【正文】 ...........................................29 2 TCP 協(xié)議的實(shí)現(xiàn) ................................................................................................................................30 TCP的報(bào)文段 .............................................................................................................................30 TCP 協(xié)議的實(shí)現(xiàn) .........................................................................................................................31 運(yùn)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(shí)管理器 .............................................................................................................................34 SMTP 協(xié)議的實(shí)現(xiàn) .............................................................................................................................36 客戶機(jī)與服務(wù)器之間的交互 ...................................................................................................36 SMTP郵件協(xié)議的實(shí)現(xiàn) .............................................................................................................37 結(jié)束語(yǔ) ............................................................................................................................................................39 致謝 ................................................................................................................................................................40 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................................................41 3 第 1 章 引 言 論文選題的背景及意義 嵌入式 Inter 是本世紀(jì)計(jì)算機(jī)世界的一項(xiàng)熱門技術(shù)。嵌入式設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)開(kāi)始。這種趨勢(shì)使著嵌入式 Inter 技術(shù)的產(chǎn)生和迅速發(fā)展。 近年來(lái)以單片機(jī) (Micro Computer Unit， MCU)為代表的嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)探測(cè)系統(tǒng)、智能儀器、安防系統(tǒng)、智能家電和信息家電領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 Inter技術(shù)和嵌入式技術(shù)的相互融合，不僅為嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)帶來(lái)了前所未有的發(fā)展空間和機(jī) 遇，也使得 Inter應(yīng)用進(jìn)入了嵌入式 Inter時(shí)代。因此，嵌入式系統(tǒng)的 Inter接入技術(shù)，將會(huì)有極其廣闊的應(yīng)用前景。 鑒于 8/16 位單片機(jī)大量存在于嵌入式領(lǐng)域，在單片機(jī)上實(shí)現(xiàn) TCP/IP 協(xié)議時(shí)嵌入式 Inter 的關(guān)鍵技術(shù)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(jī)中。具體的工作有： 1. 將 TCP/IP 協(xié)議嵌入低檔單片機(jī)的硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。 3. 對(duì)我們需要的協(xié)議進(jìn)行必要的精簡(jiǎn)和修改，以達(dá)到軟件的實(shí)現(xiàn)。 4 5 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(jī) 特點(diǎn) 基于 IEEE 的定義，嵌入式系統(tǒng)是 “控制、監(jiān)視或者輔助設(shè)備、機(jī)器和車間運(yùn)行的裝置 ”。不過(guò)，這個(gè)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(gè)方面理解嵌入式系統(tǒng)的定義。 嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)以及各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。 從嵌入式定義可以看出嵌入式系統(tǒng)幾個(gè)重要特征。 2. 專用性強(qiáng)。 4. 高實(shí)時(shí)性。 .嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的核心，由硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件層組成。嵌入式系統(tǒng)在功能及實(shí)現(xiàn)上都有很嚴(yán)格的限制，必須考慮實(shí)時(shí)性、體積、功耗及散熱等，同時(shí)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(jié)構(gòu)有 30 多個(gè)系列，其中主流的體系有 ARM、 PowerPC、x8 SH 和 MIPS 等 。 EOS 負(fù)責(zé)嵌入系統(tǒng)的全部軟硬件資源的分配、任務(wù)調(diào)度，控制、協(xié)調(diào)并發(fā)活動(dòng)。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(shí)時(shí)高效性、硬件的相關(guān)依賴性、軟件固話以及應(yīng)用的專用性等方面具有較為突出的特點(diǎn)。開(kāi)放性、可伸縮性的體系結(jié)構(gòu)。 EOS 實(shí)時(shí)性一般較強(qiáng)，可用于各種設(shè)備控制中。 4. 統(tǒng)一的接口。 5. 提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)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(wèn)層接口，為各種移動(dòng)計(jì)算設(shè)備預(yù)留接口。固化代碼。 嵌入式 Inter 嵌入式 Inter概念及特點(diǎn) 嵌入式 Inter(Embedded Inter)起源于把嵌入式系統(tǒng)與 Inter 結(jié)合起來(lái)的這種想法。嵌入式 Inter 技術(shù)的誕生雖然不算久，但發(fā)展卻相當(dāng)迅速，我們還未適應(yīng)它的時(shí)候，很多相關(guān)的技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)了，很多大的芯片制造商開(kāi)始研制功能更強(qiáng)大的嵌入式芯片，軟件廠商則開(kāi)發(fā)出了微型的 Web 服務(wù)器、TCP/IP 協(xié)議棧。隨著 PC 機(jī)時(shí)代的到來(lái)， 21 世紀(jì)將是嵌入式 Inter 的時(shí)代。