【文章內(nèi)容簡介】 網(wǎng)絡(luò)中查找IP地址對應(yīng)的MAC地址。另一種是應(yīng)答幀，即回答該IP地址對應(yīng)的MAC地址是多少。各節(jié)點收到ARP請求幀后，如果目的伊地址和自己的IP地址相同，就發(fā)送一個ARP應(yīng)答數(shù)據(jù)報，否則就丟棄。當(dāng)發(fā)送請求幀的節(jié)點接收到應(yīng)答數(shù)據(jù)報后，就知道了對方的MAC地址，即可發(fā)送IP數(shù)據(jù)報。ARP緩存表用來保存網(wǎng)絡(luò)內(nèi)IP地址和與其對應(yīng)的MAC地址之間的映射關(guān)系。發(fā)送IP數(shù)據(jù)報時，首先查看ARP緩存表中的目的IP地址是否有與之對應(yīng)的MAC地址，如果有就直接發(fā)送；否則，就向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送ARP請求幀，并等待ARP應(yīng)答幀。如果沒有ARP應(yīng)答幀回復(fù)，就取消IP報的發(fā)送。若收到正確的應(yīng)答幀則更新ARP表，并把IP報發(fā)送出去。ARP表的表項中有一個ARP生存時間(TTL)，系統(tǒng)初始化時會啟動一個ARP定時器，每隔一段時間，TTL減1，當(dāng)生存時間為0時，該ARP表項失效。重新發(fā)送ARP請求幀時，會得到正確的IP地址和與其對應(yīng)的MAC地址的映射關(guān)系，然后恢復(fù)生存時間陣l。ARP封裝格式如表23所示。其“幀類型”為0x0806，“硬件類型”字段表示硬件地址的類型，其值為1表示以太網(wǎng)地址，“協(xié)議類型”字段表示要映射的協(xié)議地址類型，其值為0x0800表示IP地址，硬件地址長度為6，協(xié)議地址長度為4，“操作類型”有4種，其中ARP請求為1，ARP應(yīng)答為2。最后4個字段分別為：發(fā)端MAC地址、發(fā)端IP地址、目的端MAC地址、目的端IP地址。表23 APR幀格式以太網(wǎng)目的地址以太網(wǎng)源地址幀類型硬件類型協(xié)議類型硬件地址長度協(xié)議地址長度操作類型發(fā)端以太網(wǎng)地址發(fā)端IP地址目的以太網(wǎng)地址目的IP地址 ICMP協(xié)議ICMP即Internet控制報文協(xié)議，它封裝在IP數(shù)據(jù)報中，經(jīng)常被認為是IP層的一個組成部分。它傳遞差錯報文以及其他需要注意的信息。在本文中，也用到ICMP協(xié)議，主要是對應(yīng)用層的Ping命令做出響應(yīng)。本文只對ICMP的報文作簡要的介紹，Ping命令用到的ICMP報文格式如表24所示。表24 ICMP報文格式8位類型8位代碼16位檢驗和16位標志16位序號可選數(shù)據(jù)其中，Ping命令中，代碼8表示Ping請求，0表示Ping應(yīng)答。標志和序號是為了使響應(yīng)和發(fā)送的數(shù)據(jù)相對應(yīng)?？蛇x數(shù)據(jù)是任意的，但是響應(yīng)應(yīng)該和發(fā)送的數(shù)據(jù)是相同的。 UDP協(xié)議UDP(用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議)是一個簡單的面向數(shù)據(jù)報的傳輸層協(xié)議，它提供的是一種低延時的、不可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)腳，進程的每個輸出操作都正好產(chǎn)生一個UDP報文，并組裝成一份待發(fā)送的IP數(shù)據(jù)報。UDP首部的數(shù)據(jù)格式如表2－5所示，端口號用來表示發(fā)送和接收進程，UDP檢驗和覆蓋UDP首部和UDP數(shù)據(jù)。表25 UDP首部的數(shù)據(jù)格式16位源端口號16位目的端口號16位UDP長度16位UDP檢驗和數(shù)據(jù) HTTP協(xié)議HTTP(Hypertext Transport Protocol)即超文本傳輸協(xié)議，它自1990年以來被采用，是目前應(yīng)用最廣泛的應(yīng)用層協(xié)議之一。它的特點是輕便、快速，特別適合Web這種分布式的超媒體信息系統(tǒng)。HTTP協(xié)議是基于TCP的一種服務(wù)，HTTP不維護與客戶端的連接，它使用可靠的TCP連接，默認的端口號為80H。HTTP協(xié)議是一種簡單的請求/響應(yīng)協(xié)議，即服務(wù)器等待并響應(yīng)客戶方的請求。HTTP有多個版本，本文使用的HTTP/。HTTP使用客戶/服務(wù)器模式：客戶端啟動一個連接，并送出請求信息 (Request Message)到服務(wù)器端；服務(wù)器端接收到所要求的信息后回送響應(yīng)信息 (ResPonse Message)，響應(yīng)信息中包含客戶端所要求的網(wǎng)頁信息，結(jié)束傳輸后服務(wù)器就會關(guān)閉此次連接。請求信息和響應(yīng)信息的格式基本相同，主要包含如下信息：(1)一個初始行 (Initial Line)包括請求行和響應(yīng)行。