基于嵌入式以太网技术的微机保护装置的研究和设计
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摘要
随着嵌入式系统的迅速发展，以及网络技术的日益成熟和普遍应用，具有网络连接功能的嵌入式系统得到了广泛应用，研究嵌入式系统与Internet的接入方法，具有重要的技术意义和经济价值。以太网是构筑Internet网络的基础，嵌入式系统和以太网技术相结合成为工业控制领域的趋势。本文介绍了带以太网接口的新型微机保护装置的设计。
本文设计的保护装置是以飞利浦公司生产的32位ARM处理器LPC 2292为核心，搭建相关的硬件系统，在以太网接口的开发上，采用了RTL8019AS为以太网控制器，分析了以太网的工作原理，通过设置以太网控制器RTL8019AS的内部寄存器来完成以太网帧的接收和发送，采用高性能的ARM处理器和以太网控制器实现网络数据的传输，并对他们之间的接口电路进行了介绍。
在软件设计上，以太网驱动程序用于封装要发送的数据包，接受数据包，屏蔽底层的硬件，分析了嵌入式TCP／IP的组成，协议的内容，由于一个完整的TCP／IP协议内容复杂，容量大，无法直接移植到嵌入式系统中，本文针对保护装置，设计了一个嵌入式TCP／IP，包括ARP协议、IP协议和UDP协议。
With the rapid development of embedded system, as well as the increasing matureness and widespread of network technology, networked embedded systems are widely used. The study on embedded system and its linkage to Internet are of importance in technology and economy. The Internet is based on the Ethernet technology. This is a destination of combining Embedded System and Ethernet, which used in industrial field.The paper introduce a new kind of microcomputer relay protective device with embedded Ethernet interface.
The relay protective device bases on 32-bit ARM microprocessor LPC 2292. Producted by Philips,the hardware system taking LPC2292 as the core is built.The development of embeded Ethernet interface uses RTL8019AS as the Ethernet controller.Analyzed the principle of Ethernet, by setting and accessing 8019AS's intern registers. The scheme of combining efficient ARM and Ethernet controller 8019 to realize data transferring in network are adopted. The circuit interface between ARM and 8019AS is depicted in detail.
In software design,Ethernet driveling program mainly deal encapsulation of Ethernet frames to be transferred,received data packets, shielded bottom hardware detail from top software;the paper analyzes the construction of embedded TCP/IP protocol, the content of each protocol. Because a completed TCP/IP protocol is too large to transplant to the embedded system. we implement a fundamental TCP/IP protocol,including IP protocol, ARP protocol, UDP protocol.
本文设计的保护装置是以飞利浦公司生产的32位ARM处理器LPC 2292为核心，搭建相关的硬件系统，在以太网接口的开发上，采用了RTL8019AS为以太网控制器，分析了以太网的工作原理，通过设置以太网控制器RTL8019AS的内部寄存器来完成以太网帧的接收和发送，采用高性能的ARM处理器和以太网控制器实现网络数据的传输，并对他们之间的接口电路进行了介绍。
在软件设计上，以太网驱动程序用于封装要发送的数据包，接受数据包，屏蔽底层的硬件，分析了嵌入式TCP／IP的组成，协议的内容，由于一个完整的TCP／IP协议内容复杂，容量大，无法直接移植到嵌入式系统中，本文针对保护装置，设计了一个嵌入式TCP／IP，包括ARP协议、IP协议和UDP协议。
With the rapid development of embedded system, as well as the increasing matureness and widespread of network technology, networked embedded systems are widely used. The study on embedded system and its linkage to Internet are of importance in technology and economy. The Internet is based on the Ethernet technology. This is a destination of combining Embedded System and Ethernet, which used in industrial field.The paper introduce a new kind of microcomputer relay protective device with embedded Ethernet interface.
The relay protective device bases on 32-bit ARM microprocessor LPC 2292. Producted by Philips,the hardware system taking LPC2292 as the core is built.The development of embeded Ethernet interface uses RTL8019AS as the Ethernet controller.Analyzed the principle of Ethernet, by setting and accessing 8019AS's intern registers. The scheme of combining efficient ARM and Ethernet controller 8019 to realize data transferring in network are adopted. The circuit interface between ARM and 8019AS is depicted in detail.
In software design,Ethernet driveling program mainly deal encapsulation of Ethernet frames to be transferred,received data packets, shielded bottom hardware detail from top software;the paper analyzes the construction of embedded TCP/IP protocol, the content of each protocol. Because a completed TCP/IP protocol is too large to transplant to the embedded system. we implement a fundamental TCP/IP protocol,including IP protocol, ARP protocol, UDP protocol.
