【正文】 .............................30 TCP 的報文段 ........................................................................................................................30 TCP 協(xié)議的實現(xiàn) ....................................................................................................................31 運輸控制塊 TCB ............................................................................................................................31 處理傳入數(shù)據(jù)模塊 .........................................................................................................................32 處理數(shù)據(jù)輸出模塊 ......................................................................................................................32 定時管理器 .....................................................................................................................................34 SMTP 協(xié)議的實現(xiàn) ........................................................................................................................36 客戶機與服務器之間的交互 ...............................................................................................36 SMTP 郵件協(xié)議的實現(xiàn) .........................................................................................................37結束語 ......................................................................................................................................................39致謝 ..........................................................................................................................................................40參考文獻 ..................................................................................................................................................41第 1 章 引 言 論文選題的背景及意義嵌入式 Inter 是本世紀計算機世界的一項熱門技術。嵌入式設備的聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)開始。這種趨勢使著嵌入式Inter 技術的產(chǎn)生和迅速發(fā)展。近年來以單片機(Micro Computer Unit，MCU)為代表的嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)探測系統(tǒng)、智能儀器、安防系統(tǒng)、智能家電和信息家電領域得到了廣泛應用。Inter技術和嵌入式技術的相互融合，不僅為嵌入式系統(tǒng)的設計和開發(fā)帶來了前所未有的發(fā)展空間和機遇，也使得Inter應用進入了嵌入式Inter時代。因此，嵌入式系統(tǒng)的Inter接入技術，將會有極其廣闊的應用前景。鑒于 8/16 位單片機大量存在于嵌入式領域，在單片機上實現(xiàn) TCP/IP 協(xié)議時嵌入式 Inter 的關鍵技術之一。 本文主要工作 本文主要工作是將 TCP/IP 協(xié)議嵌入低檔單片機中。具體的工作有：1. 將 TCP/IP 協(xié)議嵌入低檔單片機的硬件系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)。3. 對我們需要的協(xié)議進行必要的精簡和修改，以達到軟件的實現(xiàn)。第 2 章 嵌入式 Inter 系統(tǒng)組成 嵌入式系統(tǒng)概述 嵌入式系統(tǒng)的概念機特點基于 IEEE 的定義，嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助設備、機器和車間運行的裝置” 。