基于μC/OS-Ⅱ和LwIP的嵌入式网关研究与实现
发布时间：2022-02-08 12:07
随着物联网技术的蓬勃发展，越来越多的传统工控设备需要接入计算机网络以实现数据远程采集与控制，然而大多数传统工控设备最常用的通信接口是串口，不具备网络接口，不能直接接入计算机网络。为了解决这些传统工控设备不能入网问题，本文设计了一款轻量级的嵌入式网关系统，实现了串口协议与TCP协议之间的相互转化。首先，本文在深入研究了常用嵌入式操作系统、常用嵌入式TCP/IP协议栈、常用嵌入式文件系统的基础上，设计出了一款以S3C2440（ARM9）微处理器为硬件平台，以实时操作系统μC/OS-II搭载轻量级TCP/IP协议栈LwIP和小型嵌入式文件系统FatFS为软件平台的轻量级嵌入式网关系统。其次，本文搭建了嵌入式网关软件平台，详细讲述了如何在S3C2440上移植μC/OS-II、如何在μC/OS-II上移植LwIP、如何在SD卡上移植FatFS以及如何实现DM9000网卡和SD卡驱动程序等技术问题。然后，本文在搭建好的网关软件平台上开发了相应的网关软件，该软件具有串口读写、协议转换（串口协议转TCP协议）、本地数据存储、TCP服务器等功能，实现了数据远程监控功能。最后，本文对所设计的网关系统进行了...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 嵌入式网关技术研究现状
1.3 本文的主要工作
第二章 嵌入式网关系统总体设计及硬件平台介绍
2.1 嵌入式网关关键技术介绍
2.1.1 嵌入式实时操作系统概述
2.1.2 嵌入式 TCP/IP 协议栈概述
2.2 嵌入式网关架构设计
2.3 嵌入式网关硬件平台介绍
2.3.1 串口模块
2.3.2 网卡模块
2.3.3 SD 卡模块
2.4 本章小结
第三章 嵌入式网关软件平台搭建
3.1 μC/OS-II 在 S3C2440 上的移植
3.1.1 os_cpu.h 移植
3.1.2 os_cpu_c.c 移植
3.1.3 os_cpu_a.s 移植
3.2 LwIP 在μC/OS-II 上的移植
3.2.1 LwIP 操作系统模拟层移植
3.2.2 LwIP 初始设置移植
3.2.3 LwIP 网络驱动移植
3.3 本章小结
第四章 SD 卡驱动开发及 FatFS 在其上的移植
4.1 基于 S3C2440 的 SD 卡驱动开发
4.1.1 SD 卡物理接口和访问模式
4.1.2 S3C2440 内部 SD 卡控制器 SDI 介绍
4.1.3 SD 卡主机驱动程序设计
4.2 FatFS 概述及移植
4.2.1 FatFS 概述
4.2.2 FatFS 在 SD 卡上的移植
4.3 本章小结
第五章 嵌入式网关软件设计与实现
5.1 串口收发模块
5.2 协议栈换模块
5.3 SD 卡文件读写模块
5.4 网关服务器模块
5.5 本章小结
第六章 嵌入式网关系统测试
6.1 网关软件系统大小测试
6.2 μC/OS-II 移植测试
6.3 LwIP 移植测试
6.4 网关协议转化测试
6.5 网关性能测试
6.5.1 网关 MTU 测试
6.5.2 网关丢包率测试
6.6 网关数据本地存储测试
6.7 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
致谢
参考文献
在读期间研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FatFs文件系统的SD卡存储器设计[J]. 李世奇,董浩斌,李荣生. 测控技术. 2011(12)
[2]FatFs在32位微控制器STM32上的移植[J]. 张涛,左谨平,马华玲. 电子技术. 2010(03)
[3]嵌入式多串口到以太网网关的设计与实现[J]. 丁璐,胡永红,姚通. 测控技术. 2009(12)
[4]基于LWIP的嵌入式串口服务器的设计与实现[J]. 肖利平. 电子科技. 2009(05)
[5]嵌入式TCPIP协议栈LWIP在ARM平台上的移植与应用[J]. 孔栋,郑建宏. 通信技术. 2008(06)
[6]嵌入式TCP/IP协议栈LWIP的内部结构探索与研究[J]. 孙乐鸣,江来,代鑫. 电子元器件应用. 2008(03)
[7]嵌入式TCP/IP协议栈LWIP的内部结构探索与研究[J]. 孙乐鸣,江来,代鑫. 电子元器件应用. 2008 (03)
[8]基于TCP/IP协议的串口网关实时性的建模与分析[J]. 佘小莉,唐祯敏. 计算机工程与设计. 2007(21)
[9]基于uC/OS+LwIP的网口转串口模块的实现[J]. 龙海南,梁朝博. 电力自动化设备. 2007(08)
[10]一种新的嵌入式TCP/IP协议栈的研究与实现[J]. 龙鹏飞,宫蓉蓉. 微计算机应用. 2007(04)
硕士论文
[1]基于多异构协议的嵌入式网关设计与实现[D]. 郭基伟.大连理工大学 2011
[2]基于ARM7的嵌入式μC/TCP-IP协议栈的研究与实现[D]. 李佳旭.西安电子科技大学 2010
[3]基于μC/OS-Ⅱ的嵌入式web服务器的设计与实现[D]. 高昆.西安电子科技大学 2009
[4]TCP/IP协议栈的轻量级多线程实现[D]. 杜敏.复旦大学 2009
[5]基于ARM的LwIP协议栈研究与移植[D]. 董向阳.哈尔滨理工大学 2009
