【正文】 PCB 連接（ tcp_pcb 結(jié)構(gòu)體類指針）分配合理的本地 IP 地址和端口號(hào)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，組幀的方法有 兩種： (1)一幀的數(shù)據(jù)到底有多大，我們可以用 RS232 的幀結(jié)束符來(lái)進(jìn)行劃分（一幀數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度一定是在規(guī)定范圍內(nèi)）。 軟件設(shè)計(jì) 為了能夠直觀的認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼麄€(gè)過(guò)程， 系統(tǒng)的設(shè)置和各個(gè)接口的初始化是必不可少的步驟，以下為 軟件設(shè)計(jì)的框圖： S T M 3 2 系 統(tǒng) 設(shè) 置 （ 時(shí)鐘 ， 以 太 網(wǎng) ，N V I C , G P I O ） 以 及S T M 3 2 1 0 C E V A L 資 源R S 2 3 2 串 口 的 初 始 化L W I P 協(xié) 議 的 初 始 化接 收 數(shù) 據(jù) 協(xié) 議 轉(zhuǎn) 換 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 圖 42 軟件設(shè)計(jì)框圖 由圖 42 可以知道以下各個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)： 的系統(tǒng)設(shè)置 主控芯片 STM32 的設(shè)置是利用函數(shù) system_setup（）來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具體來(lái)說(shuō)，完成對(duì)STM32 時(shí)鐘，鎖相環(huán)和 FLASH 的配置，啟用 USART2 時(shí)鐘和 ETHERNET 時(shí)鐘，設(shè)置需要用到的端口 GPIO_Configuration，嵌套中斷控制器 NVIC_Configuration，定時(shí)器Timer_Configruation。但是它也是會(huì)有局限性的，那就是不能進(jìn)行透?jìng)鞯?。在這樣的情況下，能不能克服數(shù)據(jù)傳輸中的丟幀現(xiàn)象，將是我們需要重點(diǎn)研究的對(duì)象。 /*****以下為 RS232 端口初始化 ******/ pcb = tcp_new()。當(dāng)返回值是 ERROK 時(shí)，說(shuō)明已經(jīng)正確地綁定了指定的連接；當(dāng)返回值是 ERRUSE 時(shí)，說(shuō)明我們之前所指定的端口號(hào)已經(jīng)被綁定了一個(gè)連接，與這次綁定產(chǎn)生了嚴(yán)重的沖突。很可能會(huì)出現(xiàn)在某個(gè)連接的建立和終止的時(shí)候，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候兩方所交換的報(bào)文段都只是存在 TCP 首部。 32位確認(rèn)序號(hào)的 ACK 字段永遠(yuǎn)是被置于 1 的位置，因?yàn)楫?dāng) ACK 被置于 1的時(shí)候才有效，這個(gè)序號(hào)攜 帶的是接收端希望接收到的下一個(gè)序列號(hào)。這么可靠的數(shù)據(jù)發(fā)送能 力肯定是和 TCP 協(xié)議的首部結(jié)構(gòu)是分不開(kāi)的。 ：顧名思義，就是當(dāng) TCP 在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候，在邏輯管道上進(jìn)行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是一種連續(xù)的字節(jié)流，而且 TCP 的報(bào)頭序列號(hào)和確認(rèn)號(hào)也是以字節(jié)的形式存在的。只要該函數(shù)能把網(wǎng)絡(luò)接口作為一個(gè)參數(shù)，就有很大的 可能性去避免外發(fā)接口的查詢。在查找 IP 包的 IP 地址的過(guò)程中，可以很好的利用網(wǎng)絡(luò)接口的網(wǎng)絡(luò)掩碼來(lái)完成。一般而言，網(wǎng)絡(luò)接口的序號(hào)都是指定為小的號(hào)，因?yàn)槟鼙染€性查詢的方法更好的方法，至今還沒(méi)找到。它能總結(jié) 每個(gè)數(shù)據(jù)包 的來(lái)源，不管它是從哪個(gè)協(xié)議傳來(lái)的 ，如果 這個(gè)數(shù)值是 1，則說(shuō)明它是 ICMP 協(xié)議；如果這個(gè)數(shù)值 值 是 2，則說(shuō)明它是 IGMP協(xié)議；如果該數(shù)值是 6，則說(shuō)明它是 TCP 協(xié)議；如果該數(shù)值為 17，則說(shuō)明它是 UDP 協(xié)議。但是總的來(lái)說(shuō)，這個(gè)字段在 LWIP 中的 作用是很小的。 RTT 估算 。 Mem_calloc（）是存在 2個(gè) 不同的值的 ， 一個(gè)表示的是元素的大小，一個(gè)是表示元第四章 軟件介紹 14 素的數(shù)目 ， 而我們所要進(jìn)行分配的內(nèi)存空間大小，就是以上兩個(gè)不同值的積 。 在 對(duì) 內(nèi)存堆 進(jìn)行分配的時(shí)候 ， 需要對(duì) mem_int（）內(nèi)存堆進(jìn)行初始化，主要就是為了說(shuō)明 起始和結(jié)束的地址 ，還有初始化 內(nèi)存 的空閑列表，如果是 lwip 初始化時(shí) ，為了給 自己 進(jìn)行調(diào)用，那么此個(gè)接口就是 內(nèi)部 存在的 私有接口， 一般 是不會(huì)對(duì) 客戶層進(jìn)行 開(kāi)放的。