【正文】 機(jī)應(yīng)用技術(shù)的成熟，工業(yè)控制系統(tǒng)逐步向網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制方向發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)在遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用前景。這兩種芯片的選用，主要是為精簡(jiǎn) TCP/PI 協(xié)議棧的嵌入提供條件，同時(shí)保證擁有較大的數(shù)據(jù)處理空間。其次是該硬件平臺(tái)上實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的建立，這包含兩部分任務(wù)，一是 ARM 上實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，闡述一下實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μ COSⅡ在 ARM處理器上的實(shí)現(xiàn)過程。 10 方案一 對(duì)嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了其遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用。 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸過程 當(dāng)一個(gè)以太網(wǎng)站點(diǎn)的信息幀被發(fā)送到共享的信號(hào)信道或介質(zhì)時(shí)，所有與信道相連的以太網(wǎng)接口都讀入該幀，并且查看該幀的第一個(gè) 48 比特地址字段，其中包含有目的地址。數(shù)據(jù)段為 461500 字節(jié)。 9 以太網(wǎng)幀格式 各種通訊協(xié)議都有自己的報(bào)文格式， TCP/IP 也不例外，它也有自己?jiǎn)为?dú)的報(bào)文格式。為防止 ICMP 的無限產(chǎn)生和傳送， ICMP 差錯(cuò)報(bào)文不會(huì)產(chǎn)生 ICMP 報(bào)文。自然地為保證數(shù)據(jù)的送達(dá)應(yīng)該由其它模塊來完成。 IP 協(xié)議進(jìn)行分段的原則就是一個(gè)較長(zhǎng)的 IP 分組經(jīng)過一個(gè) MTU值較小的物理網(wǎng)絡(luò)時(shí)，把長(zhǎng)分組分割成較小的分組進(jìn)行傳輸，這個(gè)過程稱為分片。 8 ④ 目標(biāo)主機(jī)接收到請(qǐng)求后，形成 ICMP 響應(yīng)。 ① 通信請(qǐng)求初始化時(shí)，得知目標(biāo) IP 地址為遠(yuǎn)程地址，源主機(jī)將在本地路由表中查找，如果沒有找到，將認(rèn)為是缺省網(wǎng)關(guān)的 IP 地址，在 ARP 緩存中查找符合網(wǎng)關(guān)記錄的 IP 地址。 ④ 當(dāng)目標(biāo)主機(jī)斷定請(qǐng)求的 IP 地址自己相符時(shí)，會(huì)直接發(fā)送一個(gè) ARP 回復(fù)，將自己的硬件地址傳給源主機(jī)。 ① 當(dāng)一臺(tái)主機(jī)須要與另一臺(tái)主機(jī)通信時(shí)，初始化 ARP 請(qǐng)求。 (1) ARP 緩存 ARP 在緩存中保存地址映射以備用， ARP 緩存保存有動(dòng)態(tài)和靜態(tài)項(xiàng)。最高位置為 1111。高 3 位置為二進(jìn)制 110，允許 2097152 個(gè)網(wǎng)絡(luò)。最高位為 0，緊跟的 7 位表示網(wǎng)絡(luò)號(hào)，其余24 為表示主機(jī)號(hào)，總共允許有 126 個(gè)網(wǎng)絡(luò)。 IP地址的 4 個(gè)域分別標(biāo)明了網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)。在 IPv4 中使用的 IP 地址是 32 位的二進(jìn)制地址。 IP 地址有兩部分組成：網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)。所以，以太網(wǎng)的幀首部也有一個(gè) 16bit 的幀類型域這就是數(shù)據(jù)報(bào)文的封裝，應(yīng)用層數(shù)據(jù)是被逐層封裝，直到數(shù)據(jù)鏈路層。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的 物理特性是其長(zhǎng)度必須在 46B— 1500B 之間。其它的協(xié)議還有遠(yuǎn)程登錄、簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議、簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議等。 應(yīng)用層：負(fù)責(zé)對(duì)接收的數(shù)據(jù)提供解釋服務(wù)。 IP 協(xié)議就是層中傳送數(shù)據(jù)的機(jī)制。 4 2 相關(guān)技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù) TCP/IP的分層模型 TCP/IP 采用分層體系結(jié)構(gòu)，它與開放系統(tǒng)互聯(lián) OSI 模型的層次結(jié)構(gòu)相似。因此，基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)控制以太網(wǎng)網(wǎng)卡控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，嵌入 TCP/IP協(xié)議連接到互聯(lián)網(wǎng)，這些都具有深遠(yuǎn)的意義 [3]。 Inter 己成為社會(huì)重要的基礎(chǔ)信息設(shè)施之一，是信息流通的重要渠道，如果能夠?qū)⑶度胧较到y(tǒng)連接到因特網(wǎng)上，則可以在世界的任何角落控制各種嵌入式系統(tǒng)設(shè)備。 單片機(jī)已經(jīng)在家庭和工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，以 MCU 為核心，與一些監(jiān)測(cè)、伺服、指示設(shè)備配合實(shí)現(xiàn)一定的功能，通稱為嵌入式系統(tǒng)。另?yè)?jù)網(wǎng)絡(luò)專家預(yù)測(cè)， 將 來 在 Inter 上 傳 輸?shù)?2 信息中，將有 70%的信息來自于小型嵌入式系統(tǒng) 。 TCP/IP 協(xié)議可以通過調(diào)制解調(diào)器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)交換、狀態(tài)控制等功能，為嵌入式系統(tǒng)提供了更為靈活的控制、監(jiān)測(cè)方式。雖然應(yīng)用 TCP/IP 協(xié)議專用芯片能降低開發(fā)難度，但會(huì)增加系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，這種方法的開發(fā)成本也較高 [1]。嵌入式系統(tǒng)的 Inter 接入方式眾多，目前比較普遍的方式是處理機(jī)加 TCP/IP 協(xié)議，這種接入方式對(duì) TCP/1P 協(xié)議的處理有兩種方法。 關(guān)鍵詞 ： TCP/IP 協(xié)議棧； AT89C52；以太網(wǎng)通訊；嵌入式系統(tǒng) II Abstract With the maturity of work technology and application of singlechip, Industrial control system develops into a direction of remote control work gradually, embedded system has broad application prospects in the field of remote control. This design programme uses system resources and processing ability that 8 bit single tablets machine AT89C52 provides and 10 Mb/s NIC chip RTL8019AS with ISA interface to constitute the SCM Ether munications system, RJ45 can use this system to existing serial devices to quickly and easily access work. Using methods of experimental summary, check the data and simulation, solved basic theory problem of connecting embedded equipment and etheric work. This munication system can realize seamless integration between office automation and industrial automation, and functions of the instrument remote control and remote data terminal’s data munication, and can also achieve purpose of low cost, low power consumption and reliable connection work. Key words: TCP/IP protocol stack； AT89C52； Ether munication； Embedded system III 目 錄 1 引言 ............................................................ 