<meter id="pryje"><nav id="pryje"><delect id="pryje"></delect></nav></meter>
          <label id="pryje"></label>

          新聞中心

          EEPW首頁 > 嵌入式系統(tǒng) > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 嵌入式TCP/IP協(xié)議棧在單片機(jī)上的實(shí)現(xiàn)

          嵌入式TCP/IP協(xié)議棧在單片機(jī)上的實(shí)現(xiàn)

          作者: 時(shí)間:2010-08-17 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            隨著嵌入式設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)的日益結(jié)合,在系統(tǒng)中引入TCP/IP協(xié)議棧,以支持接入網(wǎng)絡(luò),成為嵌入式領(lǐng)域的一個(gè)重要方向。在此對(duì)基于SST89E516RD的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)方法給予討論。選用SST89E516RD單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了在線仿真和編程的功能,大大節(jié)約了開發(fā)成本。采用VB 6.0語言與Window 98/2000/XP等為軟件開發(fā)平臺(tái),對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試。經(jīng)過幾個(gè)月的軟硬件測(cè)試表明:系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、穩(wěn)定可靠,已基本實(shí)現(xiàn)了最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)。對(duì)其他類似系統(tǒng)移植該項(xiàng)技術(shù)奠定了基礎(chǔ),有很好的參考價(jià)值。

            1 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)

            整個(gè)系統(tǒng)以SST89E516RD單片機(jī)為核心,通過RTL8019AS控制芯片實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。串口完成網(wǎng)卡參數(shù)的修改、在線仿真,在系統(tǒng)中還使用X5045作為外部擴(kuò)展的E2PROM,用來存儲(chǔ)IP地址、物理地址以及網(wǎng)卡的其他配置信息,同時(shí)X5045還具有電壓監(jiān)控、看門狗定時(shí)器、上電復(fù)位三種功能,使用X5045監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行過程,當(dāng)系統(tǒng)不穩(wěn)定時(shí)可以進(jìn)行有效地復(fù)位。圖1為系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。

          系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

            2 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

            系統(tǒng)軟件主要包括客戶端和服務(wù)器端軟件的設(shè)計(jì),主要有以下幾部分內(nèi)容:

            (1)RTL8019AS的初始化和驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì);

            (2)數(shù)據(jù)幀的發(fā)送和接收子程序;

            (3)TCP/IP協(xié)議棧程序的設(shè)計(jì);

            (4)客戶端和服務(wù)器端程序的設(shè)計(jì);

            (5)X5045看門狗和E2PROM程序的設(shè)計(jì)。

            系統(tǒng)的主程序流程圖如圖2所示。

          系統(tǒng)的主程序流程圖

            由圖2可知,系統(tǒng)首先完成對(duì)單片機(jī)定時(shí)器、串口、網(wǎng)卡芯片和等部分的初始化,然后進(jìn)入處理部分的主程序,通過定時(shí)器中斷進(jìn)行網(wǎng)口數(shù)據(jù)的超時(shí)出錯(cuò)處理,并完成TCP定時(shí)器保活和ARP表生存時(shí)間的更新。

            2.1 系統(tǒng)初始化

            所謂初始化和驅(qū)動(dòng)程序是指實(shí)模式下一組硬件芯片的驅(qū)動(dòng)子程序,它們屏蔽了底層硬件處理細(xì)節(jié),同時(shí)向上層軟件提供與硬件無關(guān)的接口。主要包括定時(shí)器初始化,初始化PING表、ARP表,初始化TCP,RTL8019AS的初始化等。RTL8019AS的初始化主要包括網(wǎng)卡的復(fù)位和網(wǎng)卡寄存器的初始化。RTL8019AS的初始化主要包括網(wǎng)卡的復(fù)位和網(wǎng)卡寄存器的初始化。RTL8019AS內(nèi)部寄存器有4頁,與NE2000兼容的有3頁,第4頁不用。頁選擇由CR寄存器的PSl,PS0位確定。在零頁寄存器中可以設(shè)置接收、發(fā)送狀態(tài)配置以及發(fā)送緩存區(qū)的起始頁與接收緩存區(qū)起止頁地址等;在1頁寄存器中可以設(shè)置以太網(wǎng)接口的MAC地址和組播地址。對(duì)網(wǎng)卡的初始化就是對(duì)相關(guān)寄存器初始化,這些寄存器包括CR,RCR,TC-R,PSTART,PSTOP,BNRY,TPSR,ISR,DCR,IMR,CURR,PAGO~PAG5,MAR0~MAR5等。初始化過程如下:

            (1)CR=0x21,選擇頁零的寄存器同時(shí)使芯片處于停止模式,不會(huì)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包;

            (2)RCR=OxE0,設(shè)置接收結(jié)構(gòu)寄存器,monitor方式,所有數(shù)據(jù)包都被拒絕;

            (3)TCR=OxE2,設(shè)置發(fā)送配置寄存器,工作在內(nèi)部lookback模式;

            (4)PSTART=0x4C,接收緩沖區(qū)開始頁面地址;

            (5)PSTOP=0x80,接收緩沖區(qū)中止頁面地址;

            (6)BNRY=0x4C,接收緩沖區(qū)最后頁面指針;

            (7)TPSR=0x40,發(fā)送頁的起始頁地址,初始化為指向第一個(gè)發(fā)送緩沖區(qū)的頁即0x40;

            (8)ISR=0xFF,清除所有中斷標(biāo)志;

            (9)DCR=OxC8,設(shè)置數(shù)據(jù)配置寄存器,使用FIFO緩存,普通模式,8位數(shù)據(jù)DMA;

            (10)IMR=Ox00,設(shè)置中斷屏蔽寄存器;屏蔽所有中斷;

            (11)CR=Ox61,選擇頁一的寄存器;

            (12)CURR=Ox4D,網(wǎng)卡寫內(nèi)存的指針,指向當(dāng)前正在寫的頁的下一頁,初始化時(shí)指和0x4C+1=0x4D;

            (13)設(shè)置多址寄存器MAR0~MAR5,均設(shè)置為Ox00;

            (14)CR=0x22,使網(wǎng)卡芯片開始工作;

            (15)設(shè)置網(wǎng)卡地址寄存器PAR0~PAR5;

            (16)CR=Ox21,選擇頁零的寄存器;

            (17)RCR=OxCC,設(shè)置接收結(jié)構(gòu)寄存器,設(shè)置為使用接收緩沖區(qū),跟外部網(wǎng)絡(luò)連接;

            (18)TCR=0xE0,設(shè)置發(fā)送配置寄存器,啟用CRC自動(dòng)生成和自動(dòng)校驗(yàn),工作在正常模式;

            (19)CR=0x22,使網(wǎng)卡芯片開始工作;

            (20)ISR=0xFF,清除所有中斷標(biāo)志;

            2.2 TCP/IP協(xié)議棧的移植

            以太網(wǎng)幀的發(fā)送與接收屬于協(xié)議層中的最底層。發(fā)送前的協(xié)議封裝和接收時(shí)的協(xié)議分解都非常簡(jiǎn)單。封裝時(shí),只需在上層封裝數(shù)據(jù)前面添加14B的以太網(wǎng)首部就可以了;接收到數(shù)據(jù)幀之后,根據(jù)頭信息中的幀類型字段判斷是否屬于IP包或ARP包,若是就繼續(xù)相應(yīng)的協(xié)議分解,否則將被丟棄,不予處理。幀的接收工作由網(wǎng)卡自動(dòng)完成,只需對(duì)相關(guān)的寄存器如PSTART,P8TOP,CURR和BNRY進(jìn)行適當(dāng)?shù)某跏蓟纯伞R蕴W(wǎng)幀的發(fā)送過程如下:

            (1)初始化命令寄存器CR,啟動(dòng)RTL8019AS;

            (2)設(shè)置數(shù)據(jù)配置寄存器DCR,以字節(jié)方式通信;

            (3)設(shè)置發(fā)送配置寄存器TCR,選擇RTL8019AS數(shù)據(jù)發(fā)送的工作方式;

            (4)設(shè)置遠(yuǎn)程開始地址寄存器RSAR0(低位),RSARl(高位),指明遠(yuǎn)程DMA操作時(shí)所傳送數(shù)據(jù)的起始地址;

            (5)設(shè)置遠(yuǎn)程字節(jié)計(jì)數(shù)寄存器RBCR0(低位),RBCRl(高位),指明遠(yuǎn)程DMA操作時(shí)所傳送的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù);

            (6)設(shè)置命令寄存器CR,開始遠(yuǎn)程DMA寫操作。RTL8019AS自動(dòng)將數(shù)據(jù)I/O端口的數(shù)據(jù)寫入其緩沖區(qū)中;

            (7)開始向數(shù)據(jù)I/O端口傳送需要發(fā)送的數(shù)據(jù);

            (8)數(shù)據(jù)傳送完畢后,設(shè)置發(fā)送頁起始地址寄存器TBCR,指明待發(fā)送數(shù)據(jù)的起始地址;

            (9)設(shè)置發(fā)送字節(jié)計(jì)數(shù)寄存器TBCR0(低位),TBCRl(高位),指明待發(fā)送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù);

            (10)設(shè)置命令寄存器CR,啟動(dòng)本地DMA操作。把緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上;

            (11)結(jié)束。

            需要指出的是,數(shù)據(jù)在發(fā)送前必須先由上到下進(jìn)行層層封裝才能正確地發(fā)送出去,同時(shí),接收到的數(shù)據(jù)包還必須自下而上層層解包才能為用戶所識(shí)別,即協(xié)議分解。在協(xié)議編程實(shí)現(xiàn)中,數(shù)據(jù)封裝與協(xié)議分解互為逆過程。這就是說,必須在數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)嵌入式TCP/IP協(xié)議才能完成數(shù)據(jù)的TCP/IP處理。

            2.3 客戶端和服務(wù)器端程序的設(shè)計(jì)

            分別設(shè)計(jì)客戶端和服務(wù)器端程序。適應(yīng)于不同的工作場(chǎng)合。在面向連接的TCP協(xié)議中,服務(wù)器和客戶機(jī)開始通信之前必須首先建立連接。在連接之前,服務(wù)器程序必須正在運(yùn)行并處于監(jiān)聽模式,等待客戶端的連接。TCP的連接是通過3次握手協(xié)議來完成的。首先,客戶端發(fā)送1個(gè)SYN標(biāo)志位的TCP段給服務(wù)器,其帶有所選擇段的初始序號(hào)。服務(wù)器端收到該報(bào)文段后,以1個(gè)帶有SYN標(biāo)志的段作為應(yīng)答,其中也給出根據(jù)本身情況選擇的初始序號(hào),并包含對(duì)客戶端的確認(rèn)。

            而客戶端收到服務(wù)器端的應(yīng)答后,再次送回1個(gè)報(bào)文段,其中帶有對(duì)服務(wù)器端SYN的確認(rèn)。這樣雙方的連接就建立了,以后就能開始傳送數(shù)據(jù)。同樣終止1條TCP連接實(shí)際上也需3次握手過程。

            3 應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

            為了驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性,應(yīng)用VB開發(fā)了接口程序,構(gòu)建了軟硬件測(cè)試平臺(tái),用來設(shè)置網(wǎng)卡的配置參數(shù)并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。所有配置參數(shù)包括(本地IP地址、服務(wù)器端IP地址、端口號(hào)、網(wǎng)卡物理地址、ping的IP地址、串口號(hào)等)都能通過串口動(dòng)態(tài)地更改。系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)Ping的功能,以方便檢查以太網(wǎng)的狀態(tài)。

            3.1 參數(shù)設(shè)置界面

            用串口線將測(cè)試板(數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)模塊,下同)與計(jì)算機(jī)連接起來,選擇好串口號(hào),然后按“連接單片機(jī)”按鈕,連接狀態(tài)工具欄里出現(xiàn)“已經(jīng)連接”,說明測(cè)試板與計(jì)算機(jī)已經(jīng)連接上,然后就可以修改配置參數(shù)了。在參數(shù)設(shè)置欄中填寫正確的參數(shù)值后,按“設(shè)定”按鈕,接收狀態(tài)欄中會(huì)提示參數(shù)設(shè)置成功,然后按測(cè)試板上的復(fù)位鍵,網(wǎng)卡的參數(shù)配置就被寫到了X5045中。參數(shù)設(shè)置界面如圖3所示。

          參數(shù)設(shè)置界面

            3.2 數(shù)據(jù)收發(fā)測(cè)試界面

            分別測(cè)試客戶端和服務(wù)器端軟件通信是否正常。

            (1)服務(wù)器端程序的測(cè)試

            打開客戶端測(cè)試界面,如圖4所示,設(shè)置連接IP地址為192.168.O.44(該地址必須與服務(wù)器端的IP地址一致),設(shè)置連接端口號(hào)為3330(該端口號(hào)必須與服務(wù)器端端口號(hào)一致)。將作為服務(wù)器端的程序燒入到測(cè)試板的微處理器中,通過圖3修改配置界面,將服務(wù)器端需要的參數(shù)寫入X5045,參數(shù)配置包括;“單片機(jī)IP地址”(指的是測(cè)試板自身的IP地址)為192.168.O.44,“服務(wù)器端IP地址”可以不用設(shè)置(因?yàn)闇y(cè)試板本身就即服務(wù)器端);如果是新網(wǎng)卡芯片,還需要設(shè)置MAC地址,這里設(shè)為121314151617(一般選擇任意的12位數(shù)即可);“服務(wù)器端口號(hào)”設(shè)為3330(必須與客戶端一致);網(wǎng)關(guān)設(shè)為192.168.O.1(要與上位機(jī)保持在同一個(gè)網(wǎng)段內(nèi))。設(shè)置好所有參數(shù)后,可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)了。

          打開客戶端測(cè)試界面

            (2)客戶端程序的測(cè)試

            打開服務(wù)器端測(cè)試界面,如圖5所示。

          打開服務(wù)器端測(cè)試界面

            設(shè)置連接IP地址為192.168.0.44(該地址指的是上位機(jī)自身的IP,必須與客戶端設(shè)置的“服務(wù)器端IP地址”一致),設(shè)置連接端口號(hào)為3330(該端口號(hào)須與客戶端設(shè)置的“服務(wù)器端口號(hào)”一致)。將作為客戶端的程序燒人到系統(tǒng)的微處理器中,參數(shù)配置:“服務(wù)器IP地址”(指的是上位機(jī)的IP地址)為192.168.0.44,“單片機(jī)IP地址”可以不用設(shè)置(因?yàn)橄到y(tǒng)僅作為客戶端),“服務(wù)器端口號(hào)”設(shè)為3330(必須與客戶端一致),網(wǎng)關(guān)設(shè)為192.168.0.1(要與上位機(jī)保持在同一個(gè)網(wǎng)段內(nèi))。設(shè)置好所有參數(shù)之后,即可進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。服務(wù)器端的數(shù)據(jù)可以被發(fā)送到串口,同樣,數(shù)據(jù)也可以從串口發(fā)送到服務(wù)器端。測(cè)試表明:上位機(jī)通過以太網(wǎng)與系統(tǒng)之間的通信正常。

            4 結(jié)語

            在此實(shí)現(xiàn)了TCP/IP協(xié)議棧在單片機(jī)上的移植,完成了系統(tǒng)的硬件電路和相關(guān)嵌入式軟件的設(shè)計(jì),應(yīng)用VB開發(fā)了上位機(jī)修改參數(shù)界面,通過串口完成對(duì)網(wǎng)卡等參數(shù)的配置和修改,解決了數(shù)據(jù)包的超時(shí)重發(fā)、定時(shí)?;睢?shù)配置、硬件看門狗復(fù)位等一系列問題。實(shí)驗(yàn)表明,整套程序比較穩(wěn)定,收發(fā)數(shù)據(jù)正常,TCP超時(shí)重傳效果很好。經(jīng)過近1個(gè)月的測(cè)試,沒有出現(xiàn)任何丟包和堵塞的現(xiàn)象。

          tcp/ip相關(guān)文章:tcp/ip是什么




          評(píng)論


          相關(guān)推薦

          技術(shù)專區(qū)

          關(guān)閉
          看屁屁www成人影院,亚洲人妻成人图片,亚洲精品成人午夜在线,日韩在线 欧美成人 (function(){ var bp = document.createElement('script'); var curProtocol = window.location.protocol.split(':')[0]; if (curProtocol === 'https') { bp.src = 'https://zz.bdstatic.com/linksubmit/push.js'; } else { bp.src = 'http://push.zhanzhang.baidu.com/push.js'; } var s = document.getElementsByTagName("script")[0]; s.parentNode.insertBefore(bp, s); })();