它的 分配策略 就 是 “ 最快合適 ” 方式，只要在尋找 內(nèi)存塊的時(shí)候， 能夠找到一個(gè) 空閑塊比它所請(qǐng)求的內(nèi)存塊大 ，就會(huì) 立即 切割出 它所需要的那一塊 ，再把 切割所 剩下的部分返回到動(dòng)態(tài)內(nèi)存堆里面。 ： 傳輸層協(xié)議 一般分為兩種類型 ， 第一種 是 本文需要用到的 TCP(傳輸控制協(xié)議 )， 第二種是一種名為 UDP（用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議） 的協(xié)議 。 LWIP 協(xié)議棧中各層的實(shí)現(xiàn) 的 接口： next 指針 一般會(huì)指向它的下一個(gè)接口 ， ip_addr 表示的是 ip 地址，mask 表示的是子網(wǎng)掩碼， gw 則表示的是默認(rèn)網(wǎng)關(guān)。所以在設(shè)計(jì)通信的過(guò)程中必須采用電平轉(zhuǎn)換的方法，以便使兩者的電平相配。轉(zhuǎn)換電路如下： 圖 33 5v 轉(zhuǎn) 電路 第三章 網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計(jì) 8 JTAG 下載電路 JTAG 的主要功能有兩種：一種是對(duì)系統(tǒng)仿真調(diào)試，另一種是芯片內(nèi)部測(cè)試， 一般來(lái)說(shuō)， 標(biāo)準(zhǔn)的 JTAG 接口包括 四線： 第一條是 TD0（測(cè)試數(shù)據(jù)輸出） 、 第二條是 TDI（測(cè)試數(shù)據(jù)輸入） 、 第三條是 TMS（測(cè)試模式選擇） 、 第四條是 TCK（測(cè)試時(shí)鐘）。 當(dāng)以太網(wǎng)需要 傳送數(shù)據(jù)到 RS232 的時(shí)候，或者 RS232 需要傳送數(shù)據(jù)到以太網(wǎng)的時(shí)候， STM32 芯片就顯得格外的重要，因?yàn)樗菂f(xié)議轉(zhuǎn)換的控制中心，第三章 網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計(jì) 7 不管是轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包還是 RS232 幀的數(shù)據(jù)，都是需要 STM32 來(lái)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換的。 這樣大大地提高了系統(tǒng)的利用率，同時(shí)也減少了成本。另外， 可編程喚醒功能的時(shí)鐘和 84 字節(jié)的后備數(shù)據(jù)寄存器 的存在 ， 也是它的一大優(yōu)勢(shì)。電路 接口圖如下： 圖 21 開(kāi)發(fā)板 接口 第二章 主控芯片的選擇 5 STM32的功能 及優(yōu)勢(shì) 有專門 以太網(wǎng) MAC，還有 DMA 和硬件支持的 IEEE1588。為了滿足市場(chǎng)的不同需求， STM32 開(kāi)發(fā)板在性質(zhì)和價(jià)格上都做出了巨大的取舍。除此之外，還擁有 以太網(wǎng) 接口模塊 和 RS232 接口 。 ，這是非常重要的一步，因?yàn)椴还苁怯布脑O(shè)計(jì)還是軟件的設(shè)計(jì)，最終還是要為最后的調(diào)試服務(wù)，假如調(diào)試不成功，一切都是白費(fèi)功夫而已。 課題設(shè)計(jì)工作 ：本次的設(shè)計(jì)課題為“基于 STM32 的智能建筑以太網(wǎng)與 RS232的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)關(guān)的設(shè) 計(jì)”，這次設(shè)計(jì)相對(duì)于以往的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)而言，最大的創(chuàng)新之處是選用了 STM32 芯片微型控制器。 在當(dāng)今高速實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中，涉及的數(shù)據(jù)對(duì)象趨于多樣化，這些數(shù)據(jù)通常需要不同的網(wǎng)絡(luò)接口。 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了以下三點(diǎn)功能：第一點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了使用STM32 芯片來(lái)設(shè)計(jì)網(wǎng)關(guān)電路；第二點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)關(guān)具有以太網(wǎng)接口和 RS232 接口；第三點(diǎn)，在設(shè)計(jì)軟件的過(guò)程中，實(shí)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。 