基于嵌入式以太网远程终端设备的研究

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简要介绍了嵌入式以太网技术产生的背景、定义以及该技术在国内外的发展概况,讨论了嵌入式以太网技术在以信息家电为基础的智能家庭网络和工业智能控制网络这两个领域的应用状况,对应用嵌入式以太网技术的工业智能控制网络和传统的现场总线控制网络进行了分析比较,从而说明了研究嵌入式以太网技术的重要性。 针对目前的发展现状,研究总结出实现嵌入式以太网的三种解决方案:32位微处理器运行嵌入式操作系统、采用专用网络协议处理芯片、单片机嵌入TCP/IP协议栈,分析比较了三种方案的各自特点、实现的难易程度等,从而选定单片机嵌入TCP/IP协议栈作为本系统的设计方案。 在此基础上提出整个设计方案的总体思想,并对硬件系统和软件系统进行了具体的设计。给出了硬件系统的设计原理框图,着重讨论了硬件系统的核心微控制器C8051F020各个组成部分的具体结构特点和网卡控制芯片RTL8019AS数据发送、接收的工作原理,针对系统的实际应用设计出远程终端的前向数据采集通道。 作为设计的难点,重点论述了系统的核心—以太网的TCP/IP通信协议,并对整个TCP/IP协议栈各个层次及所用到的协议ARP、IP、ICMP、TCP、UDP、HTTP进行深入细致的分析,进而结合嵌入式系统的具体应用对各个协议进行不同程度的简化和改进,提出一些设计上的见解,给出协议的工作流程图和相应的软件设计思想。 在完成整体设计的基础上,又详细阐述了该系统在供水管网远程监控系统中的实际应用,验证了单片机嵌入TCP/IP协议栈的可行性,给出了实际的应用测试结果。 结论中如实指出了嵌入式以太网技术在某些应用领域中存在的实时性、安全性等方面的问题,有待于今后对该技术进行更深入的研究,以进一步拓宽其应用领域。
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