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1、 基于单片机的TCP/IP技术研究及应用摘 要今天，嵌入式Internet的应用己经深入到日常生活的各个方面。研究嵌入式TCP/IP协议在内部资源有限微处理器上的实现，具有重要的现实意义和经济价值。论文首先介绍了嵌入式系统的组成及对嵌入式Internet产生。通过对现有的嵌入Internet及比较了目前几种单片机接入Internet实现方案的前提下，应用了一种基于单片自身特点的具体的解决方案：嵌入式TCP/IP协议。通过对TCP/IP网络协议的深入分析，对TCP/IP协议进行合理的简化，将其嵌入到内部资源有限的微处理器中，实现以电子邮件方式进行远程数据传输。关键字：嵌入式；TCP/IP；单片机
2、ABSTRACT Today, embedded Internet application already deeply into all aspects of daily life. Research embedded TCP/IP protocol internal resources are limited in the realization of the microprocessor, have important practical significance and economic value. It firstly introduces the embedded system
3、composition and for embedded Internet generation. Based on the existing embedded Internet and compared several recent microcontroller access Internet, under the precondition of realizing scheme used a based on single chip the characteristics of its own specific solution: embedded TCP/IP protocol. Ba
4、sed on TCP/IP network protocol, the in-depth analysis of TCP/IP protocol, reasonable simplified embedded in its limited resources to the interior, so as to realize microprocessor by E-mail remote data transmission. Key words:41摘 要IIABSTRACTIII第1章 引 言31.1 论文选题的背景及意义31.2 本文主要工作3第2章 嵌入式INTERNET系统组成52.1
5、 嵌入式系统概述52.1.1 嵌入式系统的概念机特点52.1.2 嵌入式系统的组成52.1.3嵌入式操作系统62.2 嵌入式Internet72.2.1 嵌入式Internet概念及特点72.2.2 单片机接入Internet方案8第3章 网络协议103.1 TCP/IP分层模型103.2 数据封装113.3 数据帧分用123.4 协议层简介133.4.1 网际层协议133.4.1.1 IP地址分配143.4.1.2 地址解析协议153.4.1.4 ICMP协议163.4.2 传输控制协议163.4.2.1 TCP连接和释放163.4.2.2 用户数据报协议18第四章 系统总体设计194.1
6、硬件设计194.2 TCP/IP协议层选择及分析204.2.1 链路层协议选择及分析214.2.2 网络层协议选择及分析214.2.3 传输层协议选择及分析214.2.4 应用层协议选择22第五章 TCP/IP协议栈的实现245.1 ARP协议的实现245.1.1 ARP分组格式及数据结构245.1.2 ARP协议软件实现245.2 IP协议及其实现265.2.1 IP数据报格式275.2.2 IP软件实现275.3 ICMP报文协议的实现295.4 TCP协议的实现305.4.1 TCP的报文段305.4.2 TCP协议的实现315.4.2.1 运输控制块TCB315.4.2.2 处理传入数
7、据模块325.4.2.3 处理数据输出模块325.4.2.4 定时管理器345.5 SMTP协议的实现365.5.1 客户机与服务器之间的交互365.5.2 SMTP邮件协议的实现37结束语39致谢40参考文献41第1章 引 言1.1 论文选题的背景及意义嵌入式Internet是本世纪计算机世界的一项热门技术。目前，嵌入式系统已经成为我们生活的一部分，在家用电器、工业设备、医疗设备及汽车应用等领域的应用不断扩大。嵌入式设备的联网已经开始。但是，由于嵌入式系统资源有限，一些传统的Internet技术和设备无法直接应用。这种趋势使着嵌入式Internet技术的产生和迅速发展。嵌入式 Interne
8、t（简称EI, Embedded Internet）通常可以理解为把TCP/IP协议作为一种嵌入式的应用，从而实现嵌入式设备Internet的技术。近年来以单片机(Micro Computer Unit，MCU)为代表的嵌入式系统在工业探测系统、智能仪器、安防系统、智能家电和信息家电领域得到了广泛应用。如果嵌入式系统能够连接到Internet上，则用户可以方便、快捷、低廉地通过网络进行远程控制、监测和信息传送。Internet技术和嵌入式技术的相互融合，不仅为嵌入式系统的设计和开发带来了前所未有的发展空间和机遇，也使得Internet应用进入了嵌入式Internet时代。据专家预测，未来在In