這些瘦服務(wù)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(guò)Inter 網(wǎng)自動(dòng)地、實(shí)時(shí)地、方便地、簡(jiǎn)單地提供給需 要這些信息的對(duì)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(guò) TCP/IP 協(xié)議，對(duì)信息進(jìn)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(jī)的缺點(diǎn)是資源有限，無(wú)法容納下 Inter的 TCP/IP協(xié)議簇。其難點(diǎn)在于：如何利用單片機(jī)自身有限的資源對(duì)信息進(jìn)行 TCP/IP協(xié)議處理，使之變成可以在 Inter上傳輸?shù)?IP數(shù)據(jù)包。 單片機(jī)接入 Inter方案 1. PC 網(wǎng)關(guān) (Gateway)與專用網(wǎng)結(jié)合接入 Inter 首先嵌入式系統(tǒng)和嵌入式網(wǎng)關(guān)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(jí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。嵌入式網(wǎng)關(guān)向嵌入式系統(tǒng)提供 Inter 或 Intra 通信和管理服務(wù)。這種技術(shù)需要一個(gè)專門的嵌入式網(wǎng)關(guān)，而且網(wǎng)關(guān)和嵌入式系統(tǒng)之間通信也會(huì)受到輕量級(jí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的制約。缺點(diǎn)是接入成本比較高，不利于大規(guī)模推廣。基于這種接入技術(shù)模型， EmWare公司提出了嵌入式微 Inter網(wǎng)絡(luò)技術(shù) EMIT ( embedded micro interworking technology)。 圖 22 圖 21 采用專用嵌入式網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)是：對(duì)開(kāi)發(fā)人員的要求高，必須對(duì)操作系統(tǒng)和 TCP/IP協(xié)議都要有一定的熟悉，開(kāi)發(fā)周期也較長(zhǎng)，難度相對(duì)較大。如圖 23所示 . emGateway (PC 機(jī) ) 文件系統(tǒng) Inter Web Browser RS232 RS485 emMirco 應(yīng)用系統(tǒng) +em MCUNet 9 圖 23 在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) RTOS 上運(yùn)行 TCP/IP 3. 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(jī)，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(jī)加虛擬外設(shè)的方式接入 Inter。這類芯片功能強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，一般提供有相應(yīng)的 TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。如圖 24所示。單片機(jī)加載 TCP/IP協(xié)議控制以太網(wǎng)網(wǎng)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并通過(guò) TCP/IP協(xié)議聯(lián)接到 互聯(lián)網(wǎng)。這種方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，而且可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行功能擴(kuò)展，但是需要在單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)嵌入式TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，軟件編程的工作量比較大。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)就是采用這種技術(shù)方案。如表 21 所示，它可以分為 4 層，由低到高一次為：網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)際層、傳輸層和應(yīng)用層。 (1) 第一層 網(wǎng)絡(luò)接口層 網(wǎng)絡(luò)接口層包括用于協(xié)作 IP 數(shù)據(jù)在已有網(wǎng)絡(luò)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(jié)構(gòu)和實(shí)際物理硬件之間的接口。 網(wǎng)際層主要有以下協(xié)議。 11 ? ICMP 協(xié)議 (網(wǎng)絡(luò)控制報(bào)文協(xié)議 )：處理路由，協(xié)助 IP 層實(shí)現(xiàn)報(bào)文傳送的控制機(jī)制，提供錯(cuò)誤和信息報(bào)告。 ? RARP 協(xié)議 (逆向地址解析協(xié)議 )：將鏈路層地址轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)層地址。其中 TCP協(xié)議提供可靠的數(shù)據(jù)流運(yùn)輸服務(wù)， UDP 協(xié)議提供不可靠的用戶數(shù)據(jù)服務(wù)。 ? 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(wù)。 (4) 第四層 應(yīng)用層 對(duì)應(yīng)于 OSI 7 層參考模型的應(yīng)用層和表達(dá)層，應(yīng)用層是將應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)傳送給傳輸層，以便進(jìn)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(tái)主機(jī)傳送到另一臺(tái)主機(jī)上，我們可以從 FTP 服務(wù)器上下載文件，或者向 FTP 服務(wù)器上傳文件。 ? DNS 域名服務(wù)系統(tǒng)：用于實(shí)現(xiàn)主機(jī)域名到 IP 地址之間的轉(zhuǎn)換。 ? TELNE 虛擬終端服務(wù)：實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)中的工作站登陸到遠(yuǎn)程服務(wù)器的能力。 ? RIP 路由信息協(xié)議：用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 之間交換路由信息。其中每一層對(duì)收到的信息都要增加一些首部信息，必要時(shí)還要增加尾部信息，這個(gè)過(guò)程如圖 31 所示。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的物理特性是其長(zhǎng)度必須在 46B~1500B之間。 圖 31 數(shù)據(jù)進(jìn)入?yún)f(xié)議棧時(shí)的封裝過(guò)程 TCP 和 UDP 都用一個(gè) 16bit 的端口號(hào)來(lái)表示不同的應(yīng)用程序，并把源端口號(hào)和目的端口號(hào)分別存入報(bào)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(biāo)勢(shì)。而網(wǎng)絡(luò)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(biāo)識(shí)，以指明生成數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)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(bào)，而且 UDP 的首部長(zhǎng)為 8B。每層協(xié)議盒都要去檢查報(bào)文首部中的協(xié)議標(biāo)識(shí)，以確定接受數(shù)據(jù)的上層協(xié)議，這個(gè)過(guò)程稱作分用。 圖 32 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的分用過(guò)程 協(xié)議層簡(jiǎn)介 網(wǎng)際層協(xié)議 網(wǎng)際協(xié)議 時(shí) TCP/IP 協(xié)議最重要的組成部分，是整個(gè)協(xié)議族的核心，主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)層 IP 分組的傳輸。 IP 提供不可靠的、無(wú)連接的、盡最