不過，這個定義還不能充分體現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的精髓。 可以從以下幾個方面理解嵌入式系統(tǒng)的定義。 嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術以及各個行業(yè)的具體應用相結合的產(chǎn)物。從嵌入式定義可以看出嵌入式系統(tǒng)幾個重要特征。2. 專用性強。4. 高實時性。.嵌入式計算機系統(tǒng)是整個嵌入式系統(tǒng)的核心，由硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應用軟件層組成。嵌入式系統(tǒng)在功能及實現(xiàn)上都有很嚴格的限制，必須考慮實時性、體積、功耗及散熱等，同時要滿足可靠性及安全性。目前全世界嵌入式處理器的品種已經(jīng)有 1000 多種，體系結構有 30 多個系列，其中主流的體系有ARM、PowerPC、x8SH 和 MIPS 等。EOS 負責嵌入系統(tǒng)的全部軟硬件資源的分配、任務調(diào)度，控制、協(xié)調(diào)并發(fā)活動。目前，已經(jīng)有一些比較成功的 EOS 產(chǎn)品系列。嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實時高效性、硬件的相關依賴性、軟件固話以及應用的專用性等方面具有較為突出的特點。開放性、可伸縮性的體系結構。EOS 實時性一般較強，可用于各種設備控制中。4. 統(tǒng)一的接口。5. 提供強大的網(wǎng)絡功能，支 TCP/IP 協(xié)議及其他協(xié)議，提供IP/TCP/UDP/PPP 協(xié)議支持及統(tǒng)一的 MAC 訪問層接口，為各種移動計算設備預留接口。固化代碼。 嵌入式 Inter 嵌入式 Inter 概念及特點嵌入式 Inter(Embedded Inter)起源于把嵌入式系統(tǒng)與 Inter 結合起來的這種想法。嵌入式 Inter 技術的誕生雖然不算久，但發(fā)展卻相當迅速，我們還未適應它的時候，很多相關的技術已經(jīng)出現(xiàn)了，很多大的芯片制造商開始研制功能更強大的嵌入式芯片，軟件廠商則開發(fā)出了微型的 Web 服務器、TCP/IP 協(xié)議棧。隨著 PC 機時代的到來，21 世紀將是嵌入式 Inter 的時代。這些瘦服務器將與我們所能想到的各種物理信息、生物信息相聯(lián)接，通過Inter 網(wǎng)自動地、實時地、方便地、簡單地提供給需要這些信息的對象。目前的 Inter 采用 TCP/IP 協(xié)議，因此嵌入式系統(tǒng)接入 Inter 最終必須通過 TCP/IP 協(xié)議，對信息進行 TCP/IP 協(xié)議處理，使其變成可以在 Inter 上傳輸?shù)?IP 數(shù)據(jù)包。單片機的缺點是資源有限，無法容納下Inter的TCP/IP協(xié)議簇。其難點在于：如何利用單片機自身有限的資源對信息進行TCP/IP協(xié)議處理，使之變成可以在Inter 上傳輸?shù)腎P 數(shù)據(jù)包。 單片機接入 Inter 方案1. PC 網(wǎng)關(Gateway)與專用網(wǎng)結合接入 Inter 首先嵌入式系統(tǒng)和嵌入式網(wǎng)關連接通信， 連接方式采用傳統(tǒng)的 RS232, RS482, RS485,IIC、SPI 、USB 、CAN、LIN 總線等輕量級網(wǎng)絡協(xié)議。嵌入式網(wǎng)關向嵌入式系統(tǒng)提供 Inter 或 Intra 通信和管理服務。這種技術需要一個專門的嵌入式網(wǎng)關，而且網(wǎng)關和嵌入式系統(tǒng)之間通信也會受到輕量級網(wǎng)絡協(xié)議的制約。缺點是接入成本比較高，不利于大規(guī)模推廣?；谶@種接入技術模型，EmWare 公司提出了嵌入式微 Inter 網(wǎng)絡技術EMIT ( embedded micro interworking technology)。圖 22 圖 21 采用專用嵌入式網(wǎng)絡協(xié)議方式2. 高性能MCU+RTOS 即用軟件方式直接處理TCP/IP協(xié)議。采用這種方法的缺點是：對開發(fā)人員的要求高，必須對操作系統(tǒng)和TCP/IP協(xié)議都要有一定的熟悉，開發(fā)周期也較長，難度相對較大。如圖23所示.圖 23 在嵌入式實時操作系統(tǒng) RTOS 上運行 TCP/IP3. 使用專用的嵌入式芯 專用嵌入式芯片是一種內(nèi)置了通信和控制功能的單片機，采用這種方案的芯片有UbiCom 公司的IP2022，Seiko Instruments公司的S7600A ,iReady公司的Inter Tuner，Connect One公司的iChip等。也可用Scenix 公司的8位SX單片機加虛擬外設的方式接入Inter。這類芯片功能強，能夠實現(xiàn)多種網(wǎng)絡協(xié)議，一般提供有相應的TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議棧。如圖24所示。單片機加載TCP/IP協(xié)議控制以太網(wǎng)網(wǎng)卡進行數(shù)據(jù)傳輸，并通過TCP/IP協(xié)議聯(lián)接到互聯(lián)網(wǎng)。