单片机的TCP IP数据传输毕业论文

摘要TCP/IP协议是目前网络上应用最广泛的网络传输协议。如果单片机能够用此协议传输数据，那就意味着单片机控制的电子产品也能进入互联网。这将带来一系列好处，能进行远程控制，能够获得数据共享。对于实现基于51单片机的TCP/IP数据传输。需要以单片机为载体，熟悉TCP/IP协议栈，熟悉keilc编程，熟悉电子线路知识。通过对TCP/IP协议的研究和参考uIP协议栈，在单片机上对uIP进行了移植。最终实现了计算机以TCP/IP协议的通信方式对单片机进行了监控。设计过程中主要是构架TCP/IP协议栈，编写网卡驱动程序，编写应用程序。此通信协议的特点是代码和RAM使用量较小，可用在对通信速度要求不高的电子设备上。因为以单片机为载体，所以此通信协议无需太强调对速度的提高，反而应该把重点放在减少多余的功能，来减少对RAM的使用。设计过程并没让单片机接入互联网，控制单片机是通过上位机在局域网内对其进行连接的。关键词：嵌入式，单片机，TCP/IP协议AbstractTCP/IP is the most widely used protocol at the present network transport protocol. If single-chip can transmit data thought this protocol , that means those electronics controlled by single-chip can connect to the Internet . This will get a series of benefits, for remote controlling, for data sharing and so on. For realizing the TCP/IP data transmission on single-chip . Need to be familiar with single-chip, familiar with TCP/IP protocol stack and Keilc programming, familiar with knowledge of electronic circuits. For researching the TCP/IP protocol and referencing the uIP protocol stack, than transplanted the uIP on single-chip. Finally completed the computer communicating to single-chip used by TCP/IP . This design is mainly on finishing the TCP/IP protocol stack, writing the driver of net chip, writing application programs. This communication protocol is characteristic of less code and RAM usage, can using in the low speed requirements of the electronic. Because of taking single-chip as the carrier, this protocol shouldn't be stressed on the speed of communication , instead it should be focused on reducing redundant functions for reducing the use of RAM. The design is not accessing the Internet, it is controlled by computer using the connection by LAN.Keywords: embedded system , single-chip , TCP/IP 目录1 绪论12 TCP/IP协议22.1 TCP/IP简介22.2 TCP/IP的分层体系结构22.3 TCP/IP协议族32.4 IP地址、子掩码53 UIP介绍63. 1 u I P协议栈及其体系结构63.2协议栈接口73.2.1设备驱动程序接口73.2.2应用程序接口93.3 uIP 协议栈提供的主要接口汇总94 UIP在单片机上移植104.1 了解uIP的的主循环代码架构并改写main函数104.2 仿照 uip-1.0unixtapdev.c 写网卡驱动程序123.2.1以太网的帧结构124.2.2以太网的芯片 RTL8019 介绍134.3 设置配置文件uipopt.h/uip-conf.h175 基于51单片机的TCP/IP协议通信185.1 硬件原理图设计185.2 主要代码文件说明195.3计算机以TCP/IP协议通信方式监控单片机206结论21参考文献22致谢22附录231 绪论现在互联网开始向物联网发展，几乎所有电子产品都有入网的必要性。一旦电子产品能入网，就能做到对远在千里之外的电子产品进行控制。这将解决在某些恶劣环境下由人亲自操作电子设备而带来的危险。而单片机自带的串行通信又因传输距离太短而阻碍其应用范围。而且TCP/IP已成为当今计算机网络最成熟、应用最广的互联协议。Internet采用的就是TCP/IP协议，网络上各种各样的计算机上只要安装了TCP/IP协议，它们之间就能相互通信。所以只要在单片机上实现居于TCP/IP协议的通信，就能让单片机控制的电子设备进入互联网，实现远程操作，数据共享。