請求行(Initial Request Line)主要分為三個部分：方法名稱、請求的URL、HTTP版本，基本形式GET/Path/to/file/。響應(yīng)行 (Initial Response Line)也分為三個部分:HTTP版本、響應(yīng)狀態(tài)代碼和狀態(tài)代碼的英文描述?；拘问綖椤癏TTP/ 200 OK”或者“HTTP/ 404 Not Found”。響應(yīng)的狀態(tài)碼表示響應(yīng)的類型，共有如下5種類型：lxx只保留；2xx表示請求成功地接收；3xx為完成請求，客戶需要進一步細化請求；4xx:客戶端錯誤；5xx服務(wù)器端錯誤。(2)信息頭 (Message Head)整個HTTP的頭域包含如下幾種：GeneralHeader、RequestHeader、Response－Header、Entity－Header。頭域格式遵循了一定的規(guī)范，它主要包括實體信息類型、長度、壓縮方法、最后一次修改時間、數(shù)據(jù)有效期等信息。(3)一個空行 (Blank Line)(4)正文 (Message Body) 本系統(tǒng)中協(xié)議的優(yōu)化以太網(wǎng)上數(shù)據(jù)幀的傳輸是用MAC地址來進行識別的，這就要求系統(tǒng)必須要實現(xiàn)IP地址到MAC地址轉(zhuǎn)換的功能，即ARP協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)層主要負責(zé)按網(wǎng)絡(luò)標準形式封裝數(shù)據(jù)報，然后進行IP路由選擇。如果嵌入式Internet需要跨越不同的網(wǎng)絡(luò)進行通信就必須要實現(xiàn)IP協(xié)議，所以IP協(xié)議需要完整實現(xiàn)。ICMP協(xié)議主要用來傳遞差錯報文以及其它需要注意的信息。ICMP中規(guī)定了多種協(xié)議類型和代碼，如果完全實現(xiàn)要浪費不少的系統(tǒng)資源，對于普通的嵌入式Internet的應(yīng)用而言，能夠測試網(wǎng)絡(luò)的連通情況即可，因此只需實現(xiàn)ICMP中類型號為0、代碼為0的Ping應(yīng)答協(xié)議即可。傳輸層主要為兩臺主機上的應(yīng)用程序提供端到端的通信。TCP是一種面向連接的協(xié)議，它有超時重傳等機制，可提供高可靠性服務(wù)。UDP協(xié)議沒有保證可靠性的機制，其優(yōu)點數(shù)據(jù)傳輸率高，可以實現(xiàn)高速發(fā)送數(shù)據(jù)，但是容易丟包、失序。本文要完成的是測控任務(wù)，它對數(shù)據(jù)傳輸率的要求不是太高，而對數(shù)據(jù)的可靠性要求很高，所以本文采用了TCP協(xié)議來傳輸數(shù)據(jù)。系統(tǒng)中需要嵌入一個Web頁，因此本系統(tǒng)還需要實現(xiàn)一個應(yīng)用層協(xié)議，即HTTP協(xié)議。圖23列出了本系統(tǒng)應(yīng)該實現(xiàn)的主要協(xié)議。PINGICMPAPRDataLinkIPTCPHTTP圖23 本系統(tǒng)應(yīng)該實現(xiàn)的主要協(xié)議 本章小結(jié)本章將介紹TCP/IP協(xié)議棧中的幾個常用協(xié)議，然后分析了每一個協(xié)議的特點和它們的首部結(jié)構(gòu)，并對標準TCP／IP協(xié)議棧進行了精簡，使其應(yīng)用于嵌入式設(shè)備中，通過網(wǎng)絡(luò)接口卡實現(xiàn)低成本的Internet接入，并對其進行遠程控制。在應(yīng)用層還可使用DHCP協(xié)議來分配給每一個家用電器唯一的固定IP地址并嵌入一個小Web服務(wù)器來實現(xiàn)家電網(wǎng)絡(luò)化，這種特殊網(wǎng)絡(luò)的每個節(jié)點所連的都是嵌入式系統(tǒng)，從而形成嵌入式網(wǎng)絡(luò)，任何瀏覽器都可以實施監(jiān)控?？傊?，嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)已是一個不可分割的結(jié)合體。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)硬件框圖圖 31為網(wǎng)絡(luò)家電的系統(tǒng)框圖，采用SPCE061A作為主控制器，控制以太網(wǎng)模組收發(fā)數(shù)據(jù)包，從而實現(xiàn)Web服務(wù)器的功能，并可以接受用戶在網(wǎng)頁上的按鈕操作，進而對設(shè)備進行控制[10]。 圖31 網(wǎng)絡(luò)家電系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)通過交叉網(wǎng)線與PC機的網(wǎng)卡直接相連，或通過直通網(wǎng)線與局域網(wǎng)交換機或Hub相連。以太網(wǎng)模組在SPCE061A的控制下進行以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的收發(fā)，完成與局域網(wǎng)內(nèi)的其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的通訊。