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1、本科毕业论文（设计）题目基于ARM9嵌入式网关研究作者*学院电气与信息工程专业电子信息工程学号指导教师二一二 年 四 月 十五 日摘 要近些年来，以太网/英特网以及其他的网络逐渐被广泛的应用到通讯和自动化技术中。作为代表的TCP/IP网络传输通讯协议，其高度成熟的开放网络通讯技术正逐渐渗透到不同的自动化系统中，用以连接和控制其他的装置。通常也采用其他工业控制和通讯的嵌入式协议。然而如何实现嵌入式设备的远程控制和数据的远程传送成了重要的问题。基于此问题，我们设计了一种在网络层以上的协议转换器，即网关，它能实现网络层不同协议的转换，从而实现嵌入式设备的远程控制和数据的远程传送。在设计上，我们选用3
2、2位ARM9处理器S3C2410芯片作为内核中央处理器和RTL8019AS网络接口芯片来开发嵌入式网关并且需要运行在嵌入式系统上。开发所涉及的工作包括嵌入式操作系统的BootLoader探索、内核的接口和裁剪、文件系统和驱动配置以及网络程序来解决TCP/IP的通讯等。这其中内核的剪裁和网络程序完全由作者自己设计开发。具体上，研究采用由ARM公司的合作伙伴生产的S3C2410芯片作为整个设计的硬件开发平台，采用Linux嵌入式操作系统作为软件开发平台。经过裁剪后的内核具有体积小和实时性高的特点。最后通过系统测试完成网络接口的通信，这样一个嵌入式设备通过网关接入英特网的解决方案得以实现。文中首先就
3、嵌入式网关的探索和发展作了一个明确的介绍。然后分析嵌入式网关的技术需求，为解决嵌入式设备接入以太网提出解决方案。最后对本文的设计进行了详细介绍，包括整体结构的设计、硬件及设计平台、嵌入式网络程序、操作系统内核的定制，同样还有系统的接口。其中网络程序和系统接口是整个设计的核心。关键词：嵌入式网关；Linux操作系统；TCP/IP协议AbstractIn recent years，Ethernet/Internet and other network is applied gradually and widely in the domain of communications and automa
4、tion. Repressed by TCP/IP network transmission communication protocol, the open network communication technology and controlling the equipments. While it is usually adopts other protocol of the embedded device of industrial control and communication. How to achieve the remote control for the embedde
5、d device and remote transition for the data has become an urgent problem. To solve this problem, we designed a converter, we named it Gateway, who worked in network layer and can realize to convert the different agreement in network layer. On this account, we can achieve the remote control for the e
6、mbedded device and remote transition for the data. A scheme is proposed on this factual significant in this paper. In this paper, the definition, significant of research and trend of development of the Embedded Gateway is introduced, firstly. Then a solution is brought forward and achieved for an em
7、bedded device access to Ethernet based on the analysis for the technical requirements of Embedded Gateway. The following contents are detailed introduced in paper, including the overall design framework, the hardware and the design platform, Embedded Network Programming, Operating System kernel revi
8、sion, as well as the porting of the Operating System. The network Programming and the porting of the Operating System is the focus of the entire design. In the design, 32-bit ARM9 processor S3C2410 as the kernel chip and RTL8019AS as the network interface chip are selected to exploit Embedded Gatewa
9、y, and it needs to be run on the Embedded Operating System. The design includes Boot Loader of Embedded Operating System, the tailor and porting of kernel, file system and the configuration of the driver, the program on the networks to finish the program of communications on the TCP/IP protocol appl
10、ication layer, and so on. Among them, the tailor of kernel and program of communication on the TCP/IP protocol application layer are designed by author. In specific implementation, it adopts S3C2410 which is produced by Friendly ARM of the company as a whole design of hardware development platform,
11、and the software platform is the Embedded Linux Operating System. The characteristic of small size and real-time high is achieved by cutting the Linux kernel. Finally, communications of network interface are achieved by system debugging, and a solution for embedded devices connect to the Internet is
12、 provided.Key Words：Embedded Gateway; Linux Operating System; TCP/IP Protocol目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 嵌入式系统及其发展趋势21.1.1 嵌入式系统概述21.1.2 嵌入式设备接入以太网的意义21.1.3 嵌入式网络的现状及发展趋势31.2 论文的目的及完成的主要工作41.3 本章小结5第二章 嵌入式网关系统及硬件电路的总体设计72.1 嵌入式网关系统的功能简介及工作原理72.1.1 系统的功能简介72.1.2 嵌入式网关的工作原理72.2 嵌入式网关设计的总体框架72.3 硬件部分的设
13、计82.3.1 嵌入式网关的硬件开发平台82.3.2 微控芯片CPU92.3.3 存储系统102.3.4 串口部分102.3.5 JTAG调试接口102.3.6 以太网接口102.4 本章小结11第三章 嵌入式网关软件设计113.1 TCP/1P协议133.1.1 TCP/IP协议的结构133.1.2 TCP/IP协议族及其实现机制133.2 嵌入式网关系统设计的软件框架143.3 Linux下的网络编程143.3.1 进程间通信153.3.2 客户服务器模型163.3.3 Socket概述173.3.4 socket网络编程的原理和基本函数173.4 网络程序的编写与编译183.5 本章小结
14、20第四章 操作系统的移植214.1 嵌入式Linux及其内核简介214.2.1 交叉编译环境的建立234.2.2 系统引导程序BootLoader234.3 Linux操作系统的移植过程234.3.1 内核的配置和编译244.3.2 配置NFS文件系统254.4 本章小结26第五章 嵌入式网关系统的调试275.1 嵌入式网关系统的开发流程275.2 调试过程275.2.1 系统启动测试275.2.2 Linux下网口通信的测试285.3 本章小结29结 论30参考文献31致 谢32附录A：部分程序清单33第一章 绪论随着信息技术的发展，嵌入式系统渗透于生活中的各个领域，嵌入式计算机在应用数量
15、上远远超过了各种通用计算机。一台通用计算机的外部设备中就包含了6-10个嵌入式微处理器，键盘、鼠标、软驱、硬盘、显卡、显示器、网卡、声卡、打印机、扫描仪、数码相机等均是由嵌入式处理器控制的。在制造工业、过程控制、通信、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航空、军事装备、消费类产品等方面都是嵌入式计算机的应用领域。在不同领域，这些嵌入式系统往往组成一个个独立的嵌入式网络，随着Internet网的不断普及，将各种嵌入式网络接入Internet变得越来越必要。回顾整个网络的发展历程，从巨型机时代网络的开始，到PC时代开放式互联网络的出现，一个必然的趋势是嵌入式设备的网络化。本来的网络会更进一步发展，连接到网络上的不仅仅是PC、PDA这样的个人数据处理设备，还会有大量的控制类设备连接到网络上。包括各种各样的环境和安全控制装置、家用电气设备、商用设备、工业设备等等。它们连接到网络上实现协调管理将是未来网络设备的发展趋势。一套新设计的智能化住宅中，估计连接到网络上的PC机数量为1-4台，而连接到网络上的其他电
