车辆轮对检修线网络接口模块的研究

论文摘要

本文以广泛使用的普通8位微控制器为出发点,针对嵌入式系统连入Internet的要求,提出和实现了基于TCP/IP协议并通过MCU将嵌入式系统连入Internet的方案。 文章首先概述了轮对检修线网络接口模块设计问题的提出和前景。在介绍比较了当前国内外几种主要解决方案的前提下,通过对标准TCP/IP的详细分析,并结合轮对检修线网络接口模块的特点,提出了一种构建基于8位微控制器的嵌入式Internet解决方案。 论文在对TCP/IP协议体系做深入分析的基础上,结合AT89C51单片机的资源情况,对TCP/IP协议进行了合理的简化,使其能在单片机上实现。在协议方面主要讨论了网际协议IP、用户数据报协议UDP、Internet控制报文协议ICMP、物理地址解析协议ARP。 本系统主控器采用8位的AT89C51单片机,通过RTL8019AS网卡与以太网在物理上连接起来,并在AT89C51中嵌入了简化的TCP/IP。在硬件上介绍了RTL8019AS网卡芯片的硬件结构和内部存储器结构,以及其收发数据包的方法。 为了验证系统设计的正确性,文章在C++ BUILDER设计了基于TCP/IP协议的应用程序,验证了系统的正确性。 本系统的特点是成本低,通过现有的网络接口可以与Internet方便的连接,同时也可以很方便的与其它的嵌入式设备连接起来。

论文目录

• 第一章 概述
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 论文研究的目的和意义
• 1.3 车辆轮对检修线网络接口模块研究的国内现状
• 1.4 本文的课题支撑及本文的主要工作
• 1.4.1 本文的课题
• 1.4.2 本文的主要工作
• 第二章 车辆轮对检修线网络接口模块的设计方案
• 2.1 车辆轮对检修线的布局
• 2.2 网络接口模块设计的总体框架
• 2.2.1 检测设备数据采集终端的设计
• 2.2.2 常见的嵌入式Internet技术实现方案
• 2.2.3 直接接入的实现方案
• 2.3 小结
• 第三章 检修信息采集终端的设计
• 3.1 数据采集终端的组成及工作原理
• 3.2 并行接口电路模块的设计
• 3.2.1 数据的截取、发送
• 3.2.2 数据的存储
• 3.3 采集终端的软件实现
• 3.3.1 主程序
• 3.3.3 串口发送子程序
• 3.4 小结
• 第四章 TCP/IP协议简介
• 4.1 TCP/IP协议的分层结构
• 4.2 TCP/IP协议的封装和分用
• 4.2.1 什么是封装
• 4.2.2 什么是分用
• 4.3 TCP/IP协议数据报的格式
• 4.3.1 以太网帧格式
• 4.3.2 ARP地址解析报文格式
• 4.3.3 IP网际控制报文格式
• 4.3.4 ICMP报文格式
• 4.3.5 UDP用户数据报协议格式
• 4.4 小结
• 第五章 以太网端口的设计与实现
• 5.1 硬件设计
• 5.1.1 硬件的选型
• 5.1.2 RTL8019AS简介
• 5.1.3 硬件电路框图的设计
• 5.2 网络控制器驱动程序的实现
• 5.2.1 RTL8019AS的工作原理
• 5.2.2 RTL8019AS初始化
• 5.2.3 单片机接收和发送以太网帧
• 5.3 小结
• 第六章 嵌入式TCP/IP协议的实现
• 6.1 UIP协议简介
• 6.2 主程序的设计
• 6.3 ARP协议的实现
• 6.3.1 ARP的报文各字段的意义
• 6.3.2 ARP应答的实现
• 6.3.3 ARP请求的实现
• 6.4 IP和ICMP协议的实现
• 6.4.1 IP的数据报字段的取值
• 6.4.2 IP头校验和的实现
• 6.4.3 发送和接收IP包
• 6.4.4 ICMP数据报格式及Ping功能的实现
• 6.5 UDP协议的实现
• 6.5.1 UDP校验和
• 6.5.2 UDP协议封装（打包）与分用（拆包）的实现
• 6.6 远程上位机监控系统的设计
• 6.7 小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 研究与展望
• 参考文献
• 附录一 作者研究生期间发表的论文
• 附录二 作者研究生期间完成和参与的科研项目
• 致谢