1 課題背景及研究意義 ............................................... 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ................................................... 1 課題的設(shè)計(jì)目的 ................................................... 2 本文的研究?jī)?nèi)容 ................................................... 3 2 相關(guān)技術(shù) ......................................................... 4 網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù) ..................................................... 4 TCP/IP 的分層模型 ........................................... 4 TCP/IP 協(xié)議的封裝 ........................................... 5 網(wǎng)際層協(xié)議 ....................................................... 6 IP 地址分配 ................................................. 6 地址解析協(xié)議 ................................................ 7 IP 分片 /重組 ................................................ 8 ICMP 協(xié)議 ................................................... 8 以太網(wǎng)幀格式 ..................................................... 9 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸過程 ............................................... 9 ........................................................ 10 方案一 .......................................................... 10 方案二 .......................................................... 10 方案選取 ........................................................ 11 4 元器件分析 ...................................................... 12 AT89C52 單片機(jī)簡(jiǎn)介 ............................................... 12 RTL8019AS 簡(jiǎn)介 ................................................... 14 SRAM 62256 與 E2PROM 93C46........................................ 16 5 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) .................................................... 18 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) .................................................... 18 硬件電路設(shè)計(jì) .................................................... 18 單片機(jī)系統(tǒng)與外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì) ....................... 18 IV RTL8019AS 與程序存儲(chǔ)器的接口電路設(shè)計(jì) ....................... 19 以太網(wǎng)端口 RJ— 45 電路與網(wǎng)絡(luò)變壓器設(shè)計(jì) ...................... 20 6 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .................................................... 22 RTL8019AS 驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) ........................................... 22 RTL8019AS 的復(fù)位 ........................................... 22 RTL8019AS 的初始化 ......................................... 22 報(bào)文的發(fā)送 ................................................. 23 報(bào)文的接收 ................................................. 24 TCP/IP 協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn) .............................................. 25 地址解析協(xié)議 ARP 的是實(shí)現(xiàn) ................................... 25 網(wǎng)絡(luò)層 IP 協(xié)議的實(shí)現(xiàn) ........................................ 26 差錯(cuò)控制報(bào)文 ICMP 的實(shí)現(xiàn) .................................... 29 傳輸控制協(xié)議 TCP 的實(shí)現(xiàn) ..................................... 30 7 性能分析 ........................................................ 34 數(shù)據(jù)測(cè)試與仿真 .................................................. 34 性能分析 ........................................................ 36 8 總結(jié)與展望 ............................................................ 37 參考文獻(xiàn) ......................................................... 38 致謝 .......................