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(shí)現(xiàn).pdf

1、現(xiàn)階段，嵌入式應(yīng)用的涉及領(lǐng)域不斷擴(kuò)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(chǎng)合，以工業(yè)以太網(wǎng)為代表的嵌入式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進(jìn)入并開(kāi)始逐步取代歷史已久的傳統(tǒng)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線。嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信與傳統(tǒng)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線相比，有著諸多優(yōu)勢(shì)：傳統(tǒng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(shí)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(shì)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，用ANSIC實(shí)現(xiàn)，沒(méi)有任何私有協(xié)議，也沒(méi)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(jì)上充分考慮了移植性，整個(gè)協(xié)議棧架構(gòu)在系統(tǒng)抽象層之上，通過(guò)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(chǔ)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(jià)格以及嵌入式系統(tǒng)功能專一整機(jī)價(jià)格不高的特點(diǎn)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(wú)法相比擬。為了最大限度地提高存儲(chǔ)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(dú)特的存儲(chǔ)管理機(jī)制，并在具體代碼實(shí)現(xiàn)上做最大程度

4、優(yōu)化，減少代碼運(yùn)行耗時(shí)，提高運(yùn)行效率。 本文選擇基于SEP3203嵌入式ARM7微處理器這樣一個(gè)硬件平臺(tái)進(jìn)行軟件調(diào)試，目的在于設(shè)計(jì)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(cè)試平臺(tái)并在此平臺(tái)上通過(guò)設(shè)計(jì)網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)和為Asix Os實(shí)時(shí)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(guò)設(shè)計(jì)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(chǎng)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(kāi)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(jì)，接著通過(guò)仔細(xì)研讀網(wǎng)卡芯片RTL8019的數(shù)據(jù)手冊(cè)，為其設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序，使之能夠成功接入以太網(wǎng)進(jìn)行通信；然后，參考調(diào)研現(xiàn)有一些開(kāi)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(diǎn)以及嵌入式工業(yè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)協(xié)議棧尺寸和性能的要求，對(duì)其進(jìn)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(shí)時(shí)操作系統(tǒng)下，實(shí)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(duì)前述工作做階段性測(cè)試，因此首先設(shè)計(jì)了常用的Ping測(cè)試程序，目的在于檢測(cè)以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)成功；然后通過(guò)設(shè)計(jì)UDP通信程序，測(cè)試并驗(yàn)證了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧移植的成功。在此之上，通過(guò)閱讀分析MODBUS on TCP工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議規(guī)約，設(shè)計(jì)并實(shí)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(cè)試軟件Modbus Poll與sever進(jìn)行通訊測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果表