單片機(jī)嵌入式TCP/IP協(xié)議的研究與實(shí)現(xiàn)研究

陳麗霞　　郭乾利

【摘 要】伴隨大規(guī)模集成電路的不斷發(fā)展，在單片中完成具有復(fù)雜功能的微處理器已變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。這種微處理器在價格和性能的提升，促使嵌入式系統(tǒng)系使用在有更高。更復(fù)雜要求的專用系統(tǒng)當(dāng)中。嵌入式設(shè)備憑借著PC機(jī)結(jié)構(gòu)靈活、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢迅速成為了科技發(fā)展的快速增長點(diǎn)。嵌入式系統(tǒng)重要技術(shù)的切實(shí)發(fā)展，促使其自身不斷更新?lián)Q代，同時其普及應(yīng)用也逐漸向縱深方向邁進(jìn)。TTCP/IP協(xié)議就是指傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議，它是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的一類協(xié)議，同時它也是開放系統(tǒng)互聯(lián)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；嵌入式；TCP/IP協(xié)議

TCP/IP是一種定義計算機(jī)怎樣利用網(wǎng)絡(luò)完成通訊的協(xié)議。在自動化產(chǎn)業(yè)當(dāng)中，數(shù)以萬計的PLC、檢測器、感應(yīng)器等設(shè)備，相互連接構(gòu)成一張控制網(wǎng)絡(luò)，將其作為信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)管理的工具，最常用于這些設(shè)備通信界面的連接便是RS-422/485或者RS-232總線。近年來，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)開始在自動化產(chǎn)業(yè)當(dāng)中使用，開始代替了以往的串口通信，因此，以TCP/IP協(xié)議為代表的開放式技術(shù)逐漸使用在各自動化系統(tǒng)設(shè)備當(dāng)中。所以，對于設(shè)備生產(chǎn)商及其使用者來說，找到一個良好的粗粒方法，使現(xiàn)有設(shè)備及時連接網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行使用，已經(jīng)成為了各方競爭的主要著力點(diǎn)。

一、關(guān)于TCP/IP協(xié)議構(gòu)成

TCP/IP協(xié)議首先在UNIX系統(tǒng)當(dāng)中實(shí)現(xiàn)，此后DOS、LINUX以及windows也都實(shí)現(xiàn)了TCP/IP協(xié)議。接著，TCP/IP協(xié)議逐漸被移植到多種嵌入式處理器當(dāng)中?；谥噶詈唾Y源方面因素，在UNIX當(dāng)中所實(shí)現(xiàn)的TCP/IP協(xié)議，其源代碼不可直接移植至8位單片機(jī)當(dāng)中，而且單片機(jī)無充足代碼控制來實(shí)現(xiàn)所有的協(xié)議。通常情況下，在單片機(jī)當(dāng)中僅實(shí)現(xiàn)和要求相關(guān)的部分，無需使用的協(xié)議都予以支持。從這一思想出發(fā)，相關(guān)工作人員在進(jìn)行嵌入式Internet設(shè)計時便能夠在TCP/IP協(xié)議子集當(dāng)中予以實(shí)現(xiàn)，這樣一來便促使設(shè)計難度有所減小。以下將針對嵌入式Internet怎樣實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行集中闡述。

通產(chǎn)情況下，嵌入式TCP/IP協(xié)議棧主要包含了FTP、SMTP、HTTP、UDP、ICMP、IP、ARP/RAPR等協(xié)議。在實(shí)現(xiàn)協(xié)議之前需要先對各個協(xié)議之間的具體關(guān)聯(lián)進(jìn)行全面、系統(tǒng)的了解。如下圖一所示，為基本協(xié)議流程圖。

