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1、上海交通大学 硕士学位论文 基于C/OS-的嵌入式以太网网关在ARM7的实现研究 姓名：何珏 申请学位级别：硕士 专业：控制理论与控制工程 指导教师：王伟 20070101 上海交通大学硕士学位论文 I 基于基于C/OS-II 的嵌入式以太网网关在 ARM7 的实现研究 摘要 C/OS-II 的嵌入式以太网网关在 ARM7 的实现研究 摘要 Internet 的应用己经深入到生活的各个方面。接入 Internet 的主 体也开始发生变化，除了计算机之外，大量的嵌入式设备开始尝试 着接入 Internet，嵌入式 Internet 技术就是为此而提出来的。将嵌入 式系统与 Internet 网络
2、结合的工作一直是国内外研究的热点，然而在 研究工作中存在的主要困难在于:一方面，Internet 网上的各种通讯协 议对于计算机的存储器、运算速度等的要求比较高，而嵌入式系统 中除部分 32 位微处理器外，大量存在的是 8 位和 16 位的微处理器， 很难支持 TCP/IP 等 Internet 协议；另一方面，在嵌入式系统的应用 上，微处理器的型号、种类非常多，要在微处理器上实现相应的网 络功能，需要非常熟悉该型号微处理器结构特点和相应的编程语言， 而不同型号的微处理器之间又存在着一定的差别。 本人结合目前的发展现状，提出了嵌入式以太网网关的解决方 案。方案基于以太网处理芯片和 32 位微控
3、制器，利用以太网处理芯 片来实现物理层和数据链路层的协议，同时 32 位微控制器运行嵌入 式 TCP/IP 协议栈，实现了以太网上的帧数据和 RS232 串行数据互相 转换的功能，从而以网关的形式为现有大量采用 RS232 串口方式对 外通讯的嵌入式系统接入 Internet 提供了一种可能。 本人首先对于网关的系统架构进行了分析，选择了所要采用的 微控制器、嵌入式操作系统和嵌入式 TCP/IP 协议栈。在此基础上， 先基于微控制器 LPC2210 和网络接口芯片 RTL8019AS 进行了硬件 设计；然后分别就操作系统C/OS-II 和 TCP/IP 协议栈 LWIP 进行了 分析和移植；最
4、后在移植好的平台上完成软件设计工作，并且进行 上海交通大学硕士学位论文 II 了实验取证，证明了网关数据转换功能的实现。 关键字关键字：C/OS-II，ARM7，LWIP，网关，RS232 上海交通大学硕士学位论文 III The Implementation study of Embedded Ethernet Gateway Based on C/OS-II and ARM7 ABSTRACT The application of Internet exists everywhere in our life. The main objects connecting with Interne
5、t have changed and in addition to computers, embedded equipments are trying to do it which produces the technology of Embedded Internet. While many people domestic and overseas are focusing on combing embedded systems with Internet, some difficulties still exist including: on the one hand, many comm
6、unication protocols of Internet raise higher demand of memory and operation speed, while many existing 8-bit and 16bit MCU(micro controller unit), except 32-bit MCU, have difficulties in running TCP/IP protocols; on the other hand, there are various kinds of MCU in the fields of application of embed
7、ded system and if you want to realize the networking function on MCU, you have to be very familiar with the framework specialty of this type and relating programming language, but there are some differences between different types of MCU. Combining the development of Embedded Internet at present, th
8、e solution of Embedded Ethernet Gateway was put forward based on the Ethernet networking controller and 32-bit MCU. The solution makes use of ENC running protocols of physical layer and data link layer and 32-bit MCU running TCP/IP protocol stacks. The module in the form of gateway realizes the func
9、tion of transformation of Ethernet frames and RS232 serial datum providing the possibility of many embedded system with RS232 serial port connecting with Internet. 上海交通大学硕士学位论文 IV In the thesis, the framework of the gateway is analyzed by choosing the necessary MCU, embedded OS and embedded TCP/IP p
10、rotocol stacks. On the basis of this work, the hardware design work is carried out based on the lpc2210 MCU and rtl8019as ENC; then, the C/OS-II and LWIP are analyzed and transplanted respectively and the software design is carried out depending on the platform; In the end, the experiments prove the
11、 implementation of the gateway. Keywords: C/OS-II，ARM7，LWIP，gateway，RS232 上海交通大学硕士学位论文 VIII 缩略词表缩略词表 C/OS Micro Controller Operating System，微控制器操作系统 LWIP Light Weight IP，轻型 IP 协议 MCU Micro Controller Unit，单片机 CAN Controller Area Network，控制器局域网 TCP Transmission Control Protocol，传输控制协议 UDP User Datagr
12、am Protocol，用户数据报协议 IP Internet Protocol，网际协议 RARP Reverse Address Resolution Protocol，反向地址转换协议 ARP Address Resolution Protocol，地址转换协议 ICMP Internet Control Message Protocol，Internet 控制报文协议 HTTP Hypertext Transfer protocol，超文本传输协议 SMTP Simple Mail Transfer Protocol，简单邮件传输协议 FTP File Transfer Protoco
13、l，文件传输协议 RTOS Real Time Operating System，实时操作系统 SOC System On Chip，片上系统 NIC Network Interface Chip，网络接口芯片 ARM ADVANCED RISC MACHINE，处理器芯片设计公司名称 CISC Complex Instruction Sets Computer，复杂指令集计算机 RISC Reduced Instruction Sets Computer，精简指令集计算机 ANSI American National Standard Insititution，美国国家标准协会 RTT Ro
14、und Trip Time，往返时间 DHCP Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议 PPP Point To Point Protocol，点对点协议 GUI Graphical User Interface，图形用户接口 AHB Advanced High performance Bus，高性能系统总线 VLSI Very Large Scale Integration，超大规模集成电路 CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access Collision Detection，带有冲突检测的载波监听多路接 入 P
15、NP Plug And Play，即插即用 上海交通大学硕士学位论文 73 上海交通大学 学位论文原创性声明 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或集体已经发 表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：何 珏 日期： 2007 年 1 月 24 日 上海交通大学硕士学位论文 74 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 上海交通大学 学位论文版权使用授权书
16、 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上 海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密保密，在 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名：何 珏 指导教师签名：王伟 日期：2007 年 1 月 24 日 日期：2007 年 1 月 24 日 上海交通大学硕士学位论文 1 第一章 绪论第一章 绪论 1.1 引言1.1 引言 人类已经进入了信息时代，Internet 己经成为现代社会重要的基础信息设 施之一，是信息流通的重要渠道。地球即将披上一层“电子皮肤” ，地球使用 Internet 传送它的“感觉” ，数以百万计的智能温度传感器、压力传感器、大气 污染传感器、智能摄像机、
