单片机与internet网络的通信应用研究.pdf

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1、山东师范大学硕士学位论文单片机与Internet网络的通信应用研究姓名：刘建超申请学位级别：硕士专业：教育技术学指导教师：卢洪武20070426山东师范人学硕l：学位论文单片机与I n t e r n e t 网络的通信应用研究摘要随着计算机通信技术、电子信息技术和多媒体技术的飞速发展，I n t e m e t 网络日益成为人们日常生活中必不可少的工具。信息家电、智能化仪表等需要与I n t e r n e t 网络连接的非P C 设备越来越多。就目前来看，在非P C 设备中，大约有5 0 左右的是8 位的微处理器。若想实现这些设备与I n t e m e t 网络的通信，必须扩展8 位微处

2、理器的网络功能。本文提出了单片机与I n t e r n c t 网络通信的一种具体实现方案。鉴于8 位小型微型单片机系统的广泛应用，在深入学习了解了高性能的3 2 位单片微处理器与L n t e r n e t 网络的通信应用之后，选择目前较为流行的八位单片机和以太网控制芯片构成单片机网络通信系统，并在此基础上成功的将经过裁剪的T C P I P 协议移植到系统中，在此基础上设计并实现了嵌入式w e b s e r v e r 应用：客户端通过浏览器中的网页实时操纵单片机应用系统L E D 小灯的亮灭。由于8 位单片机的内部资源有限，根据其自身特点和实际应用的需要，必须对T C P f I

3、P 协议进行适当的裁剪。本系统在设计过程中，选择了T C P I P 协议各层最具代表性的协议，并对其进行裁剪，将裁减后的协议移植到系统中后，经实验证明系统运行良好，达到了预期的目的。论文首先根据需要，设计以太网接口电路，编写以太网驱动程序；对T C P I P 协议进行适当裁减，以适应8 位单片机内部资源，并进行移植；实现了w e b s e r v e r 应用，通过对H T T P 协议分析，在单片机内部实现了H T T P 协议，并用H T M L 语言编写w e b页面，把网页保存到单片机内部的R O M 中，通过I n t e m e te x p l o r e r 浏览器可以远

4、程访问网页，并实现对系统的实时监控、操纵。根据w e b s e r v e r 应用在单片机中实现的具体需求，设计摒弃了嵌入式实施操作系统，直接实现了T C P I P 协议，大大缩短了开发的时间；本文最大的特点是在8 位单片机中实现了w e b s e r v e r 应用，对单片机系统的控制和监测变得简便、直观。使用H T M L语言编写了网页，并将源代码以字符数组的形式存储在单片机的E E P R O M 中，读取时可以以访问数组的形式访问代码，巧妙地绕过了操作系统对文件读取的限制，并且提高了系统的运行效率。以单片机为核心的小型微型嵌入式系统必将在教育领域得到广泛应用。目前，高校信息资

5、源建设正如火如荼，软件信息资源的共享，使得教育极大的便利化，教育投T山东师范大学硕t 学位论文资的效益迅速提高。但是，硬件资源难以共享。有了嵌入式技术的支持，在精密仪器中植入小型的嵌入式芯片，就可以通过操作嵌入到单片机内部的w e b 页面的按钮，远程实时操纵仪器，并通过单片机采集数据，传输到本地计算机，并且用浏览器将信息图文并茂的显示，可以方便的得到实验数据。实现校园硬件设备的共享，可以大大节省人力物力，具有极大的经济效益，对教育信息化发展具有积极的推动作用。【关键词】T C P I P 协议；I n t e r n e t 网络；单片机；w e bs e r v e r【分类号】G 4 3

6、 4山东师范大学硕十学位论文T h eR e a s e r c hO fC o m m u n i c a t i o nB e t w e e nM C Ua n dI n t e r n e tA B S T R A C TW i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e rc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y,e l e c t r o n i c sa n di n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n dm u l t i

7、 m e d i at e c h n o l o g y,i n t e r n e ti n c r e a s i n g l yb e c o m i n ga l le s s e n t i a lt o o lf o rp e o p l e Sd a i l yl i f e M o r ea n dm o r en o n-P Ce q u i p m e n t，s u c ha si n t e l l i g e n ti n s t r u m e n t sa n di n f o r m a t i o na p p l i a n c e,n e e dt oc