[6]嵌入式WEB发布平台在变电站自动化系统中的应用研究与实现[D]. 高强.西南交通大学 2008
[7]嵌入式系统初始引导技术研究[D]. 袁伟杰.华中科技大学 2008
[8]基于ARM9的嵌入式网关的设计[D]. 曹卓.大连海事大学 2008
[9]基于μC/OSⅡ的嵌入式操作系统关键技术的研究与改进[D]. 王劲松.北京邮电大学 2008
[10]嵌入式操作系统通用硬件抽象层设计研究[D]. 简岩.贵州大学 2007
本文编号：3615040
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 嵌入式网关技术研究现状
1.3 本文的主要工作
第二章 嵌入式网关系统总体设计及硬件平台介绍
2.1 嵌入式网关关键技术介绍
2.1.1 嵌入式实时操作系统概述
2.1.2 嵌入式 TCP/IP 协议栈概述
2.2 嵌入式网关架构设计
2.3 嵌入式网关硬件平台介绍
2.3.1 串口模块
2.3.2 网卡模块
2.3.3 SD 卡模块
2.4 本章小结
第三章 嵌入式网关软件平台搭建
3.1 μC/OS-II 在 S3C2440 上的移植
3.1.1 os_cpu.h 移植
3.1.2 os_cpu_c.c 移植
3.1.3 os_cpu_a.s 移植
3.2 LwIP 在μC/OS-II 上的移植
3.2.1 LwIP 操作系统模拟层移植
3.2.2 LwIP 初始设置移植
3.2.3 LwIP 网络驱动移植
3.3 本章小结
第四章 SD 卡驱动开发及 FatFS 在其上的移植
4.1 基于 S3C2440 的 SD 卡驱动开发
4.1.1 SD 卡物理接口和访问模式
4.1.2 S3C2440 内部 SD 卡控制器 SDI 介绍
4.1.3 SD 卡主机驱动程序设计
4.2 FatFS 概述及移植
4.2.1 FatFS 概述
4.2.2 FatFS 在 SD 卡上的移植
4.3 本章小结
第五章 嵌入式网关软件设计与实现
5.1 串口收发模块
5.2 协议栈换模块
5.3 SD 卡文件读写模块
5.4 网关服务器模块
5.5 本章小结
第六章 嵌入式网关系统测试
6.1 网关软件系统大小测试
6.2 μC/OS-II 移植测试
6.3 LwIP 移植测试
6.4 网关协议转化测试
6.5 网关性能测试
6.5.1 网关 MTU 测试
6.5.2 网关丢包率测试
6.6 网关数据本地存储测试
6.7 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
致谢
参考文献
在读期间研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FatFs文件系统的SD卡存储器设计[J]. 李世奇,董浩斌,李荣生. 测控技术. 2011(12)
[2]FatFs在32位微控制器STM32上的移植[J]. 张涛,左谨平,马华玲. 电子技术. 2010(03)
[3]嵌入式多串口到以太网网关的设计与实现[J]. 丁璐,胡永红,姚通. 测控技术. 2009(12)
[4]基于LWIP的嵌入式串口服务器的设计与实现[J]. 肖利平. 电子科技. 2009(05)
[5]嵌入式TCPIP协议栈LWIP在ARM平台上的移植与应用[J]. 孔栋,郑建宏. 通信技术. 2008(06)
[6]嵌入式TCP/IP协议栈LWIP的内部结构探索与研究[J]. 孙乐鸣,江来,代鑫. 电子元器件应用. 2008(03)
[7]嵌入式TCP/IP协议栈LWIP的内部结构探索与研究[J]. 孙乐鸣,江来,代鑫. 电子元器件应用. 2008 (03)
[8]基于TCP/IP协议的串口网关实时性的建模与分析[J]. 佘小莉,唐祯敏. 计算机工程与设计. 2007(21)
[9]基于uC/OS+LwIP的网口转串口模块的实现[J]. 龙海南,梁朝博. 电力自动化设备. 2007(08)
[10]一种新的嵌入式TCP/IP协议栈的研究与实现[J]. 龙鹏飞,宫蓉蓉. 微计算机应用. 2007(04)
硕士论文
[1]基于多异构协议的嵌入式网关设计与实现[D]. 郭基伟.大连理工大学 2011
[2]基于ARM7的嵌入式μC/TCP-IP协议栈的研究与实现[D]. 李佳旭.西安电子科技大学 2010
[3]基于μC/OS-Ⅱ的嵌入式web服务器的设计与实现[D]. 高昆.西安电子科技大学 2009
[4]TCP/IP协议栈的轻量级多线程实现[D]. 杜敏.复旦大学 2009
[5]基于ARM的LwIP协议栈研究与移植[D]. 董向阳.哈尔滨理工大学 2009
[6]嵌入式WEB发布平台在变电站自动化系统中的应用研究与实现[D]. 高强.西南交通大学 2008
[7]嵌入式系统初始引导技术研究[D]. 袁伟杰.华中科技大学 2008
[8]基于ARM9的嵌入式网关的设计[D]. 曹卓.大连海事大学 2008
[9]基于μC/OSⅡ的嵌入式操作系统关键技术的研究与改进[D]. 王劲松.北京邮电大学 2008
[10]嵌入式操作系统通用硬件抽象层设计研究[D]. 简岩.贵州大学 2007
本文编号：3615040
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/ydhl/3615040.html
