基于嵌入式Internet的串口—以太网协议转换系统的设计与实现

摘要

在当前数字信息技术和网络技术高速发展的后PC时代,将以太网技术应用到工业控制、信息家电等领域,可以达到降低成本、简化结构等成效.而嵌入式系统以其体积小、功能多、支持以太网技术等优点,成为多种领域中的新热点.但是现在大多数的嵌入式设备所采用的通讯方式还是基于局部总线的形式,这种通讯方式已经逐渐不能满足对于数据远程传输的需求,而TCP/IP协议栈的引入可以使嵌入式系统方便的接入Internet.将嵌入式技术与Internet技术相结合将成为一种发展趋势,既可以简化系统结构又可以达到降低系统成本的目的.该文所介绍的协议转换系统以嵌入式系统为核心,以Internet为基础,利用其串行接口与其他需接入网络的设备的底层I/O节点相连,上层则直接接入局域网,允许授权的用户在局域网上任意一点应用浏览器或自定义的应用访问该系统,以实现对下层设备的监视和控制.该系统在楼宇自动化、工业底层网络、信息家电等场合有着广泛的应用前景.该文首先从嵌入式Internet发展现状入手,分析了实施该课题的必要性、重要性和可行性,提出了课题的实现目标.其次,描述了在8位微控制器上面实现TCP/IP协议栈的过程,并对协议栈进行适当的裁剪,实现了TCP/IP协议栈中的数据链路层驱动和ARP、IP、ICMP、UDP、TCP、HTTP一系列协议,详细解析了各层协议的实现过程、硬件接口技术及程序调度流程,其中,重点讨论了以太网控制器RTL8019AS的应用、ARP缓存表的设置及TCP协议的实现,给出了具体的实现方案及运行结果,达到了系统的预定目标.最后,给出了对系统的客观、全面的评价,并对进一步改进提出了建议.

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引 言

1.1课题背景

1.2目标与内容

第二章嵌入式Internet技术及其应用

2.1嵌入式Internet简介

2.2嵌入式系统发展趋势

2.3设备接入以太网的几种实现方案

2.4嵌入式Internet应用

第三章系统总体方案

3.1硬件方案

3.1.1硬件设计

3.1.2开发环境

3.2软件方案

3.2.1系统模块划分

3.2.2层次协议模型

3.2.3 TCP/IP协议栈的实现方案

3.2.4多路复用和多路分解

第四章系统实现

4.1物理层的接口实现

4.1.1以太网接口

4.1.2串行接口

4.2数据链路层的实现

4.2.1以太网协议

4.2.2 RTL8019AS的寄存器结构

4.2.3数据链路层驱动的实现

4.2.4地址解析协议ARP

4.3网络层的实现

4.3.1无连接数据报交付IP

4.3.2差错控制报文ICMP

4.4传输层的实现

4.4.1用户数据报协议UDP

4.4.2传输控制协议TCP

4.5应用层的实现

4.5.1 WEB服务器的实现

4.5.2基于TCP和UDP的应用

4.6调度流程

4.6.1定时器设置

4.6.2任务分配

4.6.3 IP发送缓冲区与ARP发送缓冲区寿命更新

4.6.4 ARP缓存表寿命更新

4.6.5 TCP报文处理任务

4.6.6 UDP报文处理任务

4.6.7以太网数据报接收任务

4.6.8 ARP请求报文发送任务

4.6.9串口处理任务

4.7参数配置

第五章测试结果

5.1 PING测试

5.1.1主动发起PING

5.1.2 PING应答

5.2 TCP应用

5.2.1主动打开TCP连接

5.2.2 TCP被动连接

5.3 UDP应用

5.4 WEB服务器应用

第六章结束语

参考文献

致 谢