【正文】 主機通信是，初始化 ARP 請求。2. 主機 IP 地址解析為硬件地址 ARPS 是使用映射表進行工作。ARP 緩存保存有動態(tài)和靜態(tài)項。ARP 協(xié)議就是將 IP 地址映射為硬件地址的過程。在網(wǎng)絡(luò)中傳遞的幀必須含有目的地址的硬件地址。 地址解析協(xié)議 要想在網(wǎng)上實現(xiàn)通信，主機必須知道對方主機的硬件地址。高 4 位總置為 110，余下的為用于標明客戶機所屬的組E 類地址:E 類地址沒有網(wǎng)絡(luò)號和主機號之分，最高位置為 1111。高 3 位置為二進制 110，允許 2097152 個網(wǎng)絡(luò)。最高兩位總置于二進制的 10，允許有 16384 個網(wǎng)絡(luò)。表 IP 地址分類地址類型 特征地址位 開始地址 結(jié)束地址A 類 0B B 類 10B C 類 110B D 類 1110B E 類 1111B A 類地址：用于支持特大型的網(wǎng)絡(luò)，最高位為 0，緊跟的 7 位表示網(wǎng)絡(luò)號，其余 24 為表示主機號，總共允許有 126 個網(wǎng)絡(luò)。目前，因網(wǎng)絡(luò)大小不同，Inter 定義了 5 種 IP 地址類型：A 類、B 類、C 類、 D 類、E 類。八為體由句點“.” 分開，來表示為一個0~255 之間的十進制書。但是為了是 32 位的二進制地址更簡潔和便于閱讀，通常采用點分十進制。IP 地址有兩種表示形式：二進制表示和點分十進制表示。其中網(wǎng)絡(luò)號標識一個物理的網(wǎng)絡(luò)，同一個網(wǎng)絡(luò)上所有主機需要同一個網(wǎng)絡(luò)號，該號在互聯(lián)網(wǎng)中是唯一的；而主機號確定網(wǎng)絡(luò)中的一個工作端、服務(wù)器、路由器或其它 TCP/IP 主機。在 TCP/IP 協(xié)議簇中，這種標識符叫做 IP 地址。IP 是 TCP/IP 互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計里最基礎(chǔ)的部分。3) 除了數(shù)據(jù)格式和路由機制以外，IP 還包括了一組體現(xiàn)不可靠分組交付思路的規(guī)則。IP 提供了應(yīng)用程序 應(yīng)用程序 應(yīng)用程序 應(yīng)用程序UDPTCP ICMPIGMPIPARP RARP以太網(wǎng)驅(qū)動程序進入的幀以 TCP 或 UDP 首部端口號進行分用以 IP 首部中的協(xié)議值進行分用以以太網(wǎng)首部中的幀類型進行分用3 個重要定義：1) IP 定義了數(shù)據(jù)傳輸所用的基本單元，及規(guī)定了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式。它位于網(wǎng)際層，為運輸層提供服務(wù)，并從網(wǎng)絡(luò)接入層請求服務(wù)。圖 32 顯示這個如何過程如何發(fā)生的。 數(shù)據(jù)幀分用 當目的主機收到一個以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀是，數(shù)據(jù)就開始從協(xié)議戰(zhàn)中由底向上傳送，同時去掉各層協(xié)議加上的報文首部。所以，以太網(wǎng)的幀首部也有一個 16bit 的幀類型域這就是數(shù)據(jù)報文的封裝，應(yīng)用層數(shù)據(jù)是被逐層封裝，直到數(shù)據(jù)鏈路層。 1 表示 ICMP協(xié)議，2 表示 IGMP 協(xié)議，6 表示 TCP 協(xié)議，17 表示 UDP 協(xié)議。確切的說，圖 31 中所示 IP 和網(wǎng)絡(luò)接口傳送的數(shù)據(jù)單元應(yīng)該是分組，分組可以是一個 IP 數(shù)據(jù)報，也可以是 IP 數(shù)據(jù)報的一個片。TCP 傳給 IP 的數(shù)據(jù)單元稱作 TCP 報文段， IP 傳給網(wǎng)絡(luò)接口層的數(shù)據(jù)單元稱作 IP 數(shù)據(jù)報，通過以太網(wǎng)傳輸?shù)谋忍亓鞣Q作幀。 數(shù)據(jù)封裝當應(yīng)用程序用 TCP 傳送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)被傳送入?yún)f(xié)議棧中，之后逐個通過每一層直到被當做一串比特流送入網(wǎng)絡(luò)。? NFS 網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)：用于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中不同主機之間的文件共享。? SMTP 簡單郵件傳輸協(xié)議：實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)中電子郵件的傳輸功能。? HTTP 超文本傳輸協(xié)議：用來訪問在 WWW 服務(wù)器上的各種頁面。