嵌入式系统的TCP/IP协议的应用研究

摘　要：随着科学技术的迅猛发展，Internet在我国已被广泛应用，尤其是Internet其资源共享功能给人们带来了巨大便易。嵌入式系统的TCP/IP协议是指将协议简化为硬件形式，并嵌入单机片里来实现单片机和互联网间数据的传输，从而提高单片机和互联网间信息共享度，给人们生活带来方便，因此研究嵌入式系统TCP/IP协议在各领域中的应用具有重大现实意义。主要阐述了嵌入式系统TCP/IP协议在硬件中的应用与嵌入式系统TCP/IP协议在软件中的应用。

关键词：嵌入式系统；TCP/IP协议；应用研究

1. 前言
　　随着互联网商品化的不断发展，互联网信息共享表现出越来越大诱惑力。在不用PC机基础上，通过ISP采取8位的微控制器接到互联网上并取代传统以PC机为核心应用模式，已成为现在乃至未来互联网发展主要趋势。为把单片机体系有效接到互联网上务必要做好两手准备，在硬件上要根据系统的主控器加上网络接口，在软件商要为之提供相对应通信协议。因单片机具有较小存储单元且数据处理较慢，因此采用PC机TCP/IP协议已无法嵌到单片机里，所以简化TCP/IP协议，实现单片机和互联网间电子邮件的运输对达到单片机和互联网间信息传输目的具有重要推动作用，下面主要研究嵌入式系统的TCP/IP协议的应用研究。
2. 嵌入式系统TCP/IP协议在硬件中的应用
2.1 单片机嵌入互联网模式选择
2.1.1 EmWarea其EMIT技术
　　这种技术采取的是标准互联网协议并对16位和8位嵌入式的设备管理，该类嵌入模式是使用TCP/IP协议栈和网关在Internet里桥接代理。选取EMIT技术虽可使用在各类型单片机上，但却要求系统工程师熟悉相关接口和掌握emNeT协议，有着较大工作量。
2.1.2 PC网卡加上专用网
　　该类单片机嵌入互联网模式是采用CANBus、RS485、RS232等专用网络将小批量单片机均连接起来后，再把专业网络均连接在同一台的PC机上面，因其依靠PC机为协议实现机制转换，所以当多个单片机体系较为分散时，该类专用网络的布置就显得很不方便，在PC机里装上专门协议软件来转换机制，又将发开成本增加了。
2.1.3 MCU加上网卡芯片
　　这类单片机嵌入互联网模式是用单片机对TCP/IP协议进行加载并据此对以太网网卡进行控制实现数据的传输，是采用TCP/IP协议嵌入互联网。该饭饭么有使用网关或PC机平台，因此，开发成本降低，只需相关人员深层次了解单片机、网卡的驱动程序和TCP/IP协议。
　　分析完以上三种单片机嵌入互联网方案，可知MCU加上网卡芯片为最佳方案，最为经济模式。
2.2 系统的硬件结构
　　系统单片机应该采取89C51，而网卡芯片应该采取RTL8019AS。此外，读取键盘其输入数据与指令应该串行E2PROM采取24C256.89C51在处理操作时，要通过网络接口的电路和网卡芯片来实现单片机和互联网接入任务，从而进一步达成电子邮件接收发送功能。
3. 嵌入式系统TCP/IP协议在软件中的应用
3.1 TCP/IP协议特点
　　高级系统里虽可支持完整TCP/IP协议，但针对单片机系统却很难将其做到。根据以上特点，第一，要按照各类系统特点及功能对TCP/IP协议进行特定设计，仅仅需要达到相关协议需求；第二，针对具体实际运用，为避免单片机其内部资源出现不足，在保证所需协议实现基础功能前提下做好精简工作。单片机中程序结构通常为硬件中断和顺序执行相结合模式，因此，对于处理TCP/IP协议工作应该将其在主程序顺序循环里，使用查询式来控制网卡芯片，其它中断任务实行间隙中间隙TCP/IP协议处理，使用时间成本换取系统可靠性。
　　单片机读取数据是靠RTL8019AS在网络上面接受，并从网络接口的控制程序处将其读到缓冲区即E2PROM里来检测协议字段类型，从而去夜店那种协议可用来处理该分组。当格式出现错误时就将该分组丢弃。
3.2 TCP/IP协议的实现
　　实现软件采取51系列的单片机C语言开发的平台伟福6000，同时用COMP51编译器，下面具体就协议实现进行分析：
