LwIP协议在工业远程控制网络中的应用.pdf

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1、2010年11月西安石油大学学报(自然科学版)NOV．2010第25卷第6期JournalofXianShiyouUniversity(NaturalScienceEdition)V01．25No．6文章编号：1673-064X(2010)06-0085-03LwIP协议在工业远程控制网络中的应用孟开元，陈晨，曹庆年(西安石油大学计算机学院，陕西西安710065)摘要：提出了一种适用于油气储运的远程监控网络的设计方案．根据油气储运的实际情况，在采用以AT91M55800A和DM9000A芯片为核心的硬件平台上，完成了LwIP协议栈的移植，实现了上位机

2、对远程终端的远程访问监控功能，使系统更具实时性与交互性，并保证了通信的可靠性．关键词：远程终端；LwIP协议；远程监测中图分类号：TP393文献标识码：A由于油库中存储的原油易爆、易燃、易挥发等属采集器完成对油库现场数据的采集，将采集到性，作为监控站的上位机必须远离作业现场．而现场的数据通过短程网络上传给RTU，RTU及时对数据又需要及时有效地把信息传送到上位机，并执行上进行处理与存储．远程监控客户端通过Intemet对位机发来的指令，这就要求上位机与远程测控终端RTU随时随地进行访问与控制．RTU部分的硬件结RTu(RemoteTerminalUn

3、it)具有远程的网络通信功构如图2所示．能．同时网络通信又离不开网络协议栈的支持．轻量级网络协议栈LwlP(LightweightIP)协议是一种精简的TCP／IP协议，适用于嵌人式系统中的网络通信．将LwIP协议移植到RTU中，就可以实现上位机对RTU基于Intemet的远程访问与控制．本文在完成tLCOS—II嵌入式操作系统的移植基础上，将LwIP协议移植到基于AT91M55800A和DM9000A芯片为核心的RTU上，实现具有远程网络通信功能的RTU．整个系统的层次模型如图1所示．图2RTU部分的硬件结构1LⅥ协议剖析LwIP是瑞士计算机科学院

4、的AdamDunkels等开发的一套用于嵌入式系统的开放源代码TCP／IP协议栈．LwIP协议是以分层的协议为参照来实现TCP／IP协议的，每一个协议作为一个模块实现，同时还提供了几个函数作为协议的人口．LwIP协议由图1系统的层次模型许多模块组成，除了IP、ICMP、UDP、TCP以外，还包收稿日期：2010-06-21作者简介：孟开元(1968一)，男，硕士，副教授，主要从事嵌人式系统、计算机体系结构研究．一86一西安石油大学学报(自然科学版)括操作系统模拟层、缓冲与内存管理子系统、网络接口函数等．LwIP协议能够利用很少的RAM空间实现TCP／

5、IP协议的主要功能⋯．1．1网络层协议IP(InternetProtoco1)协议是LwIP协议栈中的核心协议之一，IP协议只提供了节点到节点的数据传输，对数据类型的区分是由上层决定的．除此，IP协议不保证数据传输的可靠性，仅提供最好的传输服务，而数据传输的可靠性由传输层来保证．其报文格式如表1所示．表1IP数据报报文格式字节9字节10～11字节l2～15字节16～19其余字节协议源地址目的数据地址部分1．2传输层协议TCP是传输层协议，它提供了一种面向连接的、可靠的字节流传送服务．TCP是专门设计用于在不图3TCP的状态机可靠的Internet上传

6、输可靠的、端到端的字节流通堆栈内的数据被cOs—II恢复到寄存器中后任务信协议．只有区分好TCP所处的各个状态，才能使即启动⋯．另外，还需要声明一组为空函数的HOOK协议栈准确地传送数据．TCP将连接可能于的状态()函数．及各状态可能发生的变迁用有限状态机来表示．根OSCPU——A．S文件中，定义了与处理器相关的据TCP的状态机判断当前状态的下一个状态，区分任务切换函数．OSStartHighRdy()用于启动最高级TCP所处的各个状态以保证协议栈准确的数据传就绪任务；OS—TASK—SW()和OSIntCtxSw()2个函送．TCP的状态机如图3所

7、示．数分别用于实现任务级的任务切换以及中断级的任LwIP协议是精简的TCP／IP协议，实现了TCP／务切换．此外，周期性定时中断也是在此文件中IP协议的大部分功能。而TCP／IP协议栈的核心就实现．是传输层和网络层的TCP、IP协议．完成COS—II到AT91M55800A芯片上的移植，可以实现多任务的调度．2t,~os一Ⅱ在AT91M55800A芯片上的移植3LwIP在t~cos一Ⅱ上的移植为了实现I~COS—II的处理器移植，只需修改3．1网络中数据的发送与接收或者编写其中的3个与处理器相关的源文件，即OS图4直观地描述了网络中数据的发送与接收处

8、CPU．H、OSCPUC．C、OS—CPU—A．S．COS—II．理流程，ISR(InterruptServ