它主要為各種應(yīng)用程序提供使用協(xié)議，標注的應(yīng)用層主要有以下協(xié)議。? UDP 協(xié)議：用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議,采用無連接數(shù)據(jù)報傳送方式，一次傳輸少量的情況，如數(shù)據(jù)查詢等，當通信子網(wǎng)相當可靠是，UDP 協(xié)議的優(yōu)越性更為突出。該層有以下協(xié)議。(3) 第三層 傳輸層對應(yīng)于 OSI 7 層參考模型的傳輸層，提供兩種端到端的通信服務(wù)。? ARP 協(xié)議( 正向地址解析協(xié)議)：將網(wǎng)絡(luò)層地址轉(zhuǎn)換為鏈路層地址。? IP 協(xié)議( 網(wǎng)際協(xié)議)：使用 IP 地址確定收發(fā)端，提供端到端的“數(shù)據(jù)報” 傳遞，也是 TCP/IP 協(xié)議簇中處于核心地位的協(xié)議。(2) 第二層 網(wǎng)際層對應(yīng)于 OSI 7 層參考模型的網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層主要解決計算機之間的通信問題，它負責管理不同設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，它是 Inter 通信子網(wǎng)的最高層，它所提供的是不可靠的無連接數(shù)據(jù)報服務(wù)，無論傳輸是否正確，不做驗證、不發(fā)確認，也不保證分組的正確 順序。實際上TCP/IP 標準并不定義與 ISO 數(shù)據(jù)鏈路層和物理層相對應(yīng)的功能。表 21 OSI 參考模型與 TCP/IP 參考模型比較OSI 參考模型 OSI 層次號 TCP/IP 層次描述 主要應(yīng)用協(xié)議應(yīng)用層 7表示層 6 應(yīng)用層FTP、 和 Tel等會話層 5傳輸層 4運輸層 TCP 和 UDP網(wǎng)絡(luò)層 IP、ICMP 和 IGMP網(wǎng)絡(luò)層 3數(shù)據(jù)鏈路層 2物理層 1鏈路層 設(shè)備驅(qū)動及接口卡TCP/IP 分層模型的四個協(xié)議層分層完成如下功能。第 3 章 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 TCP/IP 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。由于采用普通單片機，所以其優(yōu)點是成本低，單片機體積小，易于以極高的性價比向諸多需要實現(xiàn)嵌入式接入Inter的場合推廣。遠程控制端的操作通過路RTOSMCUTCP/IP Inter MCU 固化TCP/IP 協(xié)議棧TCP/IP Inter由器找到目標后，由網(wǎng)卡芯片的接口傳入單片機，通過在單片機中加載的驅(qū)動程序轉(zhuǎn)換成物理幀格式，再由TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換成應(yīng)用層的控制命令。圖24 直接在嵌入式處理器上實現(xiàn)TCP/IP 協(xié)議4. 使用普通單片機和網(wǎng)絡(luò)控制芯片 通過在系統(tǒng)中集成網(wǎng)絡(luò)接口芯片, 采用軟件方式實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧, 使得嵌入式系統(tǒng)具備網(wǎng)絡(luò)功能從而接入Internt。但是這種芯片價格偏高，用戶需要支付軟硬件費用，不易于實現(xiàn)市場的廣泛應(yīng)用。該方式更方便，不需要操作系統(tǒng)，大大節(jié)省了資源，開發(fā)難度有所降低，但還是需要熟悉TCP/IP 協(xié)議和相關(guān)接口，技術(shù)實現(xiàn)上也比較困難，且對處理器的性能仍然要求較高，需要大容量的存儲器。它們固化有 TCP/IP協(xié)議棧，支持HTTP，SMTP，POP3，MIME等多種協(xié)議，可進行 Web瀏覽和E_mail 的收發(fā)。同時嵌入式操作系統(tǒng)的運行需要占用大量的處理器資源和存儲器空間，對硬件配置也有較高的要求，開發(fā)成本高。