【正文】 BS 和 CS 兩種通訊模式，即基于 web 服務(wù)器的瀏覽器訪問方式和基于客戶端服務(wù)器訪問方式進(jìn)行了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用試驗。其次是該硬件平臺上實時操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的建立，這包含兩部分任務(wù)，一是 ARM 上實時操作系統(tǒng)的實現(xiàn)，闡述一下實時操作系統(tǒng)μ COSⅡ在 ARM處理器上的實現(xiàn)過程。其中，主體電路包括了系統(tǒng)內(nèi)存單元，調(diào)試接口等。 10 方案一 對嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊進(jìn)行了研究和設(shè)計，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了其遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用。上層網(wǎng)絡(luò)軟件讀入幀的類型字段，判斷這個信息幀是 ARP 包還是 IP 包，然后再交給不同的協(xié)議棧處理。 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸過程 當(dāng)一個以太網(wǎng)站點的信息幀被發(fā)送到共享的信號信道或介質(zhì)時，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 48 比特地址字段，其中包含有目的地址。除去 DA、 SA 和 Type 共 14 字節(jié)以外，還最少必須傳輸 46 字節(jié)的數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)不足 46 字節(jié)時需填充，填充字符的個數(shù)不包括在長度字段里，超過 1500 字節(jié)，需要拆成多個幀傳送。數(shù)據(jù)段為 461500 字節(jié)。一個標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)物理傳輸幀由前導(dǎo)列 PR、分 隔位 SD、目的地址 DA、源地址SA、類型字段 Type、數(shù)據(jù)段 Data、填充位 PAD 和幀校驗序列 FCS 共 8 部分組成。 9 以太網(wǎng)幀格式 各種通訊協(xié)議都有自己的報文格式， TCP/IP 也不例外，它也有自己單獨的報文格式。 ? 超時為避免循環(huán)路由，每個 IP 數(shù)據(jù)報的 TTL 倒計時為 0 時，就丟棄該分組，同時向源站發(fā)送超時文本。為防止 ICMP 的無限產(chǎn)生和傳送， ICMP 差錯報文不會產(chǎn)生 ICMP 報文。所有的 IP 服務(wù)器和主機都支持這個協(xié)議。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。把一份數(shù)據(jù)報分片以后，只有到達(dá)目的地后才進(jìn)行重組，重組是由目的端 IP 層完成， IP 首部中包含的數(shù)據(jù)分為分片和重組提供了足夠的信息。 IP 協(xié)議進(jìn)行分段的原則就是一個較長的 IP 分組經(jīng)過一個 MTU值較小的物理網(wǎng)絡(luò)時，把長分組分割成較小的分組進(jìn)行傳輸，這個過程稱為分片。 ⑤ 若該網(wǎng)關(guān)硬件地址不在 ARP 中，則通過 ARP 廣播獲得，一旦獲得硬件地址，ICMP 響應(yīng)就傳送到路由器上，后傳到源主機。 8 ④ 目標(biāo)主機接收到請求后，形成 ICMP 響應(yīng)。 ③ 在路由器上，由 IP 決定目標(biāo)地址是本地地址還是遠(yuǎn)程地 址。 ① 通信請求初始化時，得知目標(biāo) IP 地址為遠(yuǎn)程地址，源主機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。源主機收到回復(fù)后就建立起了通信。 ④ 當(dāng)目標(biāo)主機斷定請求的 IP 地址自己相符時，會直接發(fā)送一個 ARP 回復(fù)，將自己的硬件地址傳給源主機。 ② 如果找不到映射， ARP 建立一個請求，源主機 IP 地址和硬件地址都會包括在請求中，這個請求通過廣播，是所有本地主機都可以接受處理。 ① 當(dāng)一臺主機須要與另一臺主機通信時，初始化 ARP 請求。 (2) 主機 IP 地址解析為硬件地址。 (1) ARP 緩存 ARP 在緩存中保存地址映射以備用， ARP 緩存保存有動態(tài)和靜態(tài)項。 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， IP 地址編號只是一個邏輯地址，不是硬件地址。最高位置為 1111。高 4 位總置為 110，余下的為用于標(biāo)明客戶機所屬的組。高 3 位置為二進(jìn)制 110，允許 2097152 個網(wǎng)絡(luò)。最高兩位總置于二進(jìn)制的 10，允許有 16384個網(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)。如表 21 所示。 IP地址的 4 個域分別標(biāo)明了網(wǎng)絡(luò)號和主機號。在點分十進(jìn)制中，每個 IP 地址的長度為 4 個字節(jié)，有 4 個 8 位域組成，稱之為八為體。在 IPv4 中使用的 IP 地址是 32 位的二進(jìn)制地址。對于同一網(wǎng)絡(luò)號而言，主機號是唯一的。 IP 地址有兩部分組成：網(wǎng)絡(luò)號和主機號。 6 網(wǎng)際層協(xié)議 IP地址分配 計算機網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每臺計算機必須具有唯一的身份標(biāo)識符。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。 