湖南工业大学本科毕业设计（论文）
较大的。目前，有68000个处理器的嵌入式系统的通用，存储在功率：PC，ARM，MIPS，ARM处理器等。特别是，嵌入式微处理器的发展一直很快，和嵌入式微处理器已经在过去的几年中占领了很大的市场份额的，并且有逐步蚕食8位及16位嵌入式微控制器市场的趋势。
（2）嵌入式微控制器：嵌入式微控制器又称单片机,它将整个计算机系统集成到一块芯片中。嵌入式微控制器一般以某种微处理器内核为核,根据某些典型的应用,在芯片内部集成了ROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、FO、串行口、脉宽调制输出、刀D、D/A、FlashRAM、EEPROM等各种必要功能部件和外设。为满足不同的使用要求，功能和配置设置在必要的修改和调整的削减，一个系列的单片机具有多种衍生产品，衍生工具的任何类型的处理器核是相同的，不同的内存和外部配置和功能可与建筑物的最大。应用的需求，降低整个系统的功耗和成本。嵌入式控制器的数量和类型的产品，在各种嵌入式处理器是最大的优点，也是主流单片机是嵌入式系统的应用。嵌入式微控制器可分为通用和半通用两类,比较有代表性的通用系列包括8051、PSIXA、MCS251、MCS96/196/296、C166/167、68300等。而比较有代表性的半通用系列,如支持USB接口的MCUSXC93O/931、C540、C541;支持IZC、CAN总线、LCD等的众多专用MCU和兼容系列。
（3）嵌入式DSP处理器：在数字信号处理应用中,各种数字信号处理算法相当复杂,一般结构的处理器无法实时的完成这些运算。由于DSP的体系结构和指令的特殊设计，使其特别适合于数字信号处理的实时性。嵌入式DSP处理器在数字滤波，光谱分析，DSP算法的DSP嵌入式应用poured，在正常运行和DSP的指令，通过使用转换DSP，嵌入式DSP处理器比较有代表性的产品是TI的TMS320系列、ADI的ADSP系列和Motorola的DSP560OO系列等。
（4）嵌入式片上系统：随着EDA的推广和VLSI设计的普及化,以及半导体工艺的迅速发展,可以在一块硅片上实现一个更为复杂的系统,这就产生了SOC技术。通用处理器核心的多样性，标准库中的soc设计公司，很多其他的嵌入式系统的周辺机器，标准设备的vlsi设计，标准和rlog等硬件描述语言和组件库保存用户，单应用整个系统定义、模拟，然后半导体工厂生产的样品能够设计。一些装置的其他合并，不能被植入了整个系统一种或少数的芯片能整合,应用系统电路板将变得很简单,对于减小整个应用系统体积和功耗、提高可靠性非常有利。
以上介绍了嵌入式系统的硬件核心嵌入式处理器的分类,可以看出硬件的发展的是很快的,同样与之相对应的软件也在不断地发展。从软件上来说,随着嵌入式系统应用范围的不断扩大,采用高级语言编程和嵌入式实时操作系统RTOS己是嵌入式系统设计的必然趋势[5]。因为汇编语言和具体的微处理器的硬件结构密切相关,移植性较差,既不宜在复杂系统中使用,又不便于实现软件重用;而高级语言具有良好的通用性和丰富的软件支持,便于推广,易于维护。高级语言编程具有通用性强、容易编程、可读性强、可移植性好、
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可维护性好、直接支持中断管理、支持软件重用等优点,目前基本上每一种微控制器都有相应的高级语言编译器(特别是C语言),并且在代码生成效率上跟汇编语言相比较已经相当接近了。另外,有些嵌入式系统比较复杂,可以采用嵌入式操作系统实现如多任务调度、文件管理、网络协议、图形界面等功能,而不需要自己花费很多的精力来开发这些算法。
1.3 研究现状及背景
随着越来越多的企业开始采用10Gbps传输，运营商开始寻求在城域网实施100gbps以太网，将其作为一种高效率的方式。随着广泛开展的各类宽带业务，例如视频组播、高清晰度电视和实时游戏促使10G以太网技术在城域网和电信骨干网等到广泛应用。越来越多的计算机系统都迫切的需要和其它计算机系统进行联网，以达到共享数据,统一管理的目的。因此除了通常的使用PC机的内部网卡接入以太网外，许多的嵌入式系统也需要直接联入以太网，与其它联网的设备实现数据共享的目的。
嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件,通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等[7]。嵌入式操作系统具有通用操作系统的基本特点,如能够有效管理越来越复杂的系统资源;能够把硬件虚拟化,使得开发人员从繁忙的驱动程序移植和维护中解脱出来;能够提供库函数、驱动程序、工具集以及应用程序。与通用操作系统相比较,嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。
