基于MSP430+CS8900A的嵌入式以太网系统的设计与实现

论文摘要

因特网在日常生活中的作用越来越重要,并且呈加速发展的趋势。如今,上网不再是个人电脑和网络工作站的专利,很多用微控制器(或称单片机)控制的嵌入式系统也成为因特网网络节点中的一员。通常,这种嵌入式系统称为嵌入式因特网终端。试想,如果通过网页浏览器能够完成对远处微控制器的控制,显示微控制器采集的传感器信号,并且嵌入式终端可以在特殊情况下(如:盗警、火警、煤气泄漏等)用Email方式传送报警信息,从而实现智能家居的远程监控,这将给人们的生活带来极大的便利。为了完成嵌入式Internet的通信,一个可实现的TCP/IP协议栈是必须的。对于32位高档嵌入式处理器构建的嵌入式系统,通常会运行一个集成有TCP/IP协议栈的嵌入式实时操作系统,这样可以方便地接入到Internet。但是对于8位和16位低端处理器构建的嵌入式系统,由于自身处理能力和资源十分有限,通常不运行操作系统。这就要求根据低端处理器的特点对标准TCP/IP协议有所取舍,合理选择,来构建一套通信可靠、功能相对完善的微型TCP/IP协议栈。本文详细阐述了采用TI公司的MSP430单片机控制Cirrus Logic公司的以太网芯片CS8900A实现嵌入式因特网终端的设计与开发过程,包括硬件和软件两部分。硬件部分描述了嵌入式网络终端的整体框架规划,各器件的选型以及电路接口设计;软件部分讲述了以太网芯片CS8900A驱动程序的实现,精简TCP/IP协议栈在单片机中的实现以及在此基础上完成的应用功能设计。本设计实现了应用MSP430单片机控制以太网芯片CS8900A并实现与本地局域网通信的功能。在精简TCP/IP协议栈的基础上能够通过网页浏览远程终端信息,同时可以使用Email机制将特定事件或异常信息发送到指定邮箱。随着Internet技术在电子产品中的广泛应用,本设计的成功实现对嵌入式Internet技术应用于远程数据采集和监控等领域有着一定的参考和借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源与背景
• 1.2 嵌入式Internet应用发展现状
• 1.2.1 嵌入式系统直接接入因特网
• 1.2.2 嵌入式系统通过网关间接接入因特网
• 1.3 课题研究意义
• 1.4 论文研究的主要内容
• 第2章 嵌入式TCP/IP协议介绍
• 2.1 引言
• 2.2 TCP/IP协议综述
• 2.3 TCP/IP协议栈的工作流程
• 2.3.1 封装的具体过程
• 2.3.2 分用的具体过程
• 2.3.3 TCP/IP的通信过程
• 2.4 嵌入式TCP/IP协议介绍
• 2.4.1 以太网协议
• 2.4.2 ARP协议
• 2.4.3 IP协议
• 2.4.4 ICMP协议
• 2.4.5 TCP协议
• 2.4.6 HTTP协议
• 2.4.7 SMTP协议
• 2.5 嵌入式TCP/IP协议的特点
• 第3章 嵌入式网络终端硬件设计
• 3.1 嵌入式网络终端的硬件结构
• 3.2 单片机MCU部分
• 3.2.1 MSP430单片机介绍
• 3.2.2 MSP430单片机接口电路
• 3.2.3 MSP430单片机复位电路
• 3.3 网卡芯片CS8900A部分
• 3.3.1 CS8900A芯片介绍
• 3.3.2 CS8900A接口电路图
• 3.3.3 网络接口部分
• 3.4 串口通信模块
• 3.5 其它外围电路
• 3.5.1 LCD模块
• 3.5.2 数字温度传感器
• 3.5.3 报警电路
• 第4章 嵌入式网络终端软件设计
• 4.1 软件整体模型框架
• 4.2 CS8900A驱动程序
• 4.2.1 CS8900A的工作原理
• 4.2.2 CS8900A驱动程序的实现
• 4.3 TCP/IP模块程序
• 4.3.1 全局参数的定义
• 4.3.2 缓冲区的定义
• 4.3.3 模块通信流程
• 4.4 TCP/IP各层协议实现
• 4.4.1 以太网层实现
• 4.4.2 ARP协议实现
• 4.4.3 IP协议实现
• 4.4.4 ICMP协议实现
• 4.4.5 TCP协议实现
• 4.5 应用层软件的设计实现
• 4.5.1 嵌入式Web服务器设计
• 4.5.2 嵌入式SMTP客户机设计
• 4.5.3 嵌入式微型网关设计
• 第5章 嵌入式网络终端应用测试
• 5.1 Web服务器的功能测试
• 5.2 SMTP客户机的功能测试
• 5.3 串口与网口数据转发功能的测试
• 第6章 结论
• 参考文献
• 附录A 嵌入式网络终端电路板PC
• 附录B 嵌入式网络终端实物图
• 攻读学位期间公开发表论文
• 致谢
• 研究生履历