8、 o n n e c tt ot h eI n t e m e t J u d g i n gf r o mt h ep r e s e n ts i t u a t i o n，a b o u t5 0 o ft h en o n P Ce q n i p m e n ti st h e8-b i tm i c r o p r o c e s s o r I fw ew i s ht oa c h i e v et h e s ec o m m u n i c a t i o n sb e t w e e ne q u i p m e n ta n dt h ei n t e r a c t

9、 w em u s te x p a n dt h en e t w o r kf u n c t i o n so f8-b i tm i c r o p r o c e s s o r T h i st h e s i sp o i n to u tac o n c r e t er e a l i z a t i o np r o g r a mo ft h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nt h ei n t e r n e ta n dt h eM C U I nv i e wo f t h ew i d ea p p l i c a t

10、 i o no f 8 一b i tM C U，b yt h ei n d e p t hs t u d ya n du n d e r s t a n d i n go fh i g h p e r f o r m a n c e3 2 b i ts i n g l e-c h i pm i c r o p r o c e s s o ra n dt h ec o m m u n i c a t i o nt ot h eI n t e r n e t，c h o o s i n gt h eb e s ta n dm o s tp o p u l a re t h e m e tc o n

11、 t r o l l e rc h i pa n dt h e8-b i tM C Ut on-l a k en e t w o r kc o m m u n i c a t i o ns y s t e m，s u c c e s s f u lt r a n s p l a n tt h et a i l o r e dT C P I Pa g r e e m e n tt ot h es y s t e m，a n di m p l e m e n tt h ee m b e d d e dw e b s e r v e ra p p l i c a t i o n so nt h eb

12、 a s i so ft h ed e s i g n：t h r o u g ht h eb r o w s e r,c l i e n tc o u l dr e a l t i m em a n i p u l a t et h es m a l lL E Dl i g h t sb a s e do nt h eM C Ua p p l i c a t i o ns y s t e m D u et ot h el i m i t e dr e s o u r c eo f8-b i tM C U，a c c o r d i n gt oi t so w nc h a r a c t

13、e r i s t i c sa n da p p l i c a t i o nn e e d s，w em u s tt a i l o rt h eT C Pa g r e e m e u tp r o p e r l y I nt h es y s t e md e s i g np r o c e s s,s e l e c tt h em o s tr e p r e s e n t a t i v ep r o t o c o lo f e a c hl a y e ro f T C Pa g r e e m e n ta n dt a i l o ri tf o rn e e

14、da n dt r a n s p l a n tt h ea g r e e m e n tt ot h es y s t e m,t h ee x p e r i m e n tp r o v e st h a tt h es y s t e mo p e r a t e sw e l la n da c h i e v e st h ed e s i r e dr e s u l t s F i r s t l y,d e s i g nt h ee t h e m e ti n t e r f a c ec i r c u i ta n dc o m p i l et h ee t h

15、 e r n e td r i v e rp r o g r a m；t a i l o rt h eT C P I Pa g r e e m e n ta p p r o p r i a t e l yt om e e tt h e8-b i tM C Ui n t e r n a lr e s o u r c e sa n dt r a n s p l a n ti tt ot h es y s t e m；a c h i e v et h ew e bS e r V e ra p p l i c a t i o n r e a l i z et h eH T T Pp r o t o c

16、 o lb u s e do nt h ea n a l y s i so f i ta n dw r i t et h ew e bp a g eu s i n gH T M L，s a v ei tt ot h ei n t e r n a lR O Mo ft h eM C U T h e nw ec a nr e m o t eb r o w s et h eh o m e p a g ev i aI n t e r n e tE x p l o r e ra n dr e a l i z et h er e a l t i m em o n i t o r i n ga n dc o

17、 n t r 0 1 1 1 1山东师范丈学硕士学位论文A c c o r d i n gt ot h es p e c i f i cn e e d so ft h ea c h i e v eo fw e bs e r v e ra p p l i c a t i o nt om i c r o p r o c e s s o r a b a n d o nt h eE m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e ma n dd i r e c tr e a l i z et h eT C P I Pp r o t o c o lw h a tg r e

