【正文】 網(wǎng)絡(luò)接口。因此和普通的建筑相比，智能建筑不僅具有居住的功能，還在結(jié)構(gòu)上由單一居住逐漸轉(zhuǎn)換成現(xiàn)代智慧的工具。 在設(shè)計的過程中實現(xiàn)了以下三點功能：第一點，實現(xiàn)了使用STM32 芯片來設(shè)計網(wǎng)關(guān)電路；第二點，實現(xiàn)了網(wǎng)關(guān)具有以太網(wǎng)接口和 RS232 接口；第三點，在設(shè)計軟件的過程中，實現(xiàn)了以太網(wǎng) TCP 協(xié)議到串行數(shù)據(jù)協(xié)議的轉(zhuǎn)換傳輸。本人授權(quán) 天津城建大學(xué)可以 將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本論文。 基于 STM32 的智能建筑以太網(wǎng)與 RS232 數(shù)據(jù) 傳輸網(wǎng)關(guān)的設(shè)計 Design of Ether and RS232 Data Transmission Gateway Based on STM32 學(xué)生姓名： Xxx 學(xué)生學(xué)號： Xxx 專業(yè)名稱： 建筑電氣與智能化 指導(dǎo)教師： Xxx 控制與機械工程學(xué)院 20xx 年 6 月 18 日獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的 畢業(yè)設(shè)計（ 論文 ） 是本人在 指導(dǎo)教師 指導(dǎo)下進行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加以 引用 標(biāo)注之處外，論文中 不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果， 沒有偽造數(shù)據(jù)的行為 。 （保密的 畢業(yè)設(shè)計（ 論文 ） 在解密后適用本授 權(quán)說明） 畢業(yè)設(shè)計（ 論文 ） 作者簽名： 指導(dǎo)教師 簽名： 簽字日期： 年 月 日 簽字日期： 年 月 日 摘 要 根據(jù) RS232 與以太網(wǎng)的特點，為了實現(xiàn)以太網(wǎng)與 RS232 數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)關(guān)的設(shè)計，提出一種基于 STM32 微控制器的數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)換接口器的設(shè)計方法。 關(guān)鍵字 ： STM32F107； 以太網(wǎng) ； RS232； 數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)關(guān) ； ABSTRACT According to the characteristics of RS232 and Ether, gateways for Ether and RS232 data transmission design, proposed a STM32 microcontrollerbased design method of data conversion interface. Super STM32F107 controller function into full play, and using general purpose input/output port, clock, interrupt controller and Ether, while accessibility and design principles, and detail is given the appropriate hardware. Gateway design software has a modular design, each corresponding modules should be made an independent function, so that when more time, use main program and interrupt service routines for data transmission software. In the design process to achieve the following three functions: 1th , realized using the STM32 chip circuit design gateway。智能建筑可以提供內(nèi)部和外部的信息交換和數(shù)據(jù)傳輸，幫助人們與建筑內(nèi)部設(shè)備互動，從而有效地安排時間，通過智能 建筑建立一個強大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)把家庭設(shè)備的各項信息綜合在一個平臺上。具有不同的傳輸速率，不同的傳輸方向。 課題設(shè)計要求 為了使網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸更加的高效實用，論文的要求是實現(xiàn)利用 功能強大的 STM32系列芯片設(shè)計網(wǎng)關(guān)電路。因為設(shè)計就是為了不斷的創(chuàng)新，不斷的優(yōu)化陳舊的東西，而讓原有的設(shè)計能夠在實現(xiàn)同樣的效果的前提下，使設(shè)計的成本和時間都能大大的降低，從而達到最好的效率。