基于ARM7微處理器工業(yè)應(yīng)用嵌入式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議研究及實現(xiàn).pdf

1、現(xiàn)階段，嵌入式應(yīng)用的涉及領(lǐng)域不斷擴大，其普及度與日俱增，其中，嵌入式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用發(fā)展尤為迅速，特別是在工業(yè)應(yīng)用場合，以工業(yè)以太網(wǎng)為代表的嵌入式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進入并開始逐步取代歷史已久的傳統(tǒng)的工業(yè)現(xiàn)場總線。嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信與傳統(tǒng)的工業(yè)現(xiàn)場總線相比，有著諸多優(yōu)勢：傳統(tǒng)工業(yè)現(xiàn)場總線一般基于串行鏈路傳輸，與以太網(wǎng)10/100Mb的傳輸速率有較大差距；工業(yè)以太網(wǎng)基于標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議，比種類繁多的各種工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議有更好的統(tǒng)一性；現(xiàn)如今，互聯(lián)網(wǎng)高速普及，

2、設(shè)備的Internet可接入性實際上已成為一種潛規(guī)則，不例外的，在嵌入式設(shè)備特別是工業(yè)應(yīng)用的設(shè)備上增添以太網(wǎng)接入功能亦是大勢所趨。 嵌入式工業(yè)應(yīng)用TCP/IP協(xié)議棧采用分層體系結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格按照RFC國際標(biāo)準(zhǔn)，用ANSIC實現(xiàn)，沒有任何私有協(xié)議，也沒有做任何假設(shè)，從而確保協(xié)議的完整性和一致性。嵌入式工業(yè)應(yīng)用TCP/IP協(xié)議棧在設(shè)計上充分考慮了移植性，整個協(xié)議棧架構(gòu)在系統(tǒng)抽象層之上，通過系統(tǒng)抽象層屏蔽掉硬件體系結(jié)構(gòu)、底層嵌入式操作系統(tǒng)

3、以及編譯器等的差異。 在嵌入式系統(tǒng)中，存儲器是非常寶貴的資源，以32位嵌入式ARM7微處理器為例，綜合考慮其可尋址空間、嵌入式內(nèi)存芯片的價格以及嵌入式系統(tǒng)功能專一整機價格不高的特點和要求，其典型系統(tǒng)構(gòu)成中通常只配置幾兆字節(jié)的RAM，或者更少字節(jié)的RAM，在性能上與傳統(tǒng)的桌面PC甚至服務(wù)器無法相比擬。為了最大限度地提高存儲管理的靈活性和高效性，嵌入式工業(yè)應(yīng)用TCP/IP協(xié)議棧采用自己獨特的存儲管理機制，并在具體代碼實現(xiàn)上做最大程度

4、優(yōu)化，減少代碼運行耗時，提高運行效率。 本文選擇基于SEP3203嵌入式ARM7微處理器這樣一個硬件平臺進行軟件調(diào)試，目的在于設(shè)計以SEP3203嵌入式微處理器作為主處理器，RTL8019網(wǎng)卡芯片作為網(wǎng)絡(luò)通信控制器的硬件測試平臺并在此平臺上通過設(shè)計網(wǎng)卡驅(qū)動和為Asix Os實時操作系統(tǒng)移植一套性能優(yōu)秀的嵌入式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，以及在此之上通過設(shè)計基于TCP通信方式的Modbus工業(yè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用協(xié)議，最終形成一套面向工業(yè)場合應(yīng)用的嵌入式網(wǎng)絡(luò)

5、協(xié)議棧。 具體的工作從制定系統(tǒng)軟、硬件框架方案開始，首先完成SEP3203主處理器與RTL8019網(wǎng)卡芯片的硬件電路設(shè)計，接著通過仔細研讀網(wǎng)卡芯片RTL8019的數(shù)據(jù)手冊，為其設(shè)計網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序，使之能夠成功接入以太網(wǎng)進行通信；然后，參考調(diào)研現(xiàn)有一些開源操作系統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議棧，根據(jù)目標(biāo)操作系統(tǒng)內(nèi)核的特點以及嵌入式工業(yè)網(wǎng)絡(luò)對協(xié)議棧尺寸和性能的要求，對其進行一定程度的修改，使之符合嵌入式工業(yè)應(yīng)用，并將其移植到Asix OS嵌入式

6、實時操作系統(tǒng)下，實現(xiàn)基于以太網(wǎng)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信。移植工作完畢后，需要對前述工作做階段性測試，因此首先設(shè)計了常用的Ping測試程序，目的在于檢測以太網(wǎng)驅(qū)動設(shè)計成功；然后通過設(shè)計UDP通信程序，測試并驗證了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧移植的成功。在此之上，通過閱讀分析MODBUS on TCP工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議規(guī)約，設(shè)計并實現(xiàn)了MODBUS TCP的服務(wù)器端程序，借助MODBUS官方網(wǎng)站提供的客戶端測試軟件Modbus Poll與sever進行通訊測試，試驗結(jié)果表