18、 a t l ys h o r t e nt h ed e v e l o p m e n tt i m e；T h eg r e a t e s tf e a t u r eo ft h i st h e s i si st oa c h i e v et h ew e bs e r v e ra p p l i c a t i o ni n8-b i tm i c r o c o n t r o t l e r S ot h ec o n t r o la n dm o n i t o r i n go ft h eM C Us y s t e mb e c o m e ss i m p

19、l ea n di n t u i t i v e C o m p i l et h ew e bp a g eu s i n gH T M Ll a n g u a g e s t o r et h es o u r c ec o d ei nt h ef o r mo fa r r a yc h a r a c t e r st ot h eE E P R O M，a n dc a l lv i s i ti nt h ef o r mo f a r r a yc l e v e r l yc i r c u m v e n t e dt h er e s t r i c t i O I

20、l So f r e a d i n gt h ed o c u m e n to ft h er e t r i e v a ls y s t e ma n de n h a n c et h eo p e r a t i o n a le f f i c i e n c yo f t h es y s t e m E m b e d d e dm i c r o p r o c e s s o rs y s t e m sw i t ht h ec o r eo fM C Uw i l lb ew i d e l ya p p l i e di nt h ef i e l do fe d

21、u c a t i o n A tp r e s e n t，t h eU n i v e r s i t y sI n f o r m a t i o nR e s o u r c e sC o n s t r u c t i o ni si nf u l ls w i n g,a n dt h es h a r i n go fs o f t w a r ei n f o r m a t i o nr e s o u r c e se n a b l e sg r e a tf a c i l i t a t i o na n dr a p i d l yi m p r o v e st

22、h ee f f i c i e n c yo fi n v e s t m e n ti ne d u c a t i o n H o w e v e r,t h es h a r i n go fh a r d w a r er e s o u r c e si sd i f f i c u l t W i t he m b e d d e dt e c h n o l o g y,i m p l a n tt h em a a l le m b e d d e dc h i p st ot h ep r e c i s i o ni n s t r u m e n t s，t h r o

23、 u g ht h eo p e r a t eo f t h eb u t t o n so nt h ew e b s i t ep l a n t e di n t h eM C Ua n dr e m o t eo p e r a t et h ee q u i p m e n t，t h e ng e td a t ab yt h eM C Ua n dt r a n s p o r ti tt ot h el o c a lc o m p u t e ra n ds h o wt h ei n f o r m a t i o n0 1 1t h eb r o w s e rv i

24、am a n ym e t h o d s E x p e r i m e n t a ld a t aC a nb eg o tc o n v e n i e n t l y S h a r et h eh a r d w a r ee q u i p m e n tC a ng r e a t l yr e d u c et h eh u m a na n dm a t e r i a lr e s o u r c e sa n dh a sg r e a te c o n o m i cb e n e f i t，h a sap o s i t i v er o l ei np r o

25、m o t i n gt h ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yi nt h ef i e l do f e d u c a t i o n K e yW o r d s：T C P I Pp r o t o c o l；I n t e m e tn e t w o r k；M C U；w e bs e r v e rC a t e g o r yN u m b e r：G 4 3 4I V独创声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特剐加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰

26、写过的研究成果，也不包含为获得(注：如没有其他需要特别声明的，本栏可空)或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：厶f 旁乏一字：矽式学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解堂撞有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权邋可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：知f 略气垦二签字日期：2 0 0 7 年尹

27、月彳日导师签字：彳浓式，签字只期：2 0 0 7 年9 月彤日山东师范大学硕卜学位论文第一章绪论1 1 单片机与I n t e r n e t 网络通信概述随着计算机通信技术、电子信息技术和多媒体技术的飞速发展，I n t e r n e t N 络日益成为人们日常生活中必不可少的工具。信息家电、智能化仪表等需要与I n t e m e t 网络连接的非P C 设备越来越多，这些设备的上网需求也日益迫切。就目前来看，信息家电、智能化仪表等非P c 设备中，大约有5 0 左右的是8 位的微处理器。因此，若想实现这些设备与I n t e m e t 网络的通信，必须扩展8 位微处理器的网络功能。单