目前RTOS 的功能越來越強大，大多數(shù)都帶有TCP/IP協(xié)議棧，還具有對圖像界面的支持能力。EMIT 由emMicro、emGateway 和網(wǎng)絡(luò)瀏覽器組成，并在 MCU 內(nèi)部以軟件方式嵌入emGateway(PC 機)文件系統(tǒng) InterWeb BrowserRS232RS485emMirco應(yīng)用系統(tǒng)+emMCUNetemNet 協(xié)議,如圖 22 所示。該方案比較適合大型或較昂貴工業(yè)設(shè)備的上網(wǎng)需求，不適合用于低價格設(shè)備。它對嵌入式系統(tǒng)處理器速度、資源要求也比較低，開發(fā)難度低，可以解決各種嵌入式系統(tǒng)接入 Inter 的問題，特別適用于嵌入式系統(tǒng)多且較為集中的場合。如防火墻、協(xié)議轉(zhuǎn)換、監(jiān)視嵌入式設(shè)備的運行狀態(tài)、向外界提供 Web 服務(wù)器等。再由嵌入式網(wǎng)關(guān)負責實現(xiàn) TCP/IP 協(xié)議，并與 Inter 連接，完成嵌入式系統(tǒng)和 Inter的信息交互。目前許多機構(gòu)都在積極探討利用MCU實現(xiàn)接入Inter技術(shù)。因此單片機實現(xiàn)嵌入式接入Inter技術(shù)的關(guān)鍵是如何在單片機等嵌入式設(shè)備的有限資源上實現(xiàn)Inter的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議棧。Inter網(wǎng)絡(luò)通信中，TCP/IP協(xié)議簇非常龐大，需要占用大量的系統(tǒng)資源。嵌入式系統(tǒng)接入 Inter 同 PC 機接入 Inter 一樣，必須通過相應(yīng)的通信協(xié)議。美國貝爾實驗室總裁 Arun Netravali 的一批科學家對此做出了預(yù)測：嵌入式Inter“將會產(chǎn)生比 PC 機時代多成百上千倍的瘦服務(wù)器和超級嵌入式瘦服務(wù)器 ”。由于出現(xiàn)了很多靈活的微控制器，現(xiàn)在可以為用戶創(chuàng)造廉價的嵌入式 Inter 解決方案，8 位和 16 位微控制器都可以接入 Inter 等大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，例如 emWare 就已經(jīng)為開發(fā)人員和生產(chǎn)商提供了 8 位和 16 位微控制器網(wǎng)絡(luò)接入解決方案。嵌入式 Inter 是指:在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，以 Inter 技術(shù)為基礎(chǔ)，使嵌入式系統(tǒng)與 Inter 相互連接，實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)與 Inter 之間的資源共享、信息通信和狀態(tài)控制等功能，這種嵌入式系統(tǒng)與 Inter 之間的連接與應(yīng)用就稱為嵌入式 Inter。7. 更好的硬件適應(yīng)性，也就是良好的移植性。6. 強穩(wěn)定性、弱交互性。提供各種設(shè)備驅(qū)動接口。3. 操作方便、簡單、提供友好的圖形 GUI、圖形界面。2. 強實時性。EOS 是相對于一般操作系統(tǒng)而言的，它具備了一般操作系統(tǒng)最基本的功能，如任務(wù)調(diào)度、同步機制、中斷處理、文件處理等外，還有如下特點：1. 可裝卸性。隨著 Inter 技術(shù)的發(fā)展、信息家電的普及應(yīng)用及 EOS的微型化和專業(yè)化，EOS 開始從單一的功能向高專業(yè)的功能方向發(fā)展。它必須體現(xiàn)其所在系統(tǒng)的特征，能夠通過裝卸某些模塊來達到系統(tǒng)所要求的功能。圖 21 嵌入式系統(tǒng)的典型組成 被控對象傳感器 2驅(qū)動器 2…… ……傳感器 1驅(qū)動器 1驅(qū)動器 N 驅(qū)動器 N應(yīng)用軟件層系統(tǒng)軟件層中間層 BSP/HAL 硬件抽象層/板極支持包嵌入式計算機系統(tǒng) 嵌入式微處理器硬件層實時操作系統(tǒng)（RTOS）應(yīng)用程序文件系統(tǒng) 任務(wù)管理圖形用戶接口人機交互接口D/AA/DI/O通用接口ROMSDRAM 嵌入式操作系統(tǒng) 嵌入式操作系統(tǒng)（Embedded Operating System, EOS）是一種用途廣泛的系統(tǒng)軟件 ，以前主要用于工業(yè)控制和國防領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)硬件層的核心是嵌入式微處理器。