TCP/IP协议栈在嵌入式系统中的定制与实现

论文摘要

随着嵌入式系统和网络的逐渐普及,接入网络的主体也逐渐发生变化,除了计算机之外,越来越多的嵌入式设备也开始需要接入网络。目前通过以太网络共享以单片机应用系统为中心的小型嵌入式设备的信息,成为当今电子界的热点。嵌入式设备要实现以太网络联接,一般要求软件上要支持TCP/IP协议栈,实现有关的以太网通信协议。由于嵌入式设备在功耗、体积、成本等方面的限制,用于其中的协议栈需要在功能和有限的资源之间寻找平衡点。因此,研究与嵌入式系统有关的关键技术——在嵌入式系统中按特定需求整合以太网通信协议有着相当重要的实际意义。本课题根据项目需求,在一个资源有限的8位微控制器上,使用嵌入式TCP/IP协议栈来减少对系统资源的占用,并且提出了系统的整体架构和具体的定制方案。本课题中,嵌入式设备支持嵌入式TCP/IP协议栈,成为嵌入式服务器,客户可以通过集线器本地或者远程的访问服务器的数据资源,实现以太网数据交换。该系统是用带有10位A/D转换器的8位PIC18F67J60微控制器作为嵌入式系统的核心,根据项目需求定制了一套适合该嵌入式系统的TCP/IP协议栈,主要包括：ARP协议、IP协议、ICMP协议、UDP协议、TCP协议、DHCP协议等,并对它们进行了选择性的实现,优化后的协议栈对系统资源消耗较低。然后将Microchip Technology公司的10Base-T ENC28J60以太网接口芯片与网络进行联接,连通后可对嵌入式系统进行访问和控制,轻松实现声音信号及其它信息的传输。通过测试,充分证明了该协议栈可成功运行,从而实现了低成本嵌入式系统的以太网络接入。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 嵌入式TCP/IP协议栈的研究现状
• 1.3 课题的主要工作
• 1.4 定制的硬件结构环境
• 1.4.1 硬件环境结构概述
• 1.4.2 选择以太网接口和微控制器
• 1.4.2.1 以太网的特性
• 1.4.2.2 以太网控制器
• 1.4.2.3 选择主控芯片PIC18F67J60
• 1.4.2.4 选择EXPLORER16开发板
• 1.4.2.5 原理图
• 1.4.2.6 系统工作原理
• 1.5 论文的创新点
• 1.6 论文的结构概述
• 第2章 嵌入式TCP/IP协议栈分析
• 2.1 标准TCP/IP协议的分层结构
• 2.2 TCP/IP协议的封装和分用
• 2.2.1 封装
• 2.2.2 复用
• 2.3 嵌入式TCP/IP协议栈分析
• 2.3.1 协议栈的架构
• 2.3.2 存储器和缓冲区管理分析
• 2.3.3 网络接口层协议分析
• 2.3.4 网络层协议分析
• 2.3.5 传输层协议分析
• 2.3.6 应用层协议分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 嵌入式TCP/IP协议栈的定制过程
• 3.1 C/S通讯模型
• 3.2 嵌入式TCP/IP协议栈模型
• BUFFER'>3.3 缓冲区管理结构DATA_BUFFER
• 3.4 嵌入式TCP/IP协议栈的总体流程
• 3.4.1 网络接口的定制过程
• 3.4.2 ARP协议的定制过程
• 3.4.3 IP协议的定制过程
• 3.4.4 ICMP协议的定制过程
• 3.4.5 UDP协议的定制过程
• 3.4.6 TCP协议的定制过程
• 3.4.7 DHCP协议的定制过程
• 3.4.8 协议栈辅助模块设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 系统测试
• 4.1 测试目标
• 4.2 开发工具
• 4.3 测试步骤
• 4.4 测试结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 总结及不足
• 5.1 总结
• 5.2 论文的不足
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文