通過對以上四個模塊的實現(xiàn)來最終完成數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)關(guān)的設(shè)計。所以最后需要運用 ssv20（串口調(diào)試程序）和 TCPtester 來進行模擬的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)關(guān)的設(shè)計，只有不斷的調(diào)試和修改，才能最終使得我們的設(shè)計符合最終的設(shè)計要求。具體的不同如下： 系列 ： 不僅擁有以太網(wǎng)接口 ， 還有 crypto/hash 模塊和 SDIO 模式的音頻模塊，同時還有一個時鐘頻率 120MHz和 2 個 USBOTGFS 接口。 系列：它的 有一個功能是和 F2 系列的芯片是一致的， 那就是最新微型功能模塊。除此之外， STM32F107 微控制器 是一種可以 支持 的介質(zhì)訪問控制器， 主要通信的范圍是以太局域網(wǎng)，通過 一個 具有 標(biāo)準(zhǔn)的介質(zhì)無關(guān)端口（ MII）或者是精簡的介質(zhì)無關(guān)端口（ RMII） 。相信一定能對工業(yè)市場的開發(fā)上做出一定的貢獻。 STM32F107 芯片 結(jié)構(gòu) STM32F107 芯片運用的是 性能 高 的 ARM CortexM3 32 位的精簡 型計算機內(nèi)核，一般來說 工作頻率 在 72MHz， 芯 片內(nèi) 部有一個 256k的 Flash和一個 64kb 的 Sram，這個 JTAG接口 并不是 15pin 的，而是一個 20pin 的標(biāo)準(zhǔn) JTAG 接口，除此之外，還有一些重要的接口，例如： 以太網(wǎng) 接口 、 USB Host 接口 、 USB OTG 接口 、 兩路 CAN 接口 。所以是低成本的網(wǎng)絡(luò)化，還有精確的時鐘同步。 啟動模式 非常的靈活 ，可以 向很多的設(shè)備提供啟動的服務(wù)，例如 CAN、 USART和 USB 等 設(shè)備 ，完全可以為這些設(shè)備的固件升級提供啟動。正是因為 這個原因， 因此在運行的過程中 ，甚至 在 待機 的狀態(tài) 時 都 會裁減應(yīng)用系統(tǒng)，可以 使 性能和功耗 能長期的保持在 一個 相對 平衡 的狀態(tài) ，電池可以 為 RTC 的運行 提供充足的電能 ，同時 可以在 84字節(jié)后備寄存器中保持應(yīng)用程序關(guān)鍵數(shù)據(jù)。 第三章 網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計 6 第三章 網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計 總體框架設(shè)計 為了能夠極大地提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，也為了能夠最大化地縮短開發(fā)時間和節(jié)約開發(fā)所花費的費用，在系統(tǒng)硬件的設(shè)計選型時， 能選取一種既具有以太網(wǎng)接口，又具有 RS232 接口的芯片當(dāng)然是最好的結(jié)果了。因此，為了實現(xiàn)項目的開發(fā)要求，選用控制系統(tǒng)開發(fā)芯片 STM32f107 作為系統(tǒng)控制主芯片，它不僅廣泛地用于工業(yè)方面，而且自身功能非常的強大。正是因為它的配置齊全，所以它的優(yōu)點就是低功耗，低成本和高性能等等。所以必須對以上各個模塊進行嚴謹?shù)脑O(shè)計，才能使數(shù)據(jù)能夠順利的傳輸。當(dāng)我們直接把適配器的一端插在 220v 的插座上，一端接在 STM32F107 芯片 的 J6 上時，就能對 STM32 芯片 提供 5v 的電壓了。 JTAG 有 14 針的接口和 20 針的接口，在本次設(shè)計當(dāng)中，我們采用的是 20 針的接口來進行調(diào)試電路和下載程序。對于這個設(shè)計而言，必須在芯片和以太網(wǎng)間加一個物理層的接口芯片才能完成連接，因此我們選取一個能支持 MII（介質(zhì)無關(guān)接口）和 RMII（精簡的介質(zhì)無關(guān)接口）的 DP83848C 芯片，這是一款功能齊全，功耗低的單路物理層器件，它所具有的 MII 和 RMII 接口，可以讓我們的設(shè)計變得更加的簡單。因此，在這次設(shè)計中，我們采用的是 SP3232芯片來完成電平的轉(zhuǎn)換工作。 為了符合 減少處理器和存儲器的 設(shè)計要求， LWIP 可以利用 不需要任何拷貝的 API 進行裁減。他們?nèi)?個都是 都是由 IP 層調(diào)用的。 所以，在需要接收 IP包的時候，我們需要先調(diào)用 ip_input（）函數(shù)，然后，函數(shù)再通過網(wǎng)絡(luò)接口的 IP 地址去檢驗?zāi)康牡刂?，以確保數(shù)據(jù)包是否被發(fā)往主機。 然而兩者的區(qū)別在： TCP 協(xié)議提供的主要是 面向連接和可靠的字節(jié)流型服務(wù)， 當(dāng)用戶需要和客服端進行數(shù)據(jù)交換之前 ，我們 就需要提前在雙方之間建立一個所謂的 TCP 連接 ，這樣才能進行下一步的數(shù)據(jù)傳輸。