執(zhí)行裝置也被稱為被控對象，它可以接受嵌入式計算機系統(tǒng)發(fā)出的命令，執(zhí)行規(guī)定的操作或任務(wù)。 嵌入式系統(tǒng)的組成一個嵌入式系統(tǒng)裝置一般都由嵌入式計算機系統(tǒng)和執(zhí)行裝置組成，如 21所示。3. 系統(tǒng)精簡。1. 系統(tǒng)內(nèi)核小。嵌入式系統(tǒng)必須根據(jù)應(yīng)用需求能夠?qū)浻布@醒裁剪，滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能、可靠性、成本、體積等要求。嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的，它必須與具體應(yīng)用相結(jié)合才會具有生命力、才更具有優(yōu)勢。目前，國內(nèi)普遍認同的一個定義是：以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。這主要是從應(yīng)用上加以定義的，從中可以看出嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體。課題的難點在于要對 TCP/IP 協(xié)議熟悉，要對其有較為全面和深入的研究，由于低檔單片機資源有限，就必須根據(jù)需求對 TCP/IP 協(xié)議進行精簡，而不能完整的實現(xiàn) TCP/IP 協(xié)議。2. 對 TCP/IP 協(xié)議棧進行研究，并分析各協(xié)議，完成軟件結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計。通過 89C51 系列單片機和網(wǎng)卡芯片 RTL8019AS 在單片機上實現(xiàn) Inter 接入，在對 TCP/IP 協(xié)議深入分析的基礎(chǔ)上，對 TCP/IP 協(xié)議棧進行合理的簡化后嵌入到單片機中。本文在這樣的背景下，試圖開展一些的研究。如何利用單片機接入Inter 網(wǎng)絡(luò)成為未來最熱門的技術(shù)之一。據(jù)專家預(yù)測，未來在Inter上的新增業(yè)務(wù)和應(yīng)用中，將有45%的增長來自于小型嵌入式系統(tǒng)。如果嵌入式系統(tǒng)能夠連接到Inter上，則用戶可以方便、快捷、低廉地通過網(wǎng)絡(luò)進行遠程控制、監(jiān)測和信息傳送。嵌入式 Inter（簡稱 EI, Embedded Inter）通?？梢岳斫鉃榘?TCP/IP 協(xié)議作為一種嵌入式的應(yīng)用，從而實現(xiàn)嵌入式設(shè)備Inter 的技術(shù)。但是，由于嵌入式系統(tǒng)資源有限，一些傳統(tǒng)的 Inter 技術(shù)和設(shè)備無法直接應(yīng)用。目前，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為我們生活的一部分，在家用電器、工業(yè)設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備及汽車應(yīng)用等領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴大。通過對TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的深入分析，對 TCP/IP 協(xié)議進行合理的簡化，將其嵌入到內(nèi)部資源有限的微處理器中，實現(xiàn)以電子郵件方式進行遠程數(shù)據(jù)傳輸。論文首先介紹了嵌入式系統(tǒng)的組成及對嵌入式 Inter 產(chǎn)生。 基于單片機的 TCP/IP 技術(shù)研究及應(yīng)用摘 要今天，嵌入式 Inter 的應(yīng)用己經(jīng)深入到日常生活的各個方面。研究嵌入式 TCP/IP 協(xié)議在內(nèi)部資源有限微處理器上的實現(xiàn)，具有重要的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟價值。通過對現(xiàn)有的嵌入 Inter 及比較了目前幾種單片機接入 Inter 實現(xiàn)方案的前提下，應(yīng)用了一種基于單片自身特點的具體的解決方案：嵌入式 TCP/IP 協(xié)議。關(guān)鍵字：嵌入式；TCP/IP；單片機ABSTRACT Today, embedded Inter 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 position and for embedded I