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1、河南科技大学硕士学位论文基于C/OS-的嵌入式TCP/IP协议栈的应用研究姓名：黄伟申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：刁海南摘 要 I 论文题目论文题目基于C/OS-II 的嵌入式 TCP/IP 协议栈的应用研究 专专 业业计算机应用技术 研研 究究 生生黄 伟 指导教师指导教师刁海南 摘 要摘 要 嵌入式系统的 Internet 网络化的研究是近几年来嵌入式应用领域的一个研究热点嵌入式系统与人们的生产生活密切相关并拥有无尽的信息资源通过嵌入式系统 Internet 网络化可以实现这些信息的共享在嵌入式系统中实现TCP/IP 协议栈以支持嵌入式设备接入网络具有重要价值 本论文首先
2、分析了嵌入式操作系统 C/OS-II 内核C/OS-II 以其源码公开面向中小型应用可抢占多任务以及较好的移植性等突出特点在各类嵌入式设备中得到广泛应用然而 C/OS-II 内核不支持 TCP/IP 协议栈无法适应嵌入式设备网络化的需要 其次深入研究了 TCP/IP 协议的实现机制针对嵌入式应用的特点和要求提出了一种基于平台无关性的嵌入式 TCP/IP 协议栈的实现方案本方案提出了零拷贝的存储管理方法网络层协议优化设计以及适合嵌入式应用的TCP 状态机优化方法和改进的确认和重传机制通过测试及性能分析该协议栈是一个符合 TCP/IP 协议规范高性能低开销可移植的小型协议栈 最后将该嵌入式 TCP
3、/IP 协议栈移植到 C/OS-II 上使该操作系统可以支持网络功能 本论文的工作为嵌入式 TCP/IP 协议栈的设计引入了新思路具有一定的指导作用 关关 键键 词词嵌入式系统InternetC/OS-II嵌入式 TCP/IP 论文类型论文类型应用研究 河南科技大学硕士学位论文 II Subject:Application Research of Embedded TCP/IP Protocol Stack Based on C/OS-II Specialty:The Technology of Computer Application Name: Huang Wei Supervisor:
4、Diao Hai-nan ABSTRACT In recent years, research on connecting embedded system with Internet has become one of the focuses in application of embedded system. Embedded system is closed to production and life of human being and it owns unlimited information resources. The information can be shared thro
5、ugh embedded system with Internet. It is importance that implementing TCP/IP protocol stack in embedded system, which can support embedded devices accessing Internet. At the first, this paper analysises the embedded operating system C/OS-II. C/OS-II has several outstanding strongpoint such as free s
6、ource code, oriented small or middle scale application, preemptive kernel, multitask and preferable portability. It has been used in all kinds of embedded system. However, because the kernel of C/OS-II does not integrate with TCP/IP protocol stack, it can not make the embedded devices access the Int
7、ernet. Then, the paper researches deeply on principle of TCP/IP protocol. Aim at request of embedded application, presenting the strategy of embedded TCP/IP protocol stack which is independent of any system. This strategy brings forward “Nil-Copy” memorizer management method, optimizes IP design, pr
8、esents the method of TCP status machine on embedded system, certification and retransmission mechanism. After testing, the stack is an embedded protocol stack which accords with TCP/IP criterion, high performance, low spending and transplantable. Finally, realizing the protocol stack on C/OS-II, the
