到最简化。（ 3）高级信号完整性分析系统（ Advanced Integrity 99 ）：信号完整性分析系统提 供了一个精确的信号完整性模拟器，可用来分析 PCE设计、检查电路设计

26、参数、实验超调 量、阻抗和信号谐波要求等。Protel99SE 的功能特性：1、开放式集成化的设计管理体系2、超强功能的、修改与编辑功能3、强大的设计自动化功能2.3.2 MPLAB IDE 介绍MPLAB集成开发环境（IDE）是综合的编辑器、项目管理器和设计平台，适用于使用 Microchip的PICmicro ;系列单片机进行嵌入式设计的应用开发。MPLAB IDE是适用于PICmicro ;系列单片机和dsPICTM数字信号控制器，基于 Windows操作系统的集成开发环 境。MPLAB IDE提供以下功能：? 使用内置编辑器创建和编辑源代码。? 汇编、编译和链接源代码。? 通过使用内置

27、模拟器观察程序流程调试可执行逻辑；或者使用 MPLAB ICE 2000和 MPLAB ICE 4000仿真器或 MPLAB ICD 2在线调试器实时调试可执行逻辑。? 用模拟器或仿真器测量时间? 在观察窗口中查看变量。? 使用 MPLAB ICD 2、PICSTAR；T Plus 或 PRO MATE；II 器件编程器烧写固件。?使用MPLAB IDE丰富的在线帮助快速找出问题的答案。第二章多点联网系统设计3.1基于单片机的多点联网系统设计框架本次设计的系统适用于许多工业控制、生活设施的控制中。主要结构如图3-1所示图3-1系统总体结构图如图3-2所示，嵌入式系统等外部应用系统可通过 RS2

28、32串口连接网络接入模块，经 RJ45接口连接到以太网，实现与网络上信息的交互。此网络接入模块的主要功能是连接未 嵌入网络模块的嵌入式系统和外界网络，从而达到低成本、便捷、可靠连接网络得目的。嵌入式系统网络接入模块图3-2单片机系统通过网络接入模块连入以太网示意图若数据从嵌入式系统发送到互联网，则嵌入式系统发送的异步串行数据帧经过网络接入模块后，把数据帧转换成以太网数据帧，然后上传到互联网，反之亦然。3.2基于PIC18F4580单片机的网络接入模块硬件设计3.2.1网络接入模块硬件设计框图16位单片机系统网络接入的总体硬件框图如图3-3所示，单片机选用PIC18F458Q网卡芯片选用 RTL

29、8019AS还有电平转换芯片 MAX23告口 S558-5999-T7。在这个框图重要 包含以下四个单元：1、PIC18F4580的控制单元；2、以太网控制单元；3、串口通信单元;4、其他单元。图3-3基于PIC18F4580网络接入的系统实现框图 1单片机系统A-RS232-RS485、,JMAX485E/PIC18F45801r(MCU)nterRJ45S558-5999-T7厂 /RTL8019AS(EthernetCon troller)F面的内容会结合各个单元的特点，详细说明各个单元的硬件设计3.2.2基于PIC18F4580的控制单元（一）单片机PIC18F4580的简介单片机微型

30、机（MCU可以运用在控制性应用领域，嵌入到各种产品中去，以提高产品的智能化。在单片机内部含有计算机的基本功能部件：CPU存储器、各种接口电路。而本次设计所用的 PIC18F4580拥有 32KB勺FLASFROM 256B的EEPROM1536B的SRAM 通用 I/O 口 36个、ISP（在系统可编程）、看门狗等功能。（详见PIC18F4580数据手册）51之所以考虑使用PIC18F458C单片机是因为该单片机相比较其他普通单片机（例如,单片机）有以下三方面的优势：1）该单片机是在MPLABDE集成开发环境下进行开发，功能十分强大，可以使用MPLAB ICD 2在线调试器实时调试。同时，采用

31、标准 C语言编程，可读性强、移植性好、 开发周期短。2）该单片机拥有32KB勺FLASH ROJM256B勺EEPRO,M超大的程序和数据存储可供用户移植入精简的TCP/IP协议栈，并将它划分成几个块，供用户做数据存储，这样，可以省去外围存储电路的设计，节约成本，同时，简化系统的设计。3）该单片机加密性强、抗静电与抗干扰能力强适用于条件比较恶劣的环境。（二）PIC18F4580控制电路的设计如图3-4为单片机PIC18F4580勺系统原理图，由2个20PF的电容与20MHZ勺晶振并接 的作为晶振电路，给单片机提供稳定的工作频率 。系统采用按键复位电路，当连接 RSTDR的SK1键按下时对单片机