当前，在嵌入式系统接入因特网的所有技术中，被使用最多的局域网通信技术即是以太网通信。通过以太网可以很方便地搭建局域网，因而能与因特网链接。嵌入式系统的开发与设计有了前所未有的空间与机遇，对于嵌入式系统的发展应用，任何时候都有机会跨入嵌入式以太网时代，这些都是需要两者技术上的完美融合。只要完成了嵌入式系统与以太网的链接，使嵌入式系统发展成为以太网中单独的一个节点，用户在节点可以通过网络，方便且低代价地进行数据传输[9]。所以为了实现整个系统的数据的传输功能，而在嵌入式系统与以太网链接的方法上做相应的研究，是具有十分重要的经济价值和现实意义的。
1.4 本文主要研究内容
本文通过对基于嵌入式的以太网通信的研究，采用W5500以太网接口芯片，在嵌入式系统中完成TCP、UDP通信的功能，实现嵌入式系统与以太网网络的互联互通，最终在STM32开发板上进行硬件测试与仿真，主要在一下几方面进行了着重论述：
（1）基于ARM的嵌入式系统硬件平台的组成以及重要硬件实现部分的构成，囊括相关芯片的叙述和网络控制芯片的内部结构、实现功能以及其工作的原理，分别做了相关简介。
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（2）基于嵌入式系统实现以太网通信的基本网络协议的分析，主要介绍了TCP、UDP等网络协议。
（3）阐述了实现嵌入式系统与以太网进行TCP、UDP的通信方法。 （4）进行了对嵌入式系统以太网通信过程的仿真与测试
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第2章 嵌入式系统以太网网络协议
2.1 网络协议概述
网络协议是网络上所有设备（网络服务器、计算机及交换机、路由器、防火墙等）之间通信规则的集合，它规定了通信时信息必须采用的格式和这些格式的意义。大多数网络都采用分层的体系结构，每一层都建立在它的下层，并提供服务，而上层的细节，以及如何实现业务规则和上层屏蔽层。一个N层的设备和装置是另一个协议。在网络的每一层，有很多协议层协议中，发送方和接收方必须一致，否则一方将无法识别另一个messagg协议交换网络信息和各种网络设备。常见的协议有：TCP/IP协议、IPX/SPX协议、NetBEUI协议等。由于网络节点之间联系的复杂性，在制定协议时，通常把复杂成分分解成一些简单成分，然后再将它们复合起来。最常用的复合技术就是层次方式，网络协议的层次结构如下：
（1）结构中的每一层都规定有明确的服务及接口标准。 （2）把用户的应用程序作为最高层
（3）除了最高层外，中间的每一层都向上一层提供服务，同时又是下一层的用户。 （4）把物理通信线路作为最低层，它使用从最高层传送来的参数，是提供服务的基础。
为了使不同计算机厂家生产的计算机能够相互通信，以便在更大的范围内建立计算机网络，国际标准化组织（ISO）在1978年提出了“开放系统互联参考模型”，即著名的OSI/RM模型（Open System Interconnection/Reference Model）。它将计算机网络体系结构的通信协议划分为七层，自下而上依次为：物理层（Physics Layer）、数据链路层（Data Link Layer）、网络层（Network Layer）、传输层（Transport Layer）、会话层（Session Layer）、表示层（Presentation Layer）、应用层（Application Layer）。
2.2 数据链路层协议
数据链路层是OSI参考模型中的第二层，介乎于物理层和网络层之间。数据链路层在物理层提供的服务的基础上，向网络层提供服务，目的是把网络基础服务发送到网络层obiettiv相邻节点，要实现这一目标，必须有相应的数据链接的一系列功能，主要有：如何将数据组合成数据块，在数据链路层的数据块被称为帧传输数据，数据链路层，是一个统一的框架，为物理信道传输，包括传输错误，如何调整传输速率匹配的两个网络实体和一个接收通道；建立数据连接，维护和发布管理。数据链路层的主要协议有：(1)点对点协议;(2)以太网;(3)高级数据链路协议(;(4) 帧中继;(5) 异步传输模式;
以太网的地址采用48位,因此数据包头部的12个字节为地址信息,协议类型为2个字
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