9、n the operating system can access the Internet. The paper introduces a new way for designing embedded protocol stack, it has some guidance. 摘 要 III KEY WORDSEmbedded System, Internet, C/OS-II, Embedded TCP/IP Protocol Stack Dissertation Type: Application Research 第 1 章 绪论 1 第1章 绪论 第1章 绪论 1.1 嵌入式系统概述
10、嵌入式系统概述 随着现代计算机技术的飞速发展和互联网技术的广泛应用嵌入式系统开发成为近年 IT 行业的技术热点PC 时代逐步过渡到了以个人数字助理手持个人电脑和信息家电为代表的 3CComputerCommunicationConsumer一体的后PC 时代在后 PC 时代里嵌入式系统广泛应用于移动计算平台信息家电无线通信设备工业和商业控制电子商务平台甚至军事应用等诸多领域1,2嵌入式系统一般定义为以应用为中心以计算机技术为基础软件硬件可裁剪适应应用系统对功能可靠性成本体积功耗严格要求的专用计算机系统3IEEE国际电气电子工程师协会将嵌入式系统定义为用于控制监视或者辅助操作机器和设备的装置 嵌
11、入式系统具有三个显著的特点4,5 嵌入性由于嵌入式系统是嵌入到对象系统中的必须满足对象系统的环境要求如物理环境电气环境成本等要求 专用性对软硬件进行裁剪性使其满足对象要求的最小软硬件配置 计算机系统嵌入式系统必须是能满足对象系统控制要求的计算机系统 1.2 嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统的发展趋势 嵌入式系统的出现至今己经有 30 多年的历史了纵观嵌入式技术的发展大致经历了以下 4 个阶段6 第一阶段是无操作系统的嵌入算法阶段是以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统同时具有与监测伺服指示设备相配合的功能这一阶段系统的主要特点是系统结构和功能都相对单一处理效率较低存储容量较小几乎没有用户接口由于
12、这种嵌入式系统使用简便价格很低以前在国内工业领域应用较为普遍但是己经远远不能适应高效的需要大容量存储介质的现代化工业控制和新兴的信息家电等领域的需求 第二阶段是以嵌入式 CPU 为基础以简单操作系统为核心的嵌入式系统这一阶段系统的主要特点是CPU 种类繁多通用性比较弱系统开销小效率高操作系统具有一定的兼容性和扩展性应用软件较专业用户界面不够友河南科技大学硕士学位论文 2 好系统主要用来控制系统负载以及监控应用程序运行 第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统这一阶段系统的主要特点是嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上兼容性好操作系统内核小效率高并且具有高度的模块化和扩展性具备文件
13、和目录管理设备支持多任务网络支持图形窗口以及用户界面等功能具有大量的应用程序接口API开发应用程序简单嵌入式应用软件丰富 第四阶段是以基于 Internet 为标志的嵌入式系统这是一个正在迅速发展的阶段目前大多数嵌入式系统还孤立于 Internet 之外但随着 Internet 的发展以及 Internet 技术与信息家电工业控制技术等结合日益密切嵌入式设备与Internet 的结合将代表着嵌入式技术的真正未来 1.3 嵌入式网络互联的现状嵌入式网络互联的现状 在 Internet 日益发展的今天嵌入式设备与 Internet 的结合是嵌入式技术发展的大势所趋随着 IPv6 的应用任何设备都可
14、能获得一个全球唯一的 IP 地址通过 IP 地址和互联网相连成为一个网络设备对于以单片机应用系统为中心的中小型嵌入式设备如何实现网络化实现方便的与计算机网络的信息交流已成为当今电子世界中的热门话题 目前国内外的嵌入式系统接入 Internet 主要有以下几种方式7 MCU 加 TCP/IP 协议方式 此种方式一般需 MCU 像 PC 机一样直接处理 TCP/IP 协议一般需要高档的处理器如 32 位的 ARMSH3MIPS 等 MCU 和一些单周期指令速度较高的 8位 MCU 如 AVRSX 等 MCU 加专用的 TCP/IP 协议芯片或模块 该方案的软硬件设计相对简单对 MCU 的硬件资源需
15、求也较低只需内嵌TCP/IP 协议的芯片即可实现 Internet 互联 MCU 加上支持 Internet 的 RTOS RTOSReal Time Operating System实时操作系统是运行在嵌入式平台上的一种操作系统具有内核小高度的模块化较完备的文件目录管理多任务图形窗口以及用户界面的功能该方案通过 RTOS 自身内核或是附加网络组件提供对 TCP/IP 协议的支持 采用专用嵌入式网络协议 该 方 案 最 具 有 代 表 性 的 如 EmWare 公 司 的 EMITEmbedded Micro Internetworking Technology由 EmNet 和 EmGateway 两部分组成EmNet 协议第 1 章 绪论 3 运行在 MCU 内部是为嵌入式系统和其他网络进行连接的网络协议同时EmNet 使得集成 EmMicro 的嵌入式系统能够和嵌入式微控制器网关 EmGateway进行有效的通信嵌入式微控制器网关运行在计算机TV 机顶盒或专用的家用电器服务器中它是设备网络和 Internet 之间连接的桥梁8-12 1.4 嵌入式嵌入式 TCP/IP 协议的提出协议的提出 在嵌入式 Int