32、进行复位。其中，该单片机的正常工作电压为5V。 M1W ILI沁1 “TViS vmX2CCH:RCi-SCfc?8rLik -i mgimi勺KaJUOCIblMTW-i?IuJ*鈕 tL h gJtDI Ml LIlK-CKCiriWRjubum i i1DIVfCJt tl .1in II 1 1E Ek 即11 fUirAKIKI H- I.IIH脈 KMkill Uill MAIETI AK UUb LCilT皿j . iKQ-|j|L11KJKMC LLltTV.ttF屮机7 JTT11wc1ICM.1 ncflTjtLKT卜如、4*UKIIQhlUN-JUh、百30 MHz)Me

33、mory6Kbv(e ROM1 Kbvte ROM50 kbytereq Li ire mem24卜32K RAM30 bvte RAM5kBytePhysical LayerSerial EthernetSerialEthernetConnectionHub Router ISPPrivate gatewayInternetMulti-user supportfinitefiniteyesBut these schemes is desig ned for special MPU(Micro Processor Un it) without gen eral propose, high ef

34、ficie ncy or comprehe nsive function 3. The embedded TCP/IP architecture proposed by the paper is suitable for diversified embedded processors such as SCM(si ngle-chip), ARM or ARM+FPGA multi-core processors. The architecture not only have the merits of less code scale, RAM usage and higher efficie

35、ncy, but also support the socket format of multi-TCP connection, multi network equipment. The embedded TCP/IP transmit data packet through gateway and realize packets arra ngeme nt, rese nding and win dow con trol, etc.Embed TCP/IP architecture and optimized designEmbed TCP/IP software architectureE

36、mbed TCP/IP adopts a structure of hierarchical protocol, which is the same as TCP/IP in PC: Network in terface layer, IP layer, TCP layer, applicati on layer. Flow chart show n as Figure 1 describes in put/output data packet and fun ctio n in embedded TCP/IP 4. Timer() fun ctio n tran sfers TCPTimer

37、() to process TCP packets rese nding and tran sfers each in terface of In put() function to receive data packet. Timer() should be deployed every a sect ion of time( w參LFigtire 6S Esiablished tiiine with ccwinscticn raceConclusionThe paper proposed an optimized design and implementation of TCP/IP so

38、ftware architecture based on embedded system, which realized corresponding function and economized the system resource. This architecture can apply to access differe nt n etwork in various embedded MPU.The embedded TCP/IP architecture after optimizatio n can support the socket format of multi-TCP co

39、nnection, multi network equipment. The performance and evaluation shows that its a fine way of embedded Internet access. It tran smits data packet through gateway and realize packetsarrangement, resending and window control, etc. Through emulation and practice, the design method is flexible to reali

40、ze complicated fun cti ons accord ing to users dema nd.AcknowledgementsThis research was jointly supported by the National Science Fund for Distinguished Young Scholars (No. 60325104),National Natural Science Foundation of China (No.60572021), National 863 Program (NO.2005AA122320), the SRFDP of MOE

41、 (No.20040013001) and Bupt-Hitahi un ite-lab foun datio n. Tha nks for the great help.ReferencesBilek J, Ruzicka IP. Evolutionary trends of embedded systems. IEEE International Conference on Industrial Technology, 2003.2(3):901-905.Perry, DE. Software engineering and software architecture. In:Feng Y

42、u-fin. Beijing: Electronic IndustryPress, 2000.Batory D, OMalley S. The design and implementation of hierarchical software systems with reusable components. ACM Trans. on Software Engineer and Methodology, 1992,1(4):355-398.Hutchinson N, Peterson L. The x-kernel: Architecture for implementing networ

43、k protocols. IEEE Trans. On Software Engineering, 1991,17(1):64-76.Postel J. Internet Official Protocol Standards, RFC 1720. Network Working Group,1996.Rastofer U, Bellosa F. Component-based software engineering for distributed embedded real-time systems Software. IEE Proceedings, 2001,148(3):99-103

44、.Swaminathan V , Chakrabarty K. Network flow techniques for dynamic voltage scaling in hard real-time systems. IEEE Trans. on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems, 2004, 23(10):1385-1398.Schmidt DC, Box DF, Suda T. Adaptive: A dynamically assembled protocol transformation, integr

45、ation and evaluation environment. Concurrency: Practice and Experience,1993,5(4):269-286.译文:基于嵌入式系统的 TCP/IP软件架构的优化设计和实现摘要：随着硬件资源限制和通用 TCP/ IP协议栈和协议模型的低效率。当接入互联网时，在嵌入式系统中充分实行TCP / IP协议是相当困难的。因此，通常简单的TCP/IP堆栈或UDP被用来替代。有人提出，将一个TCP / IP软件架构的参考设计在嵌入式系统中实行。通过分析TCP / IP协议的速度和在嵌入式系统中代码大小以及RAM的使用率，TCP / IP 接