3.2.1 APR协议
　　APR协议其首要目的是完成IP地址和以太网地址间映射。在APR包里操作码相应字段突出APR应答、APR请求、RARP应答、RARP请求四种操作形式。该单片机体系仅仅对APR请求与APR应答响应，为有效提升网络传输效率与速度，防止每次数据传输前都要对APR地址给予解析才可活动响应目的地址，可构建一个储存常用目的地地址APR的高速缓存。其实现需要两个进程：（1）进程处理，处理APR响应与APR请求，与此同时也将APR的高速缓存更新；（2）进程寻址，在APR的高速缓存里为相应IP地址寻址与之对应以太网的地址。
3.2.2 IP协议
　　为实现单片机里对IP协议进行加载，同时又不对多个IP地址支持，主要通过以上进程来完成：（1）进程发送，首先把待发数据密闭封装到IP包里，然后再查看本机和目的主机在同一子网里与否，当处在同一子网里就将IP数据直接发送给目的主机，若不在同一子网就将数据包经默认路发送到路由器里；（2）进程接收，在得到了IP包过后，要对TP目的地址、头部版本等进行校验，正确以后，再将协议字段类型给予解析，并交由高层协议去处理。
3.2.3 ICMP协议
　　IP协议因无法提供链接服务，所以错误信息和报文无法传送给最初主体，针对此情况，对系统里接收ICMP包校验且无误后，且CODE域和TYPE来替代echo请求后，还需发送echo来应答，从而实现网络其诊断功能。
3.2.4 TCP协议
　　TCP协议面向端对端、连接可靠的通信协议，该部分主要通过以下进程达成：（1）构建连接。首先在客户机发送对端接入要求时，要可随时选送初始的序号；其次，服务器同样要选送属于自身初始的序号，客户机传送来的序号对答号要及时返送到客户机上；最后，客户机要再次发送应答段给服务器来当作服务器发送请求接入响应，包括数据每个TCP段均要取得相应对端返回应答段来当作握手信号以确保数据的可靠接收。作为应答段其自身则不需应答来预防应答陷入永无止境嵌套；（2）进程验证，该进程要使用相应措施对传输中错误给予消除来确保数据传输可靠性，例如：可用持续跟踪法对已发出的数据段进行跟踪来判断其返回与否以及数据丢失与否；也可用序列号对通信时失序、重复问题给予解决；对于数据误码的问题可用校验来解决等；（3）进程流量控制，首先设计滑动窗口用循环缓冲区域来做，对于窗口与ACK的配合要指明处于正确接收最后数据包后，同时要处在可接受序列号的范围内，并以此来控制流量；（4）连接关闭，首先客户 机对服务器发送关闭段，该时刻客户机只可对数据进行接收，不可再次发送数据；其次，服务器对客户机发送关闭即应答段，该时段，服务器仍旧可为客户机传输数据，也就是接入处在半关闭的状态；再次，服务器对客户机发送关闭段，此时可服务器不可再次发送出去数据；最后，客户机务必要对服务器关闭做出响应，对服务器发送关闭即应答段。
3.2.5 SMIP协议
　　SMIP协议只需依赖一个可靠规则数据的流通道，而不需依赖特定传输子系统。SMIP主要为面向基于命令、文字的协议，设计系统时该部分协议主要靠两进程构成：（1）处理底层邮件，提取信头其各字段的信息，并按照数据编码性质来处理数据，让其以用户能够接受刑事传输为图形用户的界面；（2）发送邮件，通过DATA、TO、RCPT、MAILFROM、HELO一系列接受方会话和指令，由25号能够采取电子邮件的传输TCP其保留端口来进行邮件的传输工作。
　　综上所述，嵌入式系统TCP/IP协议在硬件和软件上的应用可有效实现在单片机里采取电子邮件传输任务，探究嵌入式系统TCP/IP协议的应用不仅能够提高单片机和互联网间信息共享度，还可减少硬件的使用、降低成本和为使用带来便利。此外，采取51系列的单片机，虽然利于软件移植及二次开发，但却有着较慢数据传输速度，还需我们进一步探究。
参考文献：
.自动化与仪器仪表,2011(05).
作者简介：
高源，（1979-），女，硕士，讲师，研究方向：计算机专业教学改革；嵌入式系统的设计与开发。

李冶，（1974-）男，硕士，研究方向：计算机应用、智能控制技术与嵌入式系统。