28、片机与I n t e m e t 网络通信，指的是通过T C P I P 协议，将单片机应用系统接入I n t e r a c t 网络，以实现信息的传递与交流。实现单片机与I n t e r n e t 网络通信，将给现有的I n t e r n e t 网络带来新的活力，也是信息社会发展的一大趋势。单片机与I n t o-n e t 网络的通信的核心，是在电子设备中嵌入T C P I P 协议。目前通常用专用的芯片完成单片机与网关之间的协议转换，通过在电子设备中内置一块专用的网络接口芯片，将其作为电子设备和I n t e r n e t 连接的桥梁。芯片独立于各种微控制器M C U，通过标

29、准的输入输出口，与所有的微控制器相连。这样，控制器可以通过芯片接收并执行由I n t e r n e t 远程传输来的命令，或将一些数据交给芯片发送出去，实现电子设备的智能化。1 1 1 单片机与I n t e r n e t 网络通信的研究背景随着I n t e r n e t 技术的普及，信息共享的程度越来越高，人类进入了所谓的后P C 时代，后P c 时代的标志是嵌入式技术(E m b e d d e d T e c h n o l o g y)3 3 1 3 5 1。嵌入式系统(E m b e d d e dS y s t e m)将是继P C 和I n t e m e t 之后的又一

30、起世界高新技术发展大潮。嵌入式技术的飞速发展，将为人们对各种客户终端设备的灵活、高效和高性价比的需要，提供良好的解决方案。单片机在嵌入式技术的发展中扮演越来越重要的角色。就目前来看，在非P C 设备中，8 位的微处理器以其低廉的价格、稳定良好的性能和成熟的技术支持仍然占据举足轻重的地位。单片机的应用领域同益扩展，I n t e m e t 网络也逐渐延伸到世界的每一个角落，如何利用现有的I n t e m e t 网络资源实现数据通信，成为单片机应用领域R 益关注的焦点问题。山东师范大学硕 学位论文1 1 2 单片机与I n t e r n e t 网络通信的研究意义单片机(M i c r o

31、C o n t r o l l e rU n i t)又称嵌入式微控制器，它可以嵌入到任何微型或小型仪器或设备中。嵌入式系统在在体积、价位、可靠性等方面具有微型计算机无法比拟与抗衡的优点旧。1 单片机嵌入式系统已经广泛用于军事、工业、商业、医疗卫生、办公自动化、家庭等社会各个方面。2 就目前来看，大多数嵌入式系统还处于单独应用的阶段，以M C U 为核心，与一些监测、伺服、指示设备配合实现一定的功能。比如，在一些工业和汽车应用中，为了实现多个M C U 之间的信息交流，利用C A N、R S 2 3 2、R S 4 8 5 等总线将M C U 组网，但这种网络的有效半径比较有限，有关的通信协议

32、也比较少，并且一般是孤立于I n t e m e t 以外的。I n t e r n e t 现已成为社会重要的基础信息设施之一，是信息流通的重要渠道，如果单片机应用系统能够连接到I n t e m e t 上，则可以方便、低廉地将信息传送到几乎世界上的任何一个地方，并可以实现远程控制，特别在远程教育、远程测控等领域有广阔的市场。目前，把单片机应用系统和I n t e r n e t 连接已是一种趋势。3。对于我国来说，目前，P C 机的架构为W i n t e l 所控制、垄断，即由I n t e l 的C P U+微软的W i n d o w s 主宰了产业。在该领域，我们没有主动权，没有

33、创新空间，无能为力，充其量只是组装机和搞计算机系统集成等，自己的软件产品和出口软件很少，中国软件企业规模太小。专家估计，1 0 2 0 年内难以突破!单片机嵌入式系统需求千变万化，没有统一的架构，软硬件需要各种各样的组合，技术密集，市场容量大，我们有无限的创新空间!主要是：计算环境从P C 为中心转变为以网络为中心，涌现了各种新的信息设备(认)，不必与P C 兼容；应用软件逐步从P C 移到网上，不必与W i n d o w s 兼容；可裁减，良好的性能价格比。因此，深入研究8 位或1 6 位单片机嵌入式系统接入I n t e r n e t 的问题，是一个巨大的商机与挑战。嵌入式技术将为我国

