单片机与以太网接口设计

目录中文摘要...........................................................1英文摘要...........................................................2第1章绪论........................................................31.1嵌入式系统....................................................31.2课题研究的意义................................................31.3课题最终实现目的..............................................3第2章TCP/IP协议（栈）简介........................................52.1TCP/IP协议的分层结构.........................................52.2TCP/IP协议的封装与分用.......................................62.2.1什么是封装................................................62.2.2什么是分用................................................62.2.3以太网帧格式..............................................72.3TCP/IP的子协议...............................................82.3.1ARP协议..................................................82.3.2IP协议..................................................102.3.3ICMP网际控制报文协议....................................122.3.4TCP传输控制协议.........................................142.3.5应用层协议（HTTP协议）..................................17第3章硬件实现...................................................183.1物理层接口实现...............................................183.1.1RTL8019AS简介...........................................203.1.2RTL8019AS的内部结构.....................................203.1.3RTL8019AS内部寄存器简介.................................203.1.4与系统配置和运行有关的寄存器.............................213.1.5与DMA有关的寄存器.......................................233.2硬件设计.....................................................253.2.1硬件接口框图.............................................253.2.2主要器件说明.............................................25第4章软件实现...................................................274.1RTL8019AS驱动程序设计.......................................274.1.1RTL8019AS的初始化.......................................274.1.2报文的发送...............................................284.1.3报文的接收...............................................304.2TCP/IP协议栈的实现..........................................314.2.1地址解析协议ARP的实现...................................314.2.2网络层IP协议的实现......................................334.2.2.1IP包处理.............................................334.2.2.2发送IP报文..........................................354.2.3差错控制报文ICMP的实现..................................364.2.4传输控制协议TCP的实现...................................384.2.4.1TCP报文的处理（接收）................................384.2.4.2发送TCP报文.........................................404.2.5应用层（HTTP协议）的实现................................414.3轻量级TCP/IP协议栈UIP的嵌入................................424.3.1uIP的架构...............................................434.3.1.1uIP在系统中的位置....................................434.3.1.2uIP协议栈提供的主要接口..............................444.3.2uIP在MCS-51单片机上的移植..............................444.3.2.1移植步骤.............................................444.3.2.2uIP的主控制循环（main函数）.........................46结论..............................................................50致谢..............................................................51参考文献..........................................................52附录:硬件电路图...............................................541单片机与以太网接口设计摘要：现实生活中，许多的嵌入式系统设备已被广泛地应用，由于当前硬件设计的问题，未嵌入网络连接模块，使得这些嵌入式系统在使用上受到限制，而添置新设备又需要很高的成本。本文设计的网络接入模块解决了嵌入式设备与以太网络的连接问题，在不改变嵌入式设备本身结构的情况下，用户终端可以通过这个模块将现有的各种串口设备快速方便地接入网络，从而实现仪器的远程控制、远程数据终端的数据通信等功能。本设计方案利用8位单片机AT89C52提供的系统资源和处理能力，加上ISA接口的10Mb/s网卡芯片RTL8019AS，通过编写一套精简的协议栈，并实现可靠的数据通信，从而达到低成本、可靠连接网络的目的[1]。关键词：以太网，单片机，RTL8019AS，AT89C522TheInterfaceDesignofMCUandEthernetAbstract:Inthereallife,manyembeddedsystemdeviceshavebeenwidelyused,buttheyhavenotembeddedthenetworkmoduleowingtothecurrentdesignproblem.Itmakestheseembeddedsystemslimitedinuseandhighexpensewillhavetobepaidifnewdevicesshouldbeadded.ThenