μC/OS-Ⅱ环境下TCP/IP协议栈的研究与实现
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摘要
嵌入式Internet是近几年发展起来的一项新兴概念和技术，它指设备通过嵌入式模块直接接入Internet，以Internet为介质实现信息交互的过程。当前许多国内外大公司都纷纷成立专门机构讨论和制定嵌入式Internet领域的标准和开发相关的技术，使得嵌入式Internet的发展呈现出蓬勃发展之势，其必将在远程监控、数据采集和系统重构等领域引发深刻的变革。本文正是在这种背景下提出的。
本文在研究TCP／IP协议的基础上，结合现有的LwIP、UIP及其它TCP／IP实现方法构建了一套基于μC／OS-Ⅱ的嵌入式TCP／IP系统。系统从硬件平台和软件平台两个方面出发，介绍了在μC／OS-Ⅱ下TCP／IP的实现过程。硬件部分以FreeScale MCF5272和RTL8201BL PHY芯片，配合SDRAM和FLASH以及其它外围电路构建嵌入式系统的最小硬件部分，并介绍了其主要外围电路及各电路的主要作用。软件部分则介绍了μC／OS-Ⅱ的核心部分、嵌入式系统的交叉编译环境的建立，BootLoader的作用及其移植、μC／OS-Ⅱ的移植、TCP／IP的基本知识以及基于LwIP的TCP／IP的移植和网卡驱动程序的编写流程图。
本文完成的主要工作如下：
首先介绍了嵌入式系统的基本知识以及嵌入式TCP／IP的国内外的发展最新动态。其次对MCF5272及其主要的外围电路进行介绍和分析，阐述了嵌入式系统开发环境的搭建和开发时所用到的主要软件介绍。在接下来的章节里则主要分析了μC／OS-Ⅱ操作系统的主要核心部分及其移植。第4章则介绍了TCP／IP协议族的ARP，ICMP，IP，TCP，UDP协议的包结构及其功能特点，TCP／IP在μC／OS-Ⅱ系统上的实现和网卡驱动程序的编写，并讲述了在其基础上的应用程序开发示例，文章最后对本系统进行了总结与展望。
本课题通过对μC／OS-Ⅱ和TCP／IP的研究，最终形成TCP／IP在μC／OS-Ⅱ上的应用来构建一个收集处理网络数据系统。本课题为用户提供了一个成本较低，功能实用的数据收集和控制的解决方案。必将在嵌入式网关，智能家居系统得到广泛的应用。
Embedded internet system is an emerging concept and technology which is developed in recent years, it refers to directly connect internet through the embedded equipment. Many domestic and foreign big companies establish organization to discuss and formulate the standard and the development related technology, it will be use in the long-distance monitoring, the data acquisition , the system reconstruction and so on.. This thesis is proposes under this background.
This thesis constructs a embedded TCP/IP system based on theμC/OS-Ⅱ,On the basis of studying the TCP/IP protocols and the existing LwIP、UIP、other TCP/IP realizing methods. The system research the TCP/IP realizing process under theμC/OS-Ⅱoperating system, from the hardware and software section. In the hardware section, constructing the mini embeded system with the Freescale company chip of MCF5272 and RTL8201BL PHY of Realtek company、SDRAM、FLASH and other peripheral unit. In the software section, analysing the core section ofμC/OS-Ⅱ、the constructing of cross compiling environment、function and transplant of BootLoader、transplant ofμC/OS-Ⅱand TCP/IP basic knowledge、transplant of TCP/IP based on the LwIP、the driver program of network. The thesis do the work as follow:
At first, talking about the basic knowledge and prospect about the embedded TCP/IP system. Then focusing on the core ofμC/OS-Ⅱand the transplant process ofμC/OS-Ⅱon MCF5272. And introducing some of TCP/IP protocol by some relation reference; emphasizing on TCP/IP transplant, illustrating card drivers program flow chart and giving an example. At last, the thesis has a summary.
Throught the research onμC/OS-Ⅱand TCP/IP , a data collection system was invented. The thesis has provided a low cost and practical resolve project for data collection and controlling. It will be widely used in the embedded field.
本文在研究TCP／IP协议的基础上，结合现有的LwIP、UIP及其它TCP／IP实现方法构建了一套基于μC／OS-Ⅱ的嵌入式TCP／IP系统。系统从硬件平台和软件平台两个方面出发，介绍了在μC／OS-Ⅱ下TCP／IP的实现过程。硬件部分以FreeScale MCF5272和RTL8201BL PHY芯片，配合SDRAM和FLASH以及其它外围电路构建嵌入式系统的最小硬件部分，并介绍了其主要外围电路及各电路的主要作用。软件部分则介绍了μC／OS-Ⅱ的核心部分、嵌入式系统的交叉编译环境的建立，BootLoader的作用及其移植、μC／OS-Ⅱ的移植、TCP／IP的基本知识以及基于LwIP的TCP／IP的移植和网卡驱动程序的编写流程图。
本文完成的主要工作如下：
首先介绍了嵌入式系统的基本知识以及嵌入式TCP／IP的国内外的发展最新动态。其次对MCF5272及其主要的外围电路进行介绍和分析，阐述了嵌入式系统开发环境的搭建和开发时所用到的主要软件介绍。在接下来的章节里则主要分析了μC／OS-Ⅱ操作系统的主要核心部分及其移植。第4章则介绍了TCP／IP协议族的ARP，ICMP，IP，TCP，UDP协议的包结构及其功能特点，TCP／IP在μC／OS-Ⅱ系统上的实现和网卡驱动程序的编写，并讲述了在其基础上的应用程序开发示例，文章最后对本系统进行了总结与展望。
本课题通过对μC／OS-Ⅱ和TCP／IP的研究，最终形成TCP／IP在μC／OS-Ⅱ上的应用来构建一个收集处理网络数据系统。本课题为用户提供了一个成本较低，功能实用的数据收集和控制的解决方案。必将在嵌入式网关，智能家居系统得到广泛的应用。
Embedded internet system is an emerging concept and technology which is developed in recent years, it refers to directly connect internet through the embedded equipment. Many domestic and foreign big companies establish organization to discuss and formulate the standard and the development related technology, it will be use in the long-distance monitoring, the data acquisition , the system reconstruction and so on.. This thesis is proposes under this background.
This thesis constructs a embedded TCP/IP system based on theμC/OS-Ⅱ,On the basis of studying the TCP/IP protocols and the existing LwIP、UIP、other TCP/IP realizing methods. The system research the TCP/IP realizing process under theμC/OS-Ⅱoperating system, from the hardware and software section. In the hardware section, constructing the mini embeded system with the Freescale company chip of MCF5272 and RTL8201BL PHY of Realtek company、SDRAM、FLASH and other peripheral unit. In the software section, analysing the core section ofμC/OS-Ⅱ、the constructing of cross compiling environment、function and transplant of BootLoader、transplant ofμC/OS-Ⅱand TCP/IP basic knowledge、transplant of TCP/IP based on the LwIP、the driver program of network. The thesis do the work as follow:
At first, talking about the basic knowledge and prospect about the embedded TCP/IP system. Then focusing on the core ofμC/OS-Ⅱand the transplant process ofμC/OS-Ⅱon MCF5272. And introducing some of TCP/IP protocol by some relation reference; emphasizing on TCP/IP transplant, illustrating card drivers program flow chart and giving an example. At last, the thesis has a summary.
Throught the research onμC/OS-Ⅱand TCP/IP , a data collection system was invented. The thesis has provided a low cost and practical resolve project for data collection and controlling. It will be widely used in the embedded field.
引文
[1] 刘伟，崔永峰，关相林．TCP／IP协议在远程单片机控制系统的设计．单片机接口技术，2007，3(2)：93-95
[2] 杨晔．实时操作系统μC／OS-Ⅱ下TCP／IP协议栈的实现．单片机与嵌入式系统应用，2003，7：81-83
[3] 魏宁．嵌入式系统及嵌入式Internet．电子测量技术，2005，1：79-80
[4] 张炜，于根生．TCP／IP协议栈开发．电子测量技术，2005，1：77-78
[5] 胡波．基于5272的嵌入式工业以太网控制系统的设计与开发．[硕士学位论文]．东南大学，2005
[6] 刘峥嵘，张智超，许振山．嵌入式Linux应用开发详解．北京：机械工业出版社，2004．6
[7] 兰少华，杨余旺，吕建勇．TCP／IP网络与协议，北京：清华大学出版社，2006．1
[8] 华恒科技HHCF5272-LCD-IDE-R1技术手册
[9] MCF5272 ColdFire Integrated Microprocessor User's Manual
[10] 焦海波．μC／OS-Ⅱ平台下的LwIP移植笔记．http://groups.goole.com/group/marsstory/browsethread/76ee5a496501e61/#
[11] 孟一飞，戴胜华．TCP／IP协议在μC／OS-Ⅱ上的实时多任务运行．仪器仪表标准化与计量
[12] Kenneth D．Reed．TCP／IP基础．北京：电子工业出版社，2002．1
[13] 范永开，杨爱林．Linux应用开发技术详解．北京：人民邮电出版社，2006．2
[14] 郑宗汉．实时系统软件基础．北京：清华大学出版社，2003．1
[15] Jean J．Labrosse．嵌入式实时操作系统UC／OS-Ⅱ．北京：北京航空航天大学出版社，2003．5
[16] Frank Vahid，Tony Givargis．嵌入式系统设计．北京：北京航空航天出版社，2004．9
[17] 李晶皎，王爱侠，张广渊．ColdFire系列32位微处理器与嵌入式Linux应用．北京：北京航空航天大学出版社，2005．1
[18] 张丽娜，夏士雄．嵌入式WEB服务器中TCP／IP协议栈的实现的研究．可编程控制器与工厂自动化，2006．2
[19] 谢希仁．计算机网络．北京：电子工业出版社，2003．6
[20] 申忠如，陶慧斌，曹建安．ColdFire嵌入式系统设计西安：西安电子科技大学出版社 2006．2
[21] 小高知宏．TCP／IP数据包分析程序篇北京：科学出版社 2004．6
[22] 张红光，蒋跃军．UNIX操作系统实验教程北京：机械工业出版社 2004．6
[23] W．Richard Stevens．UNIX环境高级编程北京：机械工业出版社 2004．6
[24] 毛德操，胡希明．LINUX内核源代码情景分析杭州：浙江大学出版社，2001．9
[25] 李善平，刘文峰，王焕龙等．Linux与嵌入式系统．北京：清华大学出版社，2003．1
[26] Alessandro Rubini, Jonathan Corbet Linux Device Drivers, 2nd Edition,O'Reilly&Associates,2001
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[28] 罗军舟，黎波涛，杨明，吴俊，黄健．TCP／IP协议及网络编程技术．北京：清华大学出版社，2004．10
[29] M．tim Jones．嵌入式系统TCPflP应用层协议．北京：电子工业出版社，2003．4
[30] 张民，许进，黄学田．光以太网．北京：北京邮电大学出版社，2003．12
[31] 周立功．ARM微控制器基础与实战．北京：北京航天航空大学出版社，2003．11
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[43] Loris Degioanni.Development of an architecture for packet capture and network traffic analysis [D]. Turin,Italy: Politecnico Di Torino, 2000
[44] 怀石工作室．LINUX上的C编程．北京：中国电力出版社，2001．5
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[46] Klaus Wehrle, Frank Pahlke, Hartmut Ritter. The Linux Networking Architecture: Design and Implementation of Network Protocols in the Linux Kernel, Prentice Hall, 2004
[47] Kuljeet Singh. Design and Evaluation of an Embedded Real-time Micro-kernel Blackburg, Virginia, October 2002
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