通過以上兩者的比較，我們根據(jù)可靠性的要求，這個設(shè)計需要選取的是 TCP 傳輸協(xié)議。在所分配的內(nèi)存堆中， 有一部分是用來存放分配器管理的私有數(shù)據(jù)的，其大小大約是 12 個字節(jié)，這個部分 是不 能被修改的，即使是用戶也不能 ，不然就會 出現(xiàn)非常致命的錯誤 。但是它的缺點也是非常明顯的，同時也是不容忽略的，當(dāng)在頻繁的分配或者是 釋放 的 過程中， 很有 可能 產(chǎn)生一些小小的碎片，這些小的碎片在內(nèi)存中是沒用的，所以理論上來說，碎片的量當(dāng)然是越少越好。 當(dāng) Mem_malloc（） 函數(shù)對 內(nèi)存 進行分配的時候，它會把所有它所用到的字節(jié)數(shù)作為數(shù)據(jù)傳遞 給該函數(shù)，而返回 來的數(shù)據(jù) 就會指 一個新的指針，且這個內(nèi)存是最新分配的 。 有一點是必須要說明的，那就是我們的內(nèi)存分配和釋放在中斷函數(shù)里面不能進行。 Mem_calloc（）實際上 就是對 mem_malloc（）函數(shù)的單一拼裝 ，與 mem_malloc（） 不 相同之處就是它能夠?qū)?動態(tài)分配內(nèi)存 的值進行 清零 處理 。 內(nèi)存池 在進行初始化的時候 ，它的作用 是給不同的內(nèi)存設(shè)立一個 鏈表 memp_tab，此鏈表一般來說是逆序的，除此之外，它還具有統(tǒng)計功能，可以記錄各樣內(nèi)存池地 數(shù)目。 為內(nèi)部函數(shù)的回調(diào)提供特殊的 接口， 主要是為了加強 應(yīng)用程序 的 功能 ?？梢悦黠@的看出，這是一個 4 位的字段，對于 IPv4 來說，該數(shù)值為 4；同理，對于 IPv6，該數(shù)值就是 6了。 16位的總長度字段可以用來總結(jié)全部的 IP 數(shù)據(jù)報，同時也包括 了 IP 數(shù)據(jù)報頭的總字節(jié)數(shù)。而 3位標(biāo)識和 13 位片偏移字段都是在 IP 數(shù)據(jù)包的分片時會運 用。16位首部校驗和只會針對該 IP 的首部做檢驗，對于其內(nèi)部數(shù)據(jù)在傳輸過程中是否會出錯，它并不是很在乎，數(shù)據(jù)的校 驗工作，一般來說是由上層協(xié)議負責(zé)的，例如： ICMP、UDP、 IGMP、 TCP 等協(xié)議都需要計算他們的頭部和整個數(shù)據(jù)區(qū)的長度。同樣，如果是帶有 ip 選項的包，也會由指定的代理去處理，最終的結(jié)果也是被丟掉。假如需要接收的數(shù)據(jù)包是通第四章 軟件介紹 16 過主機指定好的包，那么必須由 protocol 域來判定該包應(yīng)該被傳給哪個更高層的協(xié)議。最后， IP 包的源和目的地址就會被當(dāng)作一個變量，最終也會被傳送到ip_output_if（）函數(shù)那里。假如所要求的目的地址和掩碼的接口 IP 地址相同，就完全可以選擇這個接口。 由于 TCP 在計算運輸層校驗和的時候需要知道目的的 IP 地址，所以我們必須保證外發(fā)網(wǎng)絡(luò)接口在已經(jīng)確定的情況下，才能將數(shù)據(jù)包傳遞給 IP 層。 TCP 服務(wù)器的設(shè)計和實現(xiàn) TCP 協(xié)議的特點 TCP 協(xié)議 的中文名字 為傳輸控制協(xié)議，它是 以 IP數(shù)據(jù)幀 為基礎(chǔ) 而 進行傳遞的，能供應(yīng)穩(wěn)定的 數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中，是可以同時進行接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的，在 TCP 報頭里面，不僅包含著傳出的數(shù)據(jù)，而且還有確認輸入數(shù)據(jù)的序列號。 TCP 在傳輸?shù)倪^程中，并不會知道它所傳輸?shù)淖止?jié)是什么內(nèi)容，也不會知道傳輸?shù)钠鹗嘉恢?，它只能通過應(yīng)用層的協(xié)議來對字流節(jié)的數(shù)據(jù)進行分析。 ： 如果我們的 TCP 連接 一旦成立以后，兩方就會對彼此能傳遞的最大值進行互換，假設(shè) 收到 的是 ICMP 的“路徑最大傳輸單位”值 ，就可以自動的調(diào)整TCP 的大小了。以下就是 TCP 協(xié)議的首部結(jié)構(gòu)圖： 圖 42 TCP 協(xié)議的首部結(jié)構(gòu) 第四章 軟件介紹 18 上圖是 TCP 的首部結(jié)構(gòu)圖，一般來說，假如不要求任選字節(jié)的話，它的長度應(yīng)該在 20字節(jié)，這樣一來，可見 TCP 協(xié)議與 IP 協(xié)議的首部大小是一樣的。其實，它們對確定一個 TCP 的連接也起到了至關(guān)重要的作用，當(dāng)他 們兩個的數(shù)值組合 IP 首部的源 IP地址和目的 IP 地址，就會確定一個獨一無二的 TCP 連接了。 由圖 中列舉的 6個標(biāo)志比特可以知道，它們的用法依次分別是：第一個是緊急指針的有效標(biāo)識；第二個是確認序號的有效標(biāo)識；第三個表示的是接收端應(yīng)該快速的把報文段發(fā)送給應(yīng)用層；第四個是重新建立連接；第五個表示的是一個同步的序號，在建立連接的時候需要用它來發(fā)起連接；第六個表示發(fā)送端已經(jīng)完成了發(fā)送的任務(wù)。緊急指針是一個正的