基于TCP/IP协议的船舶电站远程监测系统的研究
|
摘要
随着计算机技术与网络技术的发展和普及，以单片机为核心的小型嵌入式设备，已经在工业自动化、办公自动化和楼宇自动化等领域得到了日益广泛的应用。为了实现远程数据采集、远程监控等功能，网络化已成为新一代嵌入式系统发展的一个重要趋势。研究嵌入式系统与Internet的接入方法，具有重要的现实意义和经济价值。
Internet得到快速的发展和广泛应用得益于采用了国际通用标准协议TCP／IP协议。Internet技术的发展促进了嵌入式网络设备与产品的市场需求，使这些设备和产品与Internet相连成为趋势，Internet技术将深入到日常生活和工作所用到的电子设备中。
在本文中采用dsPIC30F4011单片机作为船舶电站网络通信模块的控制器，嵌入TCP／IP协议实现与Internet的各种协议的数据包的交换，控制包的产生、应答及相应的打包、拆包等过程；还要完成相应的数据采集、指令执行等相关功能。
文中介绍了dsPIC30F4011单片机的主要特性，选择RTI,8019AS网卡芯片的优势，给出了硬件接口电路，并对电路中涉及的主要外围器件的功能进行了说明。还对网卡控制器的内部结构、主要引脚、以太网帧格式、收发数据包原理做了详细说明，描述了RTL8019AS的DMA操作，并给出了驱动程序实现的流程图。
TCP／IP是一组协议集，内容庞大，本文在详尽的介绍了TCP／IP协议及其报文格式后，对有些TCWIP协议的功能进行了裁减，使之适应单片机上网的需要。文中给出了系统的工作流程以及TCP／IP各个子模块实现的流程图。
Along with development and popularization of computer technology and network technology, pocket embedded equipment with single-chip computer have already applied extensively in industrial automation, official automation and building automation etc. To realize the long-distance data-collected, control and so on, the network has become a trend of the development of new generation embedded system. It has important realistic significance and economic value to research the connection of embedded system and Internet.
The Internet gets a fast development and extensively applied receive benefit in adopted international in general use standard agreement TCP/IP agreement. The technical development of the Internet promoted built-in network equipments in the market need of product, make these equipments and product and Internet connect with each other to become trend, the Internet technique will go deep into daily life and work the electronics equipments used.
Adopt the dsPIC30F4011 microcomputer as the controller that the marine electrical power station network corresponds by letter a mold piece in this paper, embed the TCP/IP protocol to accomplish the commutation with the various data of the Internet; Still need to complete a homologous data to collect, instruction performance etc. related function.
The paper includes the introduction of characteristic of dsPIC30F4011 microcomputer, the reason of choosing network card chip RTL8019AS, giving the circuit of hardware interface and the explanation of mostly periphery parts.The design of the driver of network card is introduced in the paper. The interior structure of network card chip, the main pins, the frame format of Ethernet, the principle of receive&send data package, the operation of DMA of RTL8019AS are described in detail and the flow chart of program is also given out.
TCP/IP is an ensemble of many protocols. Some functions are reduced to allow single-chip computer to go to Internet but TCP/IP protocol and package format are explained in particular. The work flow of system and the flow chart of each TCP/IP module are given out, too.
Internet得到快速的发展和广泛应用得益于采用了国际通用标准协议TCP／IP协议。Internet技术的发展促进了嵌入式网络设备与产品的市场需求，使这些设备和产品与Internet相连成为趋势，Internet技术将深入到日常生活和工作所用到的电子设备中。
在本文中采用dsPIC30F4011单片机作为船舶电站网络通信模块的控制器，嵌入TCP／IP协议实现与Internet的各种协议的数据包的交换，控制包的产生、应答及相应的打包、拆包等过程；还要完成相应的数据采集、指令执行等相关功能。
文中介绍了dsPIC30F4011单片机的主要特性，选择RTI,8019AS网卡芯片的优势，给出了硬件接口电路，并对电路中涉及的主要外围器件的功能进行了说明。还对网卡控制器的内部结构、主要引脚、以太网帧格式、收发数据包原理做了详细说明，描述了RTL8019AS的DMA操作，并给出了驱动程序实现的流程图。
TCP／IP是一组协议集，内容庞大，本文在详尽的介绍了TCP／IP协议及其报文格式后，对有些TCWIP协议的功能进行了裁减，使之适应单片机上网的需要。文中给出了系统的工作流程以及TCP／IP各个子模块实现的流程图。
Along with development and popularization of computer technology and network technology, pocket embedded equipment with single-chip computer have already applied extensively in industrial automation, official automation and building automation etc. To realize the long-distance data-collected, control and so on, the network has become a trend of the development of new generation embedded system. It has important realistic significance and economic value to research the connection of embedded system and Internet.
