嵌入式tcpip协议栈的设计与实现

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1、摘要随着嵌入式系统在工业控制领域的广泛应用和发展，以及控制系统的网络化发展趋势，嵌入式系统的网络特性越来越受到重视。目前已有TCP／IP协议栈多数是面向32位微处理器的，但是32位微处理器在工业控制领域增长缓慢，8位和16位的嵌入式系统在工业控制领域仍占据着垄断地位，有着极为广泛的应用。本论文在P89C51单片机上设计并实现了eIP协议栈，提出了系统的整体架构和具体实现方案，并重点讨论了ARP协议、IP协议、ICMP协议、UDP协议、TCP协议和RTL8019As驱动程序的设计和实现。．本论文深入研究了嵌入式TcP／IP协议栈的可配置性问题。将TCP／IP

2、协议栈的功能高度模块化，对各功能模块进行耦合度分析，使各功能模块之间为松耦合关系，做到细粒度可配置，即在每个协议内部，各功能模块的可配置，而不是协议的可配置。用户通过编译开关对eIP协议栈进行裁减、配置。eIP协议栈在设计时充分考虑了系统的可移植性，我们通过系统抽象层屏蔽掉了硬件体系结构、网络驱动芯片、编译器等的差异，并严格按照RFC标准用ANSIC实现。本论文深入研究了嵌入式TCP／IP协议栈的内存管理问题。在对动态分区内存管理算法、固定大小内存管理算法分析比较的基础上，针对eIP协议栈设计实现了pbuf缓冲区管理机制，使用循环首次适应算法分配pbuf缓

3、冲区，同时支持在SRAM中存储动态数据，在FLASHdP存储静态数据，实现了数据的零复制，有效提高了系统性能。在实验室条件下，我们对RTL8019AS的驱动程序、IP协议、TCP协议、UDP协议进行了正确性测试和功能测试。并且在TCP协议的基础上，测试和分析了网络负载与网络传输速率之问的关系，缓冲区大小、eIP协议栈的调度时间问隔对系统的稳定性、可靠性以及网络传输速率的影响。实验得出缓冲区大小为10K左右，eIP协议栈的调度时问间隔为5oIlls一250翔s时，网络传输速率可以达到420kb／s，同时系统具有良好的稳定性和可靠性。关键词：TCP／IP、嵌入

4、式系统、工业控制、RTL8019AS西北工业大学硕士学位论文英文摘要AbstractWitlltheapplicationanddevelopmentoftheembeddedsysteminthefieldoftheindustrialcontol，andthetrendofthenetworkcomrol，thenetworkfeaturesoftheembeddedsystemaremoreattention．Currently，mostTCP，lPstackisbasedon32·bitmicroprocessor．However，32·bitmi

5、croprocessorsgrowslowlyinthefieldoftheindustrialcontrol，8-bitand16-bitembeddedsystemsstillholdamononolypositioninthisfield，havemanyapplications．111t11iSthesis．embeddedTCP／IPstack(eIP)inP89C51iSdesignedandimplemented．Theframeworkofthesystemandthespecificplanareproposed．Wefocusonthe

6、ARP，IP，ICMP，UDP，TCPandtheRTL8019ASdriver．elPstack,withtheadoptionoflayeredarchitecture，CanbecarriedoutbymeansofANSIClanguage，strictlyabidingbyinternationalRFCstandardwithoutanyassumptionandanyprirateprotocol，butwerisealotofcompilerswitches，IlscrscancomfgandreducteIPaccordingtothea

7、ctualapplications．WhendesigningeIPstack,Wetakefifilconsiderationofthepropertyoftransplantation．Thedifferemcesofhardwarearchitectureandcompilerseliminatebythemeansofthesystemabstractlayer．hltlleembeddedsystem,memoryisveryvaluable，especiallyforthe8一bitMCU．Wedesignanewmemorymanagemen

8、tmechanismfortheeIPstacktoimprove