这里研究的TCP/IP协议栈可在各种8位CPU上运用。设计过程在保留协议的基本构架的基础上尽可能进行精简，以提高传输速度。并且对数据缓存进行压缩，以减少对单片机RAM的使用。在国外已有专门机构对在嵌入式设备上实现TCP/IP进行研究。例如由瑞典计算机科学学院(网络嵌入式系统小组)的 Adam Dunkels开发的uIP。uIP协议栈是专门为嵌入式系统而设计的协议栈，其源代码由 C 语言编写，并完全公开。还有uC/IP(mew-kip)是为为控制其设计的一个TCP/IP协议栈。代码基于BSD（很像所有其它栈）但对非常小的覆盖范围功能有所减少。它当前为Linux和DOS目标而建。在国内ZLIP是专门为51单片机设计的嵌入式TCP/IP协议栈，可以在有操作系统和没有操作系统情况下运行，具有代码量适中、运行速度快、用户接口简单、兼容BSD socket接口的特点。实现了TCP、UDP、ICMP、ARP协议，ZLWeb实现了HTTP协议。支持多TCP连接、多UDP连接同时运行，可以用于51单片机TCP/IP上网解决方案。但目前不管国内还是国外在单片机TCP/IP协议的研究上，都存在以下的问题：数据传输速度慢，对RAM的使用量都大于单片机自带RAM。要在单片机上实现TCP/IP协议需要对计算机网络知识有所了解。清楚理解TCP/IP协议在计算机网络的位置和作用。深入了解TCP/IP协议栈的构成。对单片机结构功能熟悉，能驱动一般的以太网卡，掌握C编程。本文主要对uIP移植到单片机上进行研究，难点是了解TCP/IP协议栈的构成和对网卡的驱动。在实现计算机通过网络对单片机控制的电子设备进行监控的功能时还要对计算机进行相应的配置。2 TCP/IP协议2.1 TCP/IP简介TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol)的简写，中文译名为传输控制协议/因特网互联协议，又叫网络通讯协议，这个协议是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础，简单地说，就是由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成的。TCP/IP 定义了电子设备（比如计算机）如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。TCP/IP是一个四层的分层体系结构。高层为传输控制协议，它负责聚集信息或把文件拆分成更小的包。低层是网际协议，它处理每个包的地址部分，使这些包正确的到达目的地。TCP/IP已成为当今计算机网络最成熟、应用最广的互联协议。Internet采用的就是TCP/IP协议，网络上各种各样的计算机上只要安装了TCP /IP协议，它们之间就能相互通信。运行TCP/IP协议的网络是一种采用包（分组）交换网络。TCP/IP协议是由100多个协议组成的协议集，TCP 和IP是其中两个最重要的协议。TCP和IP两个协议分别属于传输层和网络层，在Internet中起着不同的作用。2.2 TCP/IP的分层体系结构TCP/IP是一个分层体系结构。最高层：应用层为协议的最高层，在该层应用程序与协议相配合，发送或接收数据。TCP/IP协议集在应用层上有远程登录协议（Telnet）、文件传输协议（FTP）、电子邮箱协议（SMTP）、域名系统（DNS）等，它们构成了TCP/IP的基本应用程序。高层：即传输层，其主要协议有UDP（user data protocol）和传输控制协议（TCP,Transmission Control Protocol）。TCP协议是在IP协议提供的服务基础上，支持面向连接的、可靠地传输服务，是负责聚集信息或把文件拆分成更小的包。这些包通过网络传送到接收端的TCP层，接收端的TCP层把包还原为原始文件；UDP协议时直接利用IP协议进行UDP数据报的传输，因此UDP协议提供的是无连接、不保证数据完整到达目的地的传输服务。由于UDP不使用很繁琐的流控制或错误恢复机制，只充当数据报的发送者和接收者，因此，UDP比TCP简单得多。低层：是网际协议(IP,Internet Protocol)，它处理每个包的地址部分，使这些包正确的到达目的地。网络上的网关计算机根据信息的地址来进行路由选择。即使来自同一文件的分包路由也有可能不同，但最后会在目的地汇合。 TCP/IP使用客户端/服务器模式进行通信。TCP/IP通信是点对点的，意思是通信是网络中的一台主机与另一台主机之间的。TCP/IP与上层应用程序之间可以说是“没有国籍的”，因为每个客户请求都被看做是与上一个请求无关的。正是它们之间的“无国籍的”释放了网络路径，才使每个人都可以连续不断的使用网络。 许多用户熟悉使用TCP/IP协议的高层应用协议。包括万维网（www，world wide web）的超文本传输协议（HTTP），文件传输协议（FTP），远程网络访问协议(Telnet)和简单邮件传输协议（SMTP）。这些协议通常和TCP/IP协议打包在一起。 使用模拟电话调制解调器连接网络的个人电脑通常是使用串行线路接口协议（SLIP）和点对点协议（P2P）。这些协议压缩IP包后通过拨号电话线发送到对方的调制解调器中。 与TCP/IP协议相关的协议还包括用户数据报协议（UDP），它代替TCP/IP协议来达到特殊的目的。其他协议是网络主机用来交换路由信息的，包括Internet控制信息协议（ICMP），内部网关协议（IGP），外部网关协议（EGP），边界网关协议（BGP）。2.3 TCP/IP协议族之所以说TCP/IP是一个协议族，是因为TCP/IP协议包括TCP、IP、UDP、ICMP、RIP、TELNET、FTP、SMTP、ARP、TFTP等许多协议，这些协议一起称为TCP/IP协议。以下是协议族中一些常