34、信息化腾飞增添重要推动力，当然也会促进教育现代化的飞速发展。2山东师范大学硕 学位论文1 2 单片机与I n t e r n e t 网络通信的解决方案以单片机为核心的电子设备应用系统实现与I n t e r n e t 网络通信的核心，是电子设备本身增加T C P I P 协议，目前的解决方案主要可以分为两大类【3 0 i l”】。1 直接在电子设备上实现T C P，职此方案的实质是由M C U 内部固化T C P I P 协议的芯片，组成应用系统的核心。此方案中，单片机应用系统可以直接拨号上网，硬件电路相对简单，也不需要其它中间环节的支持。但由于单片机使用了T C P I P 协议芯片，因

35、此需要大容量的程序存储器，而且要求M C U 有较高的运行速度。应用系统的设计工程师还必须熟悉T C P I P 协议和相关的接口地址，软件设计复杂，工作量大，另外，每一个电子设备必须申请个I P地址。用此方案实现的典型代表有S c e I l i xS e m i c o n d u c t o r 公司的S X s t a c k、S e i k o 公司的$7 6 0 0 A 芯片、W i n dR i v e rS y s 公司开发的V X W O R K S 及P S O S 操作系统、美国U b i c o m 公司的I P 2 0 2 2 芯片等。2 利用公用的T C P I P

36、 协议转换器接入I n t o n e t(1)用单片机控制以太网网卡进行数据传输此时需加载T C P I P 协议到单片机中，此方案的基本思路是：远程控制端首先通过路由器寻找目标，再通过网卡的I S A 接口传入单片机。然后单片机中加载的驱动程序将之转换成为物理帧格式，最后由T C P I P 协议将之转化为应用层控制命令。这种方案是在单片机添加了T C P f I P 协议，数据通过T C P I P 协议栈的转换，然后由单片机控制网卡交换数据。(2)用专用的芯片完成单片机与网关之间的协议转换在电子设备中内置一块专用的网络接口芯片，将其作为电子设备和I n t e m e t 连接的桥梁。

37、芯片独立于各种微控制器M C U，通过标准的输入输出口，与所有的微控制器相连。这样，控制器可以通过芯片接受并执行由I n t e m e t 远程传输来的命令，或将一些数据交给芯片发送出去，实现电子设备的智能化。另外，还有很多公司已经开发了具备此种功能的芯片，而且取得一定成效。如C i r r u s 公司的C S 8 9 0 0 A 以太网控制器，R e a l T e k 公司的R T L 8 0 1 9、R T L 8 0 2 9、R T L 8 0 3 9等网卡控制芯片，C r y s t a l l a n 公司的d s 8 0 c 4 0 0 以太网控制芯片，D a v i c o

38、 m 公司的D M 9 0 0 8系列以太网控制芯片等。(3)利用网关在网络中桥接代理协议栈和T C P I P 协议栈3山东师范大学硕L 学位论文举一个简单的例子：一个通过互联网控制的仪表，它和控制它的服务器之间只需要交换很少量的几个字节的数据，不需要功能完整的T C 跏P 协议去管理只有几个字节的数据。网关完全可以担当翻译转换的业务，将代理协议提供的数据转换成T C P I P需要的数据，或将T C P d P 发送的数据转换后提供给代理协议。此方案的典型代表为c m W a r e 公司开发的E M I T 技术。(4)局域网接入 n t c m e t 解决方案将嵌入式电子设备通过专用

39、的现场协议(如R S 2 3 2、R S 4 8 5、C A N 总线协议)连接起在一起，然后与一台专门用来做网关的P C 连接起来，通过P C 与I n t e r a c t 连接。随着以太网控制芯片的性价比的提高，利用专用的芯片完成单片机与网关之间的协议转换成为单片机应用系统接入I n t e r n e t 的一大研究热点。1 3 系统在教育领域中的应用展望现代教育的发展和新技术密切相关。新技术的出现，对教育有积极的推动作用。2 0 世纪初，俄国的波波夫等人发明了无线电，并以无线电广播的形式迅速应用于教育领域。无线电广播系统利用广播电台与收音机以及扩音设备相配合来收听相关教学节目，为分