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(jì) Design of Ether and RS232 Data Transmission Gateway Based on STM32 學(xué)生姓名： Xxx 學(xué)生學(xué)號(hào)： Xxx 專業(yè)名稱： 建筑電氣與智能化 指導(dǎo)教師： Xxx 控制與機(jī)械工程學(xué)院 20xx 年 6 月 18 日獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 是本人在 指導(dǎo)教師 指導(dǎo)下進(jìn)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(xiě)過(guò)的研究成果， 沒(méi)有偽造數(shù)據(jù)的行為 。 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。具有不同的傳輸速率，不同的傳輸方向。因?yàn)樵O(shè)計(jì)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(jì)能夠在實(shí)現(xiàn)同樣的效果的前提下，使設(shè)計(jì)的成本和時(shí)間都能大大的降低，從而達(dá)到最好的效率。所以最后需要運(yùn)用 ssv20（串口調(diào)試程序）和 TCPtester 來(lái)進(jìn)行模擬的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)，只有不斷的調(diào)試和修改，才能最終使得我們的設(shè)計(jì)符合最終的設(shè)計(jì)要求。 系列：它的 有一個(gè)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。相信一定能對(duì)工業(yè)市場(chǎng)的開(kāi)發(fā)上做出一定的貢獻(xiàn)。所以是低成本的網(wǎng)絡(luò)化，還有精確的時(shí)鐘同步。正是因?yàn)?這個(gè)原因， 因此在運(yùn)行的過(guò)程中 ，甚至 在 待機(jī) 的狀態(tài) 時(shí) 都 會(huì)裁減應(yīng)用系統(tǒng)，可以 使 性能和功耗 能長(zhǎng)期的保持在 一個(gè) 相對(duì) 平衡 的狀態(tài) ，電池可以 為 RTC 的運(yùn)行 提供充足的電能 ，同時(shí) 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)。因此，為了實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)要求，選用控制系統(tǒng)開(kāi)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(qiáng)大。所以必須對(duì)以上各個(gè)模塊進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)，才能使數(shù)據(jù)能夠順利的傳輸。 JTAG 有 14 針的接口和 20 針的接口，在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中，我們采用的是 20 針的接口來(lái)進(jìn)行調(diào)試電路和下載程序。因此，在這次設(shè)計(jì)中，我們采用的是 SP3232芯片來(lái)完成電平的轉(zhuǎn)換工作。他們?nèi)?個(gè)都是 都是由 IP 層調(diào)用的。 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(jìn)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(gè)所謂的 TCP 連接 ，這樣才能進(jìn)行下一步的數(shù)據(jù)傳輸。在所分配的內(nèi)存堆中， 有一部分是用來(lái)存放分配器管理的私有數(shù)據(jù)的，其大小大約是 12 個(gè)字節(jié)，這個(gè)部分 是不 能被修改的，即使是用戶也不能 ，不然就會(huì) 出現(xiàn)非常致命的錯(cuò)誤 。 當(dāng) Mem_malloc（） 函數(shù)對(duì) 內(nèi)存 進(jìn)行分配的時(shí)候，它會(huì)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(lái)的數(shù)據(jù) 就會(huì)指 一個(gè)新的指針，且這個(gè)內(nèi)存是最新分配的 。 Mem_calloc（）實(shí)際上 就是對(duì) 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(dòng)態(tài)分配內(nèi)存 的值進(jìn)行 清零 處理 。 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(qiáng) 應(yīng)用程序 的 功能 。 16位的總長(zhǎng)度字段可以用來(lái)總結(jié)全部的 IP 數(shù)據(jù)報(bào)，同時(shí)也包括 了 IP 數(shù)據(jù)報(bào)頭的總字節(jié)數(shù)。16位首部校驗(yàn)和只會(huì)針對(duì)該 IP 的首部做檢驗(yàn)，對(duì)于其內(nèi)部數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中是否會(huì)出錯(cuò)，它并不是很在乎，數(shù)據(jù)的校 驗(yàn)工作，一般來(lái)說(shuō)是由上層協(xié)議負(fù)責(zé)的，例如： ICMP、UDP、 IGMP、 TCP 等協(xié)議都需要計(jì)算他們的頭部和整個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)的長(zhǎng)度。假如需要接收的數(shù)據(jù)包是通第四章 軟件介紹 16 過(guò)主機(jī)指定好的包，那么必須由 protocol 域來(lái)判定該包