在運行于SPCE061A平臺的TCP/IP協(xié)議的基礎(chǔ)上，搭建應(yīng)用層HTTP服務(wù)器協(xié)議，實現(xiàn)Web服務(wù)器的功能，并向局域網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)瀏覽服務(wù)。同時，通過分析客戶端提交的請求信息，實現(xiàn)對家電的控制。 (l)系統(tǒng)工作過程系統(tǒng)通過RJ－45接口接收來自網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)幀，然后經(jīng)過網(wǎng)卡隔離變壓器隔離濾波，進入以太網(wǎng)控制器，以太網(wǎng)控制器可完成物理層和邏輯鏈路層的主要任務(wù)。首先，將來自網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址與本地MAC地址相比較，若一致，再進行CRC校驗，若沒有錯誤，則接收此數(shù)據(jù)幀，以太網(wǎng)控制器將接收下來的數(shù)據(jù)幀緩存在它的SRAM中。此過程由以太網(wǎng)控制器的本地DMA控制器完成。單片機首先對網(wǎng)卡進行復(fù)位操作，然后對網(wǎng)卡控制器的相應(yīng)的寄存器進行初始化配置。單片機通過中斷方式或者查詢方式，接收相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀。單片機可通過查詢網(wǎng)卡控制器的相應(yīng)寄存器位，獲得數(shù)據(jù)到達信息。若有正確的數(shù)據(jù)幀到達，則通過對網(wǎng)卡控制器中的遠程DMA控制器操作，將緩存在網(wǎng)卡控制器SRAM中的數(shù)據(jù)幀通過總線傳送到系統(tǒng)RAM中保存起來。為合理使用內(nèi)存，充分利用內(nèi)存空間，可采用內(nèi)存的動態(tài)分配方式。根據(jù)TCP/IP協(xié)議，單片機對接收的數(shù)據(jù)幀進行層層解析，完成解包任務(wù)。最后根據(jù) TCPSOCKET指定的不同端口號，將應(yīng)用層數(shù)據(jù)傳遞給不同的回調(diào)函數(shù)。如果是HTTP端口(默認為80H)，則繼續(xù)完成HTTP協(xié)議的解析，將家電的工作參數(shù)通過網(wǎng)頁傳遞給客戶。如果是其他端口，則調(diào)用其他應(yīng)用層的接口程序，完成相關(guān)任務(wù)。(2)系統(tǒng)組成。嵌入式web服務(wù)器需要處理復(fù)雜的TCP/IP協(xié)議和以太網(wǎng)驅(qū)動程序，程序代碼較長，系統(tǒng)要求快速的處理以太網(wǎng)幀，順利完成數(shù)據(jù)收發(fā)任務(wù)。基于以上考慮，設(shè)計中微處理器采用了凌陽公司的的μ’nSP?（Microcontroller and Signal Processor）16位微處理器芯片（以下簡稱μ’nSP?），此芯片內(nèi)核與61系列兼容，SPCE061A里只內(nèi)嵌32K字的閃存（FLASH），較高的處理速度使μ’nSP?能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號。SPCE061A性能：16位μ’nSP?微處理器； 工作電壓(CPU) ~ (I/O) ~；CPU時鐘：~； 內(nèi)置2K字SRAM； 內(nèi)置32K FLASH； 可編程音頻處理； 晶體振蕩器； 系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時鐘處于停止狀態(tài))，耗電僅為2μA@； 2個16位可編程定時器/計數(shù)器(可自動預(yù)置初始計數(shù)值)； 2個10位DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換)輸出通道； 32位通用可編程輸入/輸出端口； 14個中斷源可來自定時器A / B，時基，2個外部時鐘源輸入，鍵喚醒； 具備觸鍵喚醒的功能； 使用凌陽音頻編碼SACM_S240方式()，能容納210秒的語音數(shù)據(jù)； 鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時鐘信號； 32768Hz實時時鐘； 7通道10位電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道聲音模數(shù)轉(zhuǎn)換器； 聲音模－數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動增益控制(AGC)功能； 具備串行設(shè)備接口； 具有低電壓復(fù)位(LVR)功能和低電壓監(jiān)測(LVD)功能； 內(nèi)置在線仿真電路ICE（In Circuit Emulator）接口； 具有保密能力； 具有Watchdog功能。 網(wǎng)卡接口芯片采用性價比較高的DM9000E,此芯片的性能參數(shù)如下所示：和MCU 連接模式有ISA 8 bit /