40、散在远距离的学生提供最广泛、最廉价、最优先传播教育的系统。2 0 世纪3 0 年代，电视机时代到来。到了5 0 年代，以电视机技术为核心的视昕教育丰富了无线电广播，视听技术以其图文并茂、传播迅速及时等优点在全球迅速得以普及。5 0 年代初，计算机技术出现，7 0 年代开始渗透到教育领域，并逐步发展为计算机辅助教育C A I(C o m p u t e r A s s i s t e dI n s t r u c t i o n)，计算机辅助教育促进了教育信息化的发展，目前，计算机教育正向多媒体化和网络化方向发展【2 3】。2 1 世纪，我们进入了后P C 时代，以单片机为核心的小型微型嵌入式系

41、统正在社会各个领域发挥着关键作用，嵌入式技术的发展必将给教育带来全新变革。早在1 9 9 3年9 月，美国政府就做出一项重大决策：放弃“星球大战”和“新一代高能加速器”计划，同时推出了一项引起全世界瞩目的高科技系统工程国家信息基础设施N i l(N a t i o n a lI n f o r m a t i o nI n f r a s t r u c t u r e)，俗称信息高速公路I H(I n f o r m a t i o ns u p e r-H i g h w a y)，实际上就是高速信息电子网络【2 3 1。这项跨世纪的高科技信息基础工程的目标是使用光纤和相应的软硬件及网络技

42、术把所有的企业、机关、学校、医院、图书馆及普通家庭连接起来，使人们拥有最好的信息环境，做到无论何时、何地都能以最好的方式与想要联系的对象进行交流，获得自己想获得的信息。4山东师范大学硕1 学位论文信息高速公路作为高速信息电子网络，是一个能给用户随时提供大量信息的、由通信网络、计算机、数据库以及日用电子产品等组成的完备网络。作为其中之一的日用电子产品如何通过高速信息电子网络实现信息的交流，成为后P C 时代人们关注的焦点。目前，智能小区、智能家电的出现，是日用电子产品连接网络的具体实现。以单片机为核心的小型微型嵌入式系统必将在教育领域得到广泛应用。在有的学校，基于单片机的无线屏幕已经开始用于天气

43、预报、校园信息展示、课程表显示等，管理人员可以远程控制设备，通过无线收发设备传输，方便的修改想要显示的内容；通过单片机控制的校园监控设备，使用摄像头采集图像信息，然后实时传输给远端的计算机，达到监控目的。目前，高校信息资源建设正如火如荼，电子图书馆、视频点播等日渐成熟。学生可以通过I n t e m e t 网络访问清华大学的图书馆，也可以在电脑前收看著名教授的课堂讲授，软件信息资源的共享，使得教育极大的便利化，教育投资的效益迅速提高。但是，共享高校硬件资源，很多人不敢去想。想使用清华大学的精密仪器进行一项科学实验，除非身临其境，否则是不可能完成的。有了嵌入式技术的支持，这种梦想可能实现。在精

44、密仪器中植入小型的嵌入式芯片，就可以通过操作嵌入到单片机内部的w e b 页面，远程实时操纵仪器，并通过单片机采集数据，传输到本地计算机，并且用浏览器将信息图文并茂的显示，可以方便的得到实验数据。实现校园硬件设备的共享，可以大大节省人力物力，具有极大的经济效益。1 4 本论文所作的工作本文通过对T C P I P 协议栈的分析，实现了单片机与I n t e m e t 网络的通信，并实现了w e b$e-,i w e r 具体应用。所做的工作如下：，1 根据需要，设计以太网接口电路，编写以太网驱动程序；2 对T C P I P 协议进行适当裁减，以适应8 位单片机内部资源，并进行移植；3 实现