圖 22 數(shù)據(jù)進(jìn)入?yún)f(xié)議棧時的封裝過程 TCP 和 UDP 都用一個 16bit 的端口號區(qū)分不同的應(yīng)用程序，并將源端口號與目的端口號分別放入報文首部里，由于 TCP、 UDP、 ICMP 跟 IGMP 都要向 IP 傳送數(shù)據(jù)，因此 IP 必須在生成的 IP 首部添加某種標(biāo)識。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的 物理特性是其長度必須在 46B— 1500B 之間。其中每一層對收到的信息都要增加一些首部信息，必要時還要增加尾部信息，這個過程稱作封裝。其它的協(xié)議還有遠(yuǎn)程登錄、簡單郵件傳輸協(xié)議、簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議等。 HTTP 用于將文件從一個主機傳送到另一個主機，并在請求方主機上顯示文字、文件； FTP 用于將文件 從一個主機傳送到另一個主機，并將文件存儲在發(fā)出請求的主機內(nèi)。 應(yīng)用層：負(fù)責(zé)對接收的數(shù)據(jù)提供解釋服務(wù)。 傳輸層：主要為兩臺主機上的應(yīng)用程序提供發(fā)送端到目的端的通信。 IP 協(xié)議就是層中傳送數(shù)據(jù)的機制。 圖 21 TCP/IP 參考模型與 OSI 參考模型比較 鏈路層：也稱作數(shù)據(jù)鏈路層或網(wǎng)絡(luò)接口層，定義計算機怎樣連接網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)必須通過對網(wǎng)絡(luò)的連接才能傳出去，它提供物理介質(zhì) (如網(wǎng)卡芯片 )與單片機的接口，將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成上一層能識別的邏輯幀。 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。另一方面，通過此篇論文的寫作，我的科研能力、論文寫作能力及對全局考慮的思維能力都有全面的提升，為我的就業(yè)之路打好一個堅實的基礎(chǔ)。因此，基于單片機的嵌入式系統(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]。以太網(wǎng)使得大量數(shù)據(jù)的快速傳輸成為可能，以 此能夠充分利用 PC機上各種資源，完成數(shù)據(jù)的存儲、分析、統(tǒng)計工作外，還可以實現(xiàn)測控系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換，對于智能化、模塊化的嵌入式設(shè)備集群的實現(xiàn)提供了另一種途徑。 Inter 己成為社會重要的基礎(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。在一些工業(yè)的應(yīng)用中，為了實現(xiàn)多個 MCU 之間的信息交流，利用 RS23 RS485 等總線將 MCU 組網(wǎng)，但是這種網(wǎng)絡(luò)的有效半徑比較有限，有關(guān)的協(xié)議也比較少，并且一般是孤立于因特 網(wǎng)以外 [2]。 單片機已經(jīng)在家庭和工業(yè)的各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，以 MCU 為核心，與一些監(jiān)測、伺服、指示設(shè)備配合實現(xiàn)一定的功能，通稱為嵌入式系統(tǒng)。其中既有針對 32 位、 64 位的高檔嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的協(xié)議棧，也有適合中低檔嵌入式應(yīng)用的 輕便型 TCP/IP 協(xié)議產(chǎn)品。另據(jù)網(wǎng)絡(luò)專家預(yù)測， 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) 。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，以太網(wǎng)已經(jīng)非常廣泛地應(yīng)用于各種計算機網(wǎng)絡(luò)，它已成為當(dāng)今 Inter 中底層鏈接不可缺少的部分。 TCP/IP 協(xié)議可以通過調(diào)制解調(diào)器實現(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)測方式。在公司實習(xí)中我對 TCP/IP 協(xié)議的子程序 ARP、 RARP、 ICMP、 IGMP 等協(xié)議程序有了更深入的理解，加快了從理論知識轉(zhuǎn) 化為實際操作的進(jìn)度，為我的畢業(yè)設(shè)計成功實現(xiàn)奠定了良好的基礎(chǔ)。雖然應(yīng)用 TCP/IP 協(xié)議專用芯片能降低開發(fā)難度，但會增加系統(tǒng)硬件電路設(shè)計的復(fù)雜性，這種方法的開發(fā)成本也較高 [1]。由于這種 方法對硬件配置要求較高，所以它不僅開發(fā)難度大，而且開發(fā)成本高。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加 TCP/IP 協(xié)議，這種接入方式對 TCP/1P 協(xié)議的處理有兩種方法。 Inter 一旦與家庭生活用品相結(jié)合，必然給家庭生活的網(wǎng)絡(luò)接入帶來飛速的發(fā)展。 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 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ................................................... 1 課題的設(shè)計目的 ................................................... 2 本文的研究內(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 .........................