9、ternet上的新增业务和应用中，将有45%的增长来自于小型嵌入式系统。因此，嵌入式系统的Internet接入技术，将会有极其广阔的应用前景。如何利用单片机接入Internet网络成为未来最热门的技术之一。鉴于8/16位单片机大量存在于嵌入式领域，在单片机上实现TCP/IP协议时嵌入式Internet的关键技术之一。本文在这样的背景下，试图开展一些的研究。1.2 本文主要工作 本文主要工作是将TCP/IP协议嵌入低档单片机中。通过89C51系列单片机和网卡芯片RTL8019AS在单片机上实现Internet接入，在对TCP/IP协议深入分析的基础上，对TCP/IP协议栈进行合理的简化后嵌入到单
10、片机中。具体的工作有：1. 将TCP/IP协议嵌入低档单片机的硬件系统的设计和实现。2. 对TCP/IP协议栈进行研究，并分析各协议，完成软件结构的总体设计。3. 对我们需要的协议进行必要的精简和修改，以达到软件的实现。课题的难点在于要对TCP/IP协议熟悉，要对其有较为全面和深入的研究，由于低档单片机资源有限，就必须根据需求对TCP/IP协议进行精简，而不能完整的实现TCP/IP协议。第2章 嵌入式Internet系统组成2.1 嵌入式系统概述2.1.1 嵌入式系统的概念机特点基于IEEE的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置”。这主要是从应用上加以定义的，从中可
11、以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体。不过，这个定义还不能充分体现嵌入式系统的精髓。目前，国内普遍认同的一个定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，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。 可以从以下几个方面理解嵌入式系统的定义。嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必须与具体应用相结合才会具有生命力、才更具有优势。 嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术以及各个行业的具体应用相结合的产物。嵌入式系统必须根据应用需求能够对软硬件惊醒裁剪，满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。从嵌入式定义可以看出嵌入式系统几个重要特征。
12、1. 系统内核小。2. 专用性强。3. 系统精简。4. 高实时性。2.1.2 嵌入式系统的组成一个嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成，如2-1所示。.嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心，由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层组成。执行装置也被称为被控对象，它可以接受嵌入式计算机系统发出的命令，执行规定的操作或任务。嵌入式系统在功能及实现上都有很严格的限制，必须考虑实时性、体积、功耗及散热等，同时要满足可靠性及安全性。嵌入式系统硬件层的核心是嵌入式微处理器。目前全世界嵌入式处理器的品种已经有1000多种，体系结构有30多个系列，其中主流的体系有ARM、PowerPC、x8
13、6、SH和MIPS等。 被控对象传感器2驱动器2传感器1驱动器1驱动器N驱动器N应用软件层系统软件层中间层 BSP/HAL 硬件抽象层/板极支持包嵌入式计算机系统 嵌入式微处理器硬件层实时操作系统（RTOS）应用程序文件系统任务管理图形用户接口人机交互接口D/AA/DI/O通用接口ROMSDRAM图2-1 嵌入式系统的典型组成2.1.3嵌入式操作系统 嵌入式操作系统（Embedded Operating System, EOS）是一种用途广泛的系统软件 ，以前主要用于工业控制和国防领域。EOS负责嵌入系统的全部软硬件资源的分配、任务调度，控制、协调并发活动。它必须体现其所在系统的特征，能够通过
14、装卸某些模块来达到系统所要求的功能。目前，已经有一些比较成功的EOS产品系列。随着Internet技术的发展、信息家电的普及应用及EOS的微型化和专业化，EOS开始从单一的功能向高专业的功能方向发展。嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固话以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。EOS是相对于一般操作系统而言的，它具备了一般操作系统最基本的功能，如任务调度、同步机制、中断处理、文件处理等外，还有如下特点：1. 可装卸性。开放性、可伸缩性的体系结构。2. 强实时性。EOS实时性一般较强，可用于各种设备控制中。3. 操作方便、简单、提供友好的图形GUI、图形界面。4. 统一的接口。提供各种设备驱动接口。5. 提供强大的网络功能，支TCP/IP协议及其他协议，提供IP/TCP/UDP/PPP协议支持及统一的MAC访问层接口，为各种移动计算设备预留接口。6. 强稳定性、弱交互性。固化代码。7. 更好的硬件适应性，也就是良好的移植性。2.2 嵌入式Internet2.2.1 嵌入式Internet概念及特点嵌入式Internet(Embedded Internet)起源于把嵌入式系统与