The Internet gets a fast development and extensively applied receive benefit in adopted international in general use standard agreement TCP/IP agreement. The technical development of the Internet promoted built-in network equipments in the market need of product, make these equipments and product and Internet connect with each other to become trend, the Internet technique will go deep into daily life and work the electronics equipments used.
Adopt the dsPIC30F4011 microcomputer as the controller that the marine electrical power station network corresponds by letter a mold piece in this paper, embed the TCP/IP protocol to accomplish the commutation with the various data of the Internet; Still need to complete a homologous data to collect, instruction performance etc. related function.
The paper includes the introduction of characteristic of dsPIC30F4011 microcomputer, the reason of choosing network card chip RTL8019AS, giving the circuit of hardware interface and the explanation of mostly periphery parts.The design of the driver of network card is introduced in the paper. The interior structure of network card chip, the main pins, the frame format of Ethernet, the principle of receive&send data package, the operation of DMA of RTL8019AS are described in detail and the flow chart of program is also given out.
TCP/IP is an ensemble of many protocols. Some functions are reduced to allow single-chip computer to go to Internet but TCP/IP protocol and package format are explained in particular. The work flow of system and the flow chart of each TCP/IP module are given out, too.
引文
[1]高传善，毛迪林等．计算机网络．北京：人民邮电出版社，2002．
[2]熊桂喜，小虎译．计算机网络．北京：清华大学出版社，2000．
[3]符彦惟等．计算机网络基础．北京：清华大学出版社，2006．
[4]黄伦坤，朱正鹏，刘宗德．船舶电站及其自动装置．北京：人民交通出版社，1994．
[5]dsPIC30F系列参考手册．http：／／WWW．microchip．com／
[6]何礼高．dsPIC30F电机与电源系列数字信号控制器原理与应用．北京：北京航空航天大学出版社，2007．
[7]三恒星科技．PIC单片机易学通．北京：人民邮电出版社，2006．
[8]王宜怀．单片机原理及其嵌入式应用教程．北京：北京希望电子出版社，2002．
[9]曹宇，魏丰，胡世毅．用51单片机控制RTL8019AS实现以太网通讯．电子技术应用．2001，1：32—34．
[10]徐健，周杏鹏．嵌入式系统基于RTL8019AS的以太网接入设计．电测与仪表，2006，4：20—23．
[11]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，2004，12：38—40
[12]张心菊，刘羽，张文革等．基于S3C44BOX的以太网驱动程序设计与实现．陕西理工学院学报，2006，6：18—21．
[13]网卡芯片RTL8019AS中文翻译资料 http：／／www：muu99．com／Soft／cndatasheet／200608／8．html
[14]周立功．ARM嵌入式系统软件开发实例(一)．北京：北京航空航天大学出版社，2004．
[15]赖昊，孙翱，何熙文．实时监控网络与Internet．微处理机，1999，2：45—49．
[16]Tosridhar．嵌入式通信软件设计．北京：北京航空航天大学出版社，2004．11．
[17]郭兵，熊光泽．嵌入式应用软件开发环境的构造．计算机应用，2006，20：7—9．
[18]Gary R．wright，w．Richard Stevens．TCP／IP详解，卷1：协议．北京：机械工业出版社，2000．
[19]DOUGLAS E．COMER，DAVID L．STEVENS．用TCP／IP进行网际互连，第2卷：设计、实现和内部构成．北京：电子工业出版社，1998．
[20]DOUGLAS E．COMER，DAVID L．STEVENS．用TCP／IP进行网际互连，第1卷：原理、协议和体系结构．北京：电子工业出版社，1998．
[21]张满怀．嵌入式TCP／IP协议的研究与实现：(硕士学位论文)．广州：广东工业大学，2001．
