TCP/IP协议栈在嵌入式系统中的应用研究

发布时间：2022-02-24 07:35

　　嵌入式设备的网络化是人们把控制触角从工作生产向生活延伸的一个必然步骤，它也是当前嵌入式系统研究的热点问题之一。在该技术产生前，人们必须利用专用线路来控制远程设备，而现在可以直接通过嵌入式Internet。当在嵌入式系统中实现Web服务器功能后，管理员就可以在任何时间、任何地点利用标准的Web浏览器（如IE）来访问和控制该系统。 本文深入研究了TCP／IP协议栈的原理和思想，结合嵌入式Web服务的具体要求，提出了一种在单片机上裁减TCP／IP协议栈的思路，并通过本文实现的嵌入式TCP／IP协议栈验证了该裁减思路的可行性。 文中在介绍嵌入式系统的定义、分类以及发展的基础上，讨论了嵌入式系统网络化的意义及国内外研究现状，阐述了嵌入式Web服务器的应用前景。接着以实现嵌入式Web服务器为例，指出了利用单片机直接驱动RTL8019AS时硬软件的设计思路。在硬件实现的基础上，实现了一个最小嵌入式Web服务器，并完成了简单的Web动态服务以及Web控制。最后针对该系统进行了详细的测试，经验证该裁减思路可行且嵌入式Web服务器运行稳定可靠。 本文有以下两个特点：提出了一种用顺序链表实... 

【文章来源】：西南石油大学四川省

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 论文选题
        1.1.1 嵌入式系统的定义、特点及其应用
        1.1.2 嵌入式Internet
        1.1.3 嵌入式Web服务器
    1.2 研究现状─嵌入式设备接入Internet的几种方案
        1.2.1 代理方式接入Internet
        1.2.2 MCU直接上网
    1.3 课题的提出———CPU+TCP/IP协议栈
    1.4 研究内容及特点
    1.5 本文章节安排
2 系统的整体设计
    2.1 硬件部分整体设计
        2.1.1 整体硬件结构
        2.1.2 关键器件的选择
    2.2 软件部分整体设计
        2.2.1 软件整体构架
        2.2.2 本系统的编码规范
        2.2.3 开发平台uVision2
    2.3 本章小结
3 驱动接口的实现
    3.1 硬件实现
        3.1.1 RTL8019AS通讯原理简介
        3.1.2 配置模式引脚的接法
        3.1.3 与基地址相关引脚的接法
        3.1.4 其他引脚的接法
    3.2 软件驱动的实现
        3.2.1 内部 RAM结构
        3.2.2 驱动程序设计的指导思想
        3.2.3 读/写核心寄存器函数的实现
        3.2.4 读/写 RAM区间块函数的实现
        3.2.5 初始化函数的实现
        3.2.6 接收驱动
        3.2.7 发送驱动
    3.3 本章小结
4 嵌入式 TCP/IP协议栈的实现
    4.1 协议的取舍
        4.1.1 TCP/IP协议构成
        4.1.2 应用层协议的取舍
        4.1.3 运输层协议的取舍
        4.1.4 网络层协议的取舍
        4.1.5 链路层协议的取舍
    4.2 设计中的若干技巧
        4.2.1 封包及解包过程中零拷贝的技巧
        4.2.2 模块化的思想
        4.2.3 分层设计的思想
        4.2.4 动态内存的维护
        4.2.5 其他注意事项
    4.3 以太网接口层的实现
    4.4 嵌入式ARP的实现
        4.4.1 ARP首部定义及其分析
        4.4.2 ARP接收模块
        4.4.3 ARP发送模块
        4.4.4 ARP缓存表处理模块
        4.4.5 ARP重传处理模块
        4.4.6 MAC地址解析
    4.5 嵌入式IP的实现
        4.5.1 IP包首部及其分析
        4.5.2 IP接收模块
        4.5.3 IP发送模块
        4.5.4 IP校验和的计算
    4.6 嵌入式TCP的实现
        4.6.1 TCP数据包首部及其分析
        4.6.2 TCB的实现
        4.6.3 TCP校验和的计算
        4.6.4 TCP保活定时器的实现
        4.6.5 简单确认机制的实现
        4.6.6 TCP连接的实现
        4.6.7 TCP状态机的剪裁
        4.6.8 TCP重传机制的实现
    4.7 嵌入式HTTP的实现
        4.6.I HTTP的消息结构
        4.6.2 嵌入式HTTP引擎的实现
        4.6.3 Web动态服务的实现
        4.6.4 简单Web控制的实现
    4.7 本章小结
5 调试、功能侧试、优化及其结果
    5.1 调试及测试环境
    5.2 串口函数的设计
    5.3 硬件部分的调试
        5.3.1 W78E58B的调试
        5.3.2 串口的调试
        5.3.3 片外 RAM的调试
    5.4 软件部分的测试
        5.4.1 RTL8019AS收、发包驱动的测试
        5.4.2 ARP功能的测试
        5.4.3 TCP功能的测试
        5.4.4 内存RAM泄漏的测试
        5.4.5 HTTP的测试
    5.5 优化的思考及其实现
        5.5.1 优化的原则及方向
        5.5.2 改变TCP重传方式
        5.5.3 进一步简化ARP协议
    5.6 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
论文发表情况
附录 A、本文实现的开发板实物图
附录 B、本文实现的嵌入式 Web服务器原理图


【参考文献】：
硕士论文
[1]基于SX52BD的嵌入式Web服务器的设计与实现[D]. 马永力.山东大学 2005
[2]现场设备以太网接口的研究与实现[D]. 范占华.重庆大学 2005
[3]嵌入式TCP/IP协议栈研究与实现[D]. 胡海.西南交通大学 2005
[4]嵌入式Web传感器软件系统的研究与设计[D]. 赵宁.西北工业大学 2005
[5]嵌入式系统网络化技术应用研究[D]. 苏恩杰.西北工业大学 2004
[6]嵌入式TCP/IP栈设计及WEB应用开发[D]. 李雅惠.西南交通大学 2004



本文编号：3642270