【正文】 八為體由句點(diǎn) “.”分開，來表示為一個(gè) 0~255之間的十進(jìn)制書。但是為了是 32 位的二進(jìn)制地址更簡潔和便于閱讀，通常采用點(diǎn)分十進(jìn)制。 IP 地址有兩種表示形式：二進(jìn)制表示和點(diǎn)分十進(jìn)制表示。其中網(wǎng)絡(luò)號標(biāo)識一個(gè)物理的網(wǎng)絡(luò)，同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上所有主機(jī)需要同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)號，該號在互聯(lián)網(wǎng)中是唯一的；而主機(jī)號確定網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)工作端、服務(wù)器、路由器或其它TCP/IP 主機(jī)。在 TCP/IP 協(xié)議簇中，這種標(biāo)識符叫做 IP 地址。 IP 是 TCP/IP 互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)里最基礎(chǔ)的部分。 3) 除了數(shù)據(jù)格式和路由機(jī)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 3個(gè)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(yùn)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(gè)如何過程如何發(fā)生的。 數(shù)據(jù)幀分用 當(dāng)目的主機(jī)收到一個(gè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀是，數(shù)據(jù)就開始從協(xié)議戰(zhàn)中由底向上傳用戶數(shù)據(jù) 用戶數(shù)據(jù) TCP 首部 14B 20B 20B 4B 應(yīng)用數(shù)據(jù) 應(yīng)用數(shù)據(jù) 應(yīng)用數(shù)據(jù) Appl首部 以太網(wǎng) 驅(qū)動(dòng)程序 以太網(wǎng) 首部 以太網(wǎng) 尾部 應(yīng)用數(shù)據(jù) IP 首部 IP 首部 TCP 首部 TCP 首部 IP 報(bào)文段 TCP 報(bào)文段 以太網(wǎng)幀 TCP IP 以太網(wǎng) 13 送，同時(shí)去掉各層協(xié)議加上的報(bào)文首部。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。 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(gè) IP 數(shù)據(jù)報(bào)，也可以是 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的一個(gè)片。 TCP 傳給 IP 的數(shù)據(jù)單元稱作 TCP 報(bào)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(bào)，通過以 12 太網(wǎng)傳輸?shù)谋忍亓鞣Q作幀。 數(shù)據(jù)封裝 當(dāng)應(yīng)用程序用 TCP 傳送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)被傳送入?yún)f(xié)議棧中，之后逐個(gè)通過每一層直到被當(dāng)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(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中不同主機(jī)之間的文件共享。 ? SMTP 簡單郵件傳輸協(xié)議：實(shí)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(biāo)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(bào)協(xié)議 ,采用無連接數(shù)據(jù)報(bào)傳送方式，一次傳輸少量的情況，如數(shù)據(jù)查詢等，當(dāng)通信子網(wǎng)相當(dāng)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(bào) ”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(jì)算機(jī)之間的通信問題，它負(fù)責(zé)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(bào)服務(wù)，無論傳輸是否正確，不做驗(yàn)證、不發(fā)確認(rèn)，也不保證分組的正確 順序。實(shí)際上TCP/IP 標(biāo)準(zhǔn)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 應(yīng)用層 FTP、 和 Tel等 表示層 6 會(huì)話層 5 運(yùn)輸層 TCP 和 UDP 傳輸層 4 網(wǎng)絡(luò)層 3 網(wǎng)絡(luò)層 IP、 ICMP 和 IGMP 鏈路層 設(shè)備驅(qū)動(dòng)及接口卡 數(shù)據(jù)鏈路層 2 物理層 1 TCP/IP 分層模型的四個(gè)協(xié)議層分層完成如下功能。 RTOS MCU TCP/IP Inter MCU 固化 TCP/IP 協(xié)議棧 TCP/IP Inter 10 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(jī)，所以其優(yōu)點(diǎn)是成本低，單片機(jī)體積小，易于以極高的性價(jià)比向諸多需要實(shí)現(xiàn)嵌入式接入Inter的場合推廣。遠(yuǎn)程控制端的操作通過路由器找到目標(biāo)后，由網(wǎng)卡芯片的接口傳入單片機(jī)，通過在單片機(jī)中加載的驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn) TCP/IP 協(xié)議 4. 使用普通單片機(jī)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(shí)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(jià)格偏高，用戶需要支付軟硬件費(fèi)用，不易于實(shí)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(shí)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(chǔ)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(jìn)行 Web瀏覽和 E_mail的收發(fā)。同時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)的運(yùn)行需要占用大量的處理器資源和存儲(chǔ)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(qiáng)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 emNet 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(jià)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(yùn)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(fù)責(zé)實(shí)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(jī)構(gòu)都在積極探討利用 MCU實(shí)現(xiàn)接入 Inter技術(shù)。因此單片機(jī)實(shí)現(xiàn)嵌 8 入式接入 Inter技術(shù)的關(guān)鍵是如何在單 片機(jī)等嵌入式設(shè)備的有限資源上實(shí)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(jī)接入 Inter 一樣，必須通過相應(yīng)的通信協(xié)議。美國貝爾實(shí)驗(yàn)室總裁 Arun Netravali 的一批科學(xué)家對此做出了預(yù)測：嵌入式Inter“將會(huì)產(chǎn)生比 PC 機(jī)時(shí)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(jià)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(shí)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(qiáng)穩(wěn)定性、弱交互性。提供各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口。 3. 操作方便、簡單、提供友好的圖形 GUI、圖形界面。 2. 強(qiáng)實(shí)時(shí)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(jī)制、中斷處理、文件處理等外，還有如下特點(diǎn)： 被控對象 傳感器 2 驅(qū)動(dòng)器 2 …… …… 傳感器 1 驅(qū)動(dòng)器 1 驅(qū)動(dòng)器 N 驅(qū)動(dòng)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(jì)算機(jī)系統(tǒng) 嵌入式 微處理器 硬件層 實(shí)時(shí)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(jī)交互接口 D/A A/D I/O 通用接口 ROM SDRAM 7 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(dá)到系統(tǒng)所要求的功能。 6 圖 21 嵌入式系統(tǒng)的典型組成 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(jì)算機(jī)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(gè)嵌入式系統(tǒng)裝置一般都由嵌入式計(jì)算機(jī)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(huì)具有生命力、才更具有優(yōu)勢。目前，國內(nèi)普遍認(rèn)同的一個(gè)定義是：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)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(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)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(diǎn)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(jī)資源有限，就 必須根據(jù)需求對 TCP/IP 協(xié)議進(jìn)行精簡，而不能完整的實(shí)現(xiàn) TCP/IP 協(xié)議。 2. 對 TCP/IP 協(xié)議棧進(jìn)行研究，并分析各協(xié)議，完成軟件結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)。通過 89C51 系列單片機(jī)和網(wǎng)卡芯片 RTL8019AS 在單片機(jī)上實(shí)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(jìn)行合理的簡化后嵌入到單片機(jī)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(jī)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(jìn)行遠(yuǎn)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(shí)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(kuò)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(jìn)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(shí)現(xiàn)以電子郵件方式進(jìn)行遠(yuǎn)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。 I 基于單片機(jī)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(gè)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(shí)現(xiàn)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。通過對現(xiàn)有的嵌入 Inter 及比較了目前幾種單片機(jī)接入 Inter 實(shí)現(xiàn)方案的前提下，應(yīng)用了一種基于單片自身特點(diǎn)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(jī) II 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 Inter generation. Based on the existing embedded Inter and pared several recent microcontroller access Inter, under the preconditio