[22]穆箐．嵌入式TCP／IP协议的实现：(硕士学位论文)．西安：西北工业大学，2002．
[23]黄训诚．基于RTL8019AS的单片机TCP／IP网络通信．微电子学与计算机，2005．
[24]孟蕾，陈文艺，宋焕生．嵌入式TCP／IP实现的研究和分析．西安邮电学院学报，2004，5：28—31
[25]胡友水，李汉强．基于ARM的嵌入式TCP／IP协议的实现．电子技术应用，2003，4：15-17．
[26]Kadak Products．Kadak KwikNET TCP／IP stack．http：www．kadak kwik．com．
[27]Adam Dunkels．Design and Implementation of the 1wIP TCP／IP Stack．Swedish Institude of Computer Science，2006，1：78—109．
[28]Dougles E．Comer．TCP／]P进行网际互连第一卷：原理，协议与结构．北京：电子工业出版社，2001．
[29]Dougles E．Comer&David L．Stevens．TCP／IP进行网际互连第二卷：设计，实现与内核．北京：电子工业出版社，2001．
[30]村山公保．TCP／IP计算机网络篇．北京：科学出版社，2003．
[31]M．Tim Jones．嵌入式系统TCP／IP应用层协议．北京：电子工业出版社，2003．
[32]杨延双，张建标，王全民．TCP／IP协议分析与应用．北京：机械工业出版社出版社，2007．
[33]吴功宜．计算机网络(第2版)．北京：清华大学出版社，2007．
[34]赵景波，薛萍，王劲松等．Protel2004电路设计应用范例．北京：清华大学出版社，2006．
[35]谭浩强．C语言程序设计．北京：清华大学出版社，2000．
[36]倪继烈，刘新民．微机原理与接口技术．成都：电子科技大学出版社，2002．
[2]熊桂喜，小虎译．计算机网络．北京：清华大学出版社，2000．
[3]符彦惟等．计算机网络基础．北京：清华大学出版社，2006．
[4]黄伦坤，朱正鹏，刘宗德．船舶电站及其自动装置．北京：人民交通出版社，1994．
[5]dsPIC30F系列参考手册．http：／／WWW．microchip．com／
[6]何礼高．dsPIC30F电机与电源系列数字信号控制器原理与应用．北京：北京航空航天大学出版社，2007．
[7]三恒星科技．PIC单片机易学通．北京：人民邮电出版社，2006．
[8]王宜怀．单片机原理及其嵌入式应用教程．北京：北京希望电子出版社，2002．
[9]曹宇，魏丰，胡世毅．用51单片机控制RTL8019AS实现以太网通讯．电子技术应用．2001，1：32—34．
[10]徐健，周杏鹏．嵌入式系统基于RTL8019AS的以太网接入设计．电测与仪表，2006，4：20—23．
[11]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，2004，12：38—40
[12]张心菊，刘羽，张文革等．基于S3C44BOX的以太网驱动程序设计与实现．陕西理工学院学报，2006，6：18—21．
[13]网卡芯片RTL8019AS中文翻译资料 http：／／www：muu99．com／Soft／cndatasheet／200608／8．html
[14]周立功．ARM嵌入式系统软件开发实例(一)．北京：北京航空航天大学出版社，2004．
[15]赖昊，孙翱，何熙文．实时监控网络与Internet．微处理机，1999，2：45—49．
[16]Tosridhar．嵌入式通信软件设计．北京：北京航空航天大学出版社，2004．11．
[17]郭兵，熊光泽．嵌入式应用软件开发环境的构造．计算机应用，2006，20：7—9．
[18]Gary R．wright，w．Richard Stevens．TCP／IP详解，卷1：协议．北京：机械工业出版社，2000．
[19]DOUGLAS E．COMER，DAVID L．STEVENS．用TCP／IP进行网际互连，第2卷：设计、实现和内部构成．北京：电子工业出版社，1998．
[20]DOUGLAS E．COMER，DAVID L．STEVENS．用TCP／IP进行网际互连，第1卷：原理、协议和体系结构．北京：电子工业出版社，1998．
[21]张满怀．嵌入式TCP／IP协议的研究与实现：(硕士学位论文)．广州：广东工业大学，2001．
[22]穆箐．嵌入式TCP／IP协议的实现：(硕士学位论文)．西安：西北工业大学，2002．
[23]黄训诚．基于RTL8019AS的单片机TCP／IP网络通信．微电子学与计算机，2005．
[24]孟蕾，陈文艺，宋焕生．嵌入式TCP／IP实现的研究和分析．西安邮电学院学报，2004，5：28—31
[25]胡友水，李汉强．基于ARM的嵌入式TCP／IP协议的实现．电子技术应用，2003，4：15-17．
[26]Kadak Products．Kadak KwikNET TCP／IP stack．http：www．kadak kwik．com．
[27]Adam Dunkels．Design and Implementation of the 1wIP TCP／IP Stack．Swedish Institude of Computer Science，2006，1：78—109．
[28]Dougles E．Comer．TCP／]P进行网际互连第一卷：原理，协议与结构．北京：电子工业出版社，2001．
[29]Dougles E．Comer&David L．Stevens．TCP／IP进行网际互连第二卷：设计，实现与内核．北京：电子工业出版社，2001．
[30]村山公保．TCP／IP计算机网络篇．北京：科学出版社，2003．
[31]M．Tim Jones．嵌入式系统TCP／IP应用层协议．北京：电子工业出版社，2003．
[32]杨延双，张建标，王全民．TCP／IP协议分析与应用．北京：机械工业出版社出版社，2007．
[33]吴功宜．计算机网络(第2版)．北京：清华大学出版社，2007．
[34]赵景波，薛萍，王劲松等．Protel2004电路设计应用范例．北京：清华大学出版社，2006．
[35]谭浩强．C语言程序设计．北京：清华大学出版社，2000．
[36]倪继烈，刘新民．微机原理与接口技术．成都：电子科技大学出版社，2002．