45、了w e b s e r v e r。通过对H T T P 协议分析，在单片机内部实现了H T T P 协议，并用H T M L 语占编写w e b 页面，把网页保存到单片机内部的R O M 中，通过I n t e r n e te x p l o r e r 浏览器可以远程访问网页，并实现对系统的实时监控、操纵。山东师范大学硕t 学位论文第二章单片机与I n t e r n e t 网络通信的系统实现本章从硬件和软件两个方面阐述了单片机与I n t e m e t 网络通信的实现。硬件方面，介绍了系统的实现原理、单片机微控制芯片和网络控制芯片的选择；软件方面，给出了系统实现的具体流程。2 1

46、系统的实现原理单片机与I n t e m e t 网络的通信，关键是在单片机内部实现T C P I P 协议。对于小型微型单片机嵌入式系统，考虑到T C P I P 协议的复杂性和单片机自身资源的有限性，一方面，必须对现有单片机资源进行优化配置，使其适应与I n t e r a c t 网络通信的缓存、数据处理速度的需要；另一方面，必须对现有的T C P I P 协议进行适当裁减，因此，必须熟知T C P I P 协议。另外，在实时性和安全性要求高的场合，在设计实现T C P 1 P协议时还需特别加以考虑。为此，目前，在绝大多数的设计开发中，都在系统中引入了实时操作系统R T O S(R e

47、a l T i m e O p e r a t e S y s t e m)。嵌入式实时操作系统是指在确定时间内执行其功能并对外部的异步事件做出响应的计算机系统1 6 1。引入嵌入式实时操作系统，具有以下优势：可以提高系统的可靠性和抗干扰性；可以充分发挥C P U 的多任务潜力。对于嵌入式实时操作系统，可以在A R M 等高档的微处理器为核心的嵌入式系统实现，因为其本身内部资源相对丰富，使用嵌入式系统确实能够增加系统的执行效率。然而，8 位单片机毕竟不是高档微处理器，其内部资源的有限性，例如：6 4 K B 的R O M一方面要用来存储T C P I P 源代码(一般要占据3 0 K B 的空

48、间)，还要由嵌入式操作系统占据一定空间(大于2 K B)，剩下的空间，对于单片机系统本身的应用就有一定限制。因此，本方案设计开发了独立于操作系统的T C P I P 协议，完全可以满足系统的需要。1 8 位单片机本身资源的有限性是设计本方案的原因。单片机内部R A M、R O M资源有限，需要尽可能缩减代码。2 使用独立于嵌入式实时操作系统的T C P I P 协议，代码简洁，节约开发时间。3 目前高档单片机大都有看门狗电路和加密措旋，完全可以适应安全性和抗干扰能力要求高的场合。6山东师范大学硕j 学位论文4 单片机系统本身处理速度的限制，使得使用嵌入式实时操作系统发挥单片机多任务能力的设想没

49、有什么实际意义。嵌入式实时操作系统的多任务能力是通过软件管理的，对于单片机来说，响应速度比较慢，另外，本系统的处理任务是针对于H T T P协议的，使用单片机内部的中断系统，完全可以实现预期目标。本论文使用高性能的8 位单片机控制以太网接口芯片，由以太网接口芯片实现物理层及数据链路层的协议，而网络层以上的T C P I P 协议和H T T P 应用协议在单片机内部实现，并根据实际需要，对相关协议进行适当的裁减和优化。系统独立于操作系统，软件完全独立，具有占有资源相对较少，易于集成、可裁减等优点。2 2 系统的硬件实现使用高档8 位单片机控制以太网接口芯片实现与I n t e m e t 网络

50、的通信。其中，单片机微控制器需要实现T C P I P 和应用层协议，还要完成对嵌入式电子器件和以太网接口芯片的控制。而以太网接口芯片除了本身实现了物理层和数据链路层协议，还要通过R J 4 5 接口与I n t e m e t 网络进行通信。系统的硬件实现及其与I n t e r n e 互连并实现数据通信的原理如图2 1 所示。以斟集太盟网片接线州机口器芯片图2-1 单片机与I n t e I n e t 网络通信的原理图2 2 1 高性能单片微控制器的选择应尽量选择片上资源丰富、运行速度快的高性能单片机。就目前来看，高性能8位单片机主要有A T M E L 公司的A T 8 9、A T