圖一 基本協(xié)議流程圖

嵌入式系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)接口來控制芯片將其連入到網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。其中，鏈路層的作用主要是為了上一層協(xié)議來接收以及發(fā)送數(shù)據(jù)包，按照物理層的差異性，鏈路層中擁有許多協(xié)議可供選擇?；诶斫獾姆奖阈钥紤]，并對其適用性進(jìn)行考慮，文章僅闡述以太網(wǎng)協(xié)議。嵌入式Internet應(yīng)該利用以太網(wǎng)連接Internet，這就務(wù)必要實(shí)現(xiàn)此協(xié)議的相關(guān)規(guī)定，而且實(shí)現(xiàn)此協(xié)議可利用通用網(wǎng)絡(luò)接口來控制芯片。

二、關(guān)于單片機(jī)的存儲要點(diǎn)

單片機(jī)的存儲是人們較為熟知的一個問題，然而因單片機(jī)需實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議，那么就必須要針對其存儲提出新的具體的要求。

因TCP/IP協(xié)議具有層次的特點(diǎn)，每一層次均有自身的數(shù)據(jù)格式。使用者在數(shù)據(jù)傳輸過程中要通過多個協(xié)議，需不斷打包、拆包。若是在此過程中使用拷貝數(shù)據(jù)來完成數(shù)據(jù)傳輸，便會增加相應(yīng)的開銷，同時也使性能有所下降，要處理這一問題，就要單片機(jī)將數(shù)據(jù)包放在指定的存儲區(qū)內(nèi)。協(xié)議棧中每層的傳遞均是數(shù)據(jù)指針，唯有數(shù)據(jù)被驅(qū)動程度發(fā)送或被應(yīng)用程序拿走，才能實(shí)施真正意義上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移。

若是嵌入式系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)HTTP應(yīng)用程序， 則需要設(shè)計存放網(wǎng)頁的位置 。可將網(wǎng)頁放至e2prom內(nèi)，同時也可將一些以太網(wǎng)地址、IP 地址參數(shù)放至其中，以便使用。

三、嵌入式TCP/IP的未來發(fā)展前景

從當(dāng)前情況來看，單片機(jī)已在工業(yè)以及家庭當(dāng)中的各領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用，通過使用單片機(jī)、TCP/IP軟件的手段，便能夠使嵌入式系統(tǒng)連接上Internet，進(jìn)而促使嵌入式設(shè)備之間進(jìn)行相互通信。這項技術(shù)手段目前已經(jīng)廣泛的使用在工業(yè)自動化、電子收款機(jī)系統(tǒng)（POS）網(wǎng)絡(luò)、電子商務(wù)以及智能公路等諸多領(lǐng)域當(dāng)中。

現(xiàn)今嵌入式TCP/IP的使用仍舊處于起步階段，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的使用僅僅是局限在數(shù)據(jù)傳輸方面。未來嵌入式TCP/IP協(xié)議設(shè)備需要擁有實(shí)時性特點(diǎn)，能夠?qū)崟r接收影音、圖像信息。伴隨單片機(jī)處理速度的持續(xù)加快，以及適用嵌入式系統(tǒng)實(shí)時操作系統(tǒng)的不斷創(chuàng)新，極有可能會在家政系統(tǒng)、環(huán)境工程當(dāng)中得到廣泛應(yīng)用，甚至還有可能利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行電影視頻的實(shí)時觀看，那時才是嵌入式TCP/IP應(yīng)用時代的真正到來時期。

結(jié)語：

總而言之，伴隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等諸多方面的不斷發(fā)展，Internet控制電子設(shè)備的應(yīng)用必將成為未來社會發(fā)展的一種趨勢。從當(dāng)前形勢來看，很多電子設(shè)備都未能具備傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的功能，因而網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備應(yīng)用逐漸廣泛化。同時，文章敘述的嵌入式TCP/IP協(xié)議單片機(jī)，擁有硬件少，成本低、傳輸快、占用面積小等多重優(yōu)勢，適合在網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)使用，并且在數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)榷鄠€領(lǐng)域中也具有良好的使用前景。

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