46、口明确的优化设计，多余数据包的拷贝避免，数据包的重发安排和窗口控制得以实现。最后，本文给出了在嵌入式系统中，TCP / IP 软件架构的性能和评估。关键字：TCP/IP软件结构嵌入式系统优化技术引言随着计算机网络的飞速发展，电子技术和In ternet广泛应用，各种可以访问英特网的非PC电子设备的需求大量增加，比如个人网络代理，网络视频电话，电视机顶盒。因此，嵌入式设备的网络服务已经成为一个重要的方向和网络的发展的必然结果。目前，低速的 8 / 16 位处理器在嵌入式系统中普遍存在。但是，嵌入式TCP / IP极其需要存储空间和处理速度，当接入英特网时，他将占Reduced TCP IF pr

47、oloco 1 clusters-ASICEmbeddedOSProcessorKbit (8MHz)32biilequiremenc(30 MHz)Mcnwry6Kbytc ROM1 Kbyte ROM50kbytcrctiuirementjO byte RAM5kByccPhysical LayerSerial) Etheniei:SerialEthernetCormectioniHub RoLiEer ISPPrivate gacewayInternetMuIlL-user supportfinitefiniteyesfable I. Comparison of embedded TCP

48、/IP scheme用大量的硬件资源时。因此，嵌入式TCP / IP协议簇或UDP / IP协议被用来取代综合协议簇 2 。 嵌入式电子设备上网的计划可见表1 。但是，这些计划是特别为那些非通用的特殊微 控制器（微处理器）而设计的，有高效率或有综合的 功能3 。本文提出的嵌入式 TCP / IP的架构适 合于多样化的嵌入式处理器，如供单片机（单芯片），ARM或 ARM结合FPGA勺多核心处理器。该架构不仅有较少的代码规模的有点，更少的内存使用和更高 的效率，而且还支持多 TCP连接的插槽格式，多网络设备。嵌入式TCP /IP通过网关传输数据包，并实现数据包的安排，重发和窗口控制等功能。嵌入式T

49、CP/ IP协议采用的分层结构协议和个人电脑里的TCP / IP协议的相同：有网络接口层，IP层，TCP连接层，应用层。图1所述的流程图描述了数据包的输入/输出和嵌入式TCP/ IP的功能4 。 Timer（）这个函数转换TCPTimer（）函数来处理TCP数据包的重发并且传送每个in put （）函数的接口并接收数据包。Timer（）这个函数将被调用每一段时间（ 20ms），否则接受数据的功能和TCP的时间都将被停止。在输出的过程中，TCP层首先将审查未发送队列。 如 果不存在空缺，数据包将被插入到队列中；与此相反，如 果它是空的，对应的窗口将被检查是否能够接收该数据 包，并填写TCP的头信

50、息。IP层会选择网络接口， 并检查 目的IP的子网掩码是否等于源地址的IP。接着这个接口的Output（）函数将被用于传输数据。在输入的过程中，Timer （）函数转换In put （） 函数的每个接口。IP层区分IP的版本，检查IP总量并TCP层首先将区决定是否转发数据包的数据。根据IP头文件的协议，数据包将被处理到上层协议去。分TCP及其总量，如果任一插座接口接受了数据包或者TCP队列数目是插座所期望的话，就去进入寻找。最后，TCP层将会调用bTimeOut 变量。bTimerOut阶段。然后连接状态将被更新（发布响应包和包括TCP状态机在内的转变）回调函数recv （）来接受数据5 。图

51、2中函数的主要流程是一个大的循环过程，将会处理应用层和查询IQ-IIHFrame L-cnfrhL2-IFIIFrmie Header ofBihernct20-33 HARPClientEP ProcLKol EEcader34HICMPCctirirolbialienTCPProwcol3AII如HFiltedTCPM savageCRC Check SumFigure 3” Memary mDdc of einbeddCLl TCP IP变量在时间中断时被设为true值。与此同时，应用层会反复查询bTimerOut是否为true 值。如果是true 值，Timer （）将被 调用并设定b

52、TimerOut的值为false 。为了能够减少内存的使用，当数据包正被重发时，如果数据包所需要的数据可以被刷新，TCP数据包的响应就不需要被储存。图3给出了嵌入式TCP / IP协议的内存分配，以及内存中 每一个字节的定义和相对位置。分组RAM是内存帧的初始地址TCP/ IP传输过程的主要操作集中在三个部分：应用程序复制数据到内存，计算的TCP的校验和，处理复制到网络设备缓冲区的RAM数据。对于每一个字节，两次复制将大约占用12 * 2 = 24个指令周期；计算的TCP校验和将花费16个指令周期。更高的时钟频率能够改善处理速度。举例来说，具有12M时钟频率的网络传输速度是25kb / s ，但如果采用233M的时钟频率，它实现 384kb / s的传输速度。另一方面，在嵌入式 TCP / IP中，通常采用 C语言或混合汇编来编译程序。可重入函数和一般 指针将增长程序的代码， 并减慢处理速度，所以当可重入函数需要被使用