引文
[1] RTL8019AS Specification Realtek semi-conductor Co. LTD.
[2] ADS7864 500KHZ，12位，6通道同时采样模数转换器 www.icbase.com
[3] Steve Furber, 《APM System-on-Chip Architecture》(Second Edition)
[4] 《Emdeded RISC Microcontroller Core-ARMTTDMI》 ATMEL Corporation, 1999
[5] Poly Phase Multifunction Energy Metering IC with Per Phase Information ADE7758, Data Sheet
[6] Douglas E Comer．《用TCPIIP进行网际互连第1卷：原理、协议和体系结构》．(第三版)北京：电子工业出版社．1998
[7] Douglas E Comer．《用TCP／IP进行网际互连第2卷：设计、实现与内核》，(第三版)北京：电子工业出版社．2001
[8] 王廷尧 以太网技术与应用 北京：人民邮电出版社，2005．1
[9] 孙红波，陶品，李莉，刘瑾，ARM与嵌入式技术 北京：电子工业出版社，2006．3
[10] [美]Jan Axelson著，骆丽，张岳强，欧小龙 译，嵌入式Ethernet和Internet通信设计技术 北京：北京航空航天大学出版社，2006．1
[11] 周立功，ARM嵌入式系统软件开发实例 北京：北京航空航天大学出版社，2005．1
[12] 周立功，ARM嵌入式系统基础教程 北京：北京航空航天大学出版社，2005．1
[13] 陈德树等 微机继电保护 北京：中国电力出版社，2000
[14] 张嵛 32位嵌入式系统硬件设计与调试 北京：机械工业出版社，2005．5
[15] ZLG／IP嵌入式TCP／IP协议栈简要说明 广州周立功单片机发展有限公司
[16] 何轩，夏应清 基于ARM微处理器的嵌入式以太网接口 电气时代 2005年第1期
[17] 娄莉，刘天时 一种嵌入式TCP／IP协议的设计与实现 嵌入式网络技术应用 2006年12-2期
[18] 刘康，王宣银 嵌入了TCP／IP协议的单片机数据通信系统的设计与实现 电测与仪表 2003年第6期
[19] 刘教瑜，章广富 基于ARM的嵌入式以太网终端设计与实现 光通信研究 2006年第5期
[20] 郅琦，雷斌 基于ARM的嵌入式TCP通信实现 中国新通信 2006．9
[21] 刘建民，刘沪平，陈莉 基于嵌入式以太网技术的保护装置的设计 安徽电气工程职业技术学院学报 2006年3月(第11卷1期)
[22] 段海龙，彭辉俊，程健 基于ARM的嵌入式以太网通信的实现 机械与电子 2006年第2期
[23] 张敏聪，郭伟，李从心 基于ARM的嵌入式系统的以太网接口芯片设计制造业自动化 2006年4月
[24] 马志强 嵌入式以太网技术的研究和应用 中国海洋大学
[25] 吕昌泰 罗永刚 嵌入式以太网接口的研究与设计 嵌入式网络技术应用 2006年第22卷第8-2期
[26] 肖俐平，孙岩，李德毅 基于ARM的嵌入式系统以太网接口设计与实现
[27] 徐健，周杏鹏 嵌入式系统基于RTL8019AS的以太网接入技术 电测与仪表 2006年第6期
[28] 余锐 基于嵌入式以太网全数字保护测试仪的研制 华北电力大学(北京)
[29] 程雷，郭伟，刘超君 嵌入式以太网在变电站自动化测控保护装置中的应用 电力自动化设备 2005年10月
[30] 徐群丽，宋仲康，秦强明 嵌入式系统与以太网的连接 仪表技术 2006年第5期
[31] 郝身刚，刘金江 嵌入式系统中TCP／IP协议栈的研究 南阳师范学院学报(自然科学版) 2004年3月(第3卷第3期)
[32] 宫蓉蓉 基于TCP／IP协议的单片机与Internet互联的研究和实现 长沙理工大学
[33] 李明，康静秋，贾智平 嵌入式TCP／IP协议栈的研究与开发 计算机工程与应用 2002．16
[34] 胡晓莉，吴刚，靳世久 RTL8019AS及其在嵌入式以太网系统中的应用仪器仪表学报 2004年8月第25卷第4期增刊
[35] 徐海军，刘金刚，王益华 基于ARM核的嵌入式TCP／IP协议栈的简化实现 计算机应用研究 2005年第10期
[36] 何宁，薛庆军，程勇 基于TCP／IP协议的嵌入式网络系统的设计与应用 山东科技大学学报(自然科学版)2004年3月第23卷第1期
[37] 刘文 基于TCP／IP协议的嵌入式Internet技术的应用与研究 西安交通大学
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