這種方法實現(xiàn)起來比較簡單，而且可根據(jù)實際需要進行功能擴展，但是需要在單片機上實現(xiàn)嵌入式TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議，軟件編程的工作量比較大。本文設計的系統(tǒng)就是采用這種技術方案。如表 21 所示，它可以分為 4 層，由低到高一次為：網(wǎng)絡接口層、網(wǎng)際層、傳輸層和應用層。(1) 第一層 網(wǎng)絡接口層 網(wǎng)絡接口層包括用于協(xié)作 IP 數(shù)據(jù)在已有網(wǎng)絡介質(zhì)上傳輸協(xié)議。相反它定義像地址解析協(xié)議這樣的協(xié)議，提供 TCP/IP 協(xié)議的數(shù)據(jù)結構和實際物理硬件之間的接口。網(wǎng)際層主要有以下協(xié)議。? ICMP 協(xié)議( 網(wǎng)絡控制報文協(xié)議)：處理路由，協(xié)助 IP 層實現(xiàn)報文傳送的控制機制，提供錯誤和信息報告。? RARP 協(xié)議(逆向地址解析協(xié)議)：將鏈路層地址轉換為網(wǎng)絡層地址。其中TCP 協(xié)議提供可靠的數(shù)據(jù)流運輸服務，UDP 協(xié)議提供不可靠的用戶數(shù)據(jù)服務。? TCP 協(xié)議：傳輸控制協(xié)議，提供可靠的面向連接的數(shù)據(jù)傳輸服務。(4) 第四層 應用層對應于 OSI 7 層參考模型的應用層和表達層，應用層是將應用程序的數(shù)據(jù)傳送給傳輸層，以便進行信息交換。? FTP 文件傳輸協(xié)議：為文件傳輸提供路徑，它允許數(shù)據(jù)從一臺主機傳送到另一臺主機上，我們可以從 FTP 服務器上下載文件，或者向 FTP服務器上傳文件。? DNS 域名服務系統(tǒng)：用于實現(xiàn)主機域名到 IP 地址之間的轉換。? TELNE 虛擬終端服務：實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)中的工作站登陸到遠程服務器的能力。? RIP 路由信息協(xié)議：用于網(wǎng)絡設備之間交換路由信息。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，這個過程如圖 31 所示。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。圖 31 數(shù)據(jù)進入?yún)f(xié)議棧時的封裝過程TCP 和 UDP 都用一個 16bit 的端口號來表示不同的應用程序，并把源端口號和目的端口號分別存入報文首部中，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 首部中加入某種標勢。而網(wǎng)絡接口分別要接收和發(fā)送 IP、ARP 和 RARP 數(shù)據(jù)，因此也需要在以太網(wǎng)幀首部中加入標用戶數(shù)據(jù)用戶數(shù)據(jù)TCP 首部14B 20B 20B 4B應用數(shù)據(jù)應用數(shù)據(jù)應用數(shù)據(jù)Appl首部以太網(wǎng)驅動程序以太網(wǎng)首部以太網(wǎng) 尾部應用數(shù)據(jù)IP 首部IP 首部TCP 首部TCP 首部IP 報文段TCP 報文段以太網(wǎng)幀TCPIP以太網(wǎng)識，以指明生成數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡協(xié)議層。要指出的是 UDP 數(shù)據(jù)與 TCP 數(shù)據(jù)唯一不同是 UDP 傳給 IP 的信息單元稱作UDP 數(shù)據(jù)報，而且 UDP 的首部長為 8B。每層協(xié)議盒都要去檢查報文首部中的協(xié)議標識，以確定接受數(shù)據(jù)的上層協(xié)議，這個過程稱作分用。圖 32 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的分用過程 協(xié)議層簡介 網(wǎng)際層協(xié)議網(wǎng)際協(xié)議時 TCP/IP 協(xié)議最重要的組成部分，是整個協(xié)議族的核心，主要負責網(wǎng)絡層 IP 分組的傳輸。IP 提供不可靠的、無連接的、盡最大努力交付的分組傳輸機制。2) IP 規(guī)定了 IP 分組的路由機制。這些規(guī)則指明了主機和路由器應該如何處理 IP 分組、何時及如何發(fā)現(xiàn)錯誤信息以及在什么情況下可以放棄分組等等。 IP 地址分配 地址 計算機網(wǎng)絡內(nèi)的每臺計算機必須具有唯一的身份標識符。IP 地址有兩部分組成：網(wǎng)絡號和主機號。對于同一網(wǎng)絡號而言，主機號是唯一的。在 IPv4 中使用的 IP 地址是 32 位的二進制地址。在點分十進制中，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。IP 地址的 4 個域分別標明了網(wǎng)絡號和主機號。如表 所示。 B 類地址：用于支持大型和中型網(wǎng)絡。 C 類地址：用于局域網(wǎng)。D 類地址：用于多路廣播組用戶。整個 E類地址是一種不用的實驗性地址。IP 地址編號只是一個邏輯地址，不是硬件地址。所以在進行底層數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候必須將 IP 地址轉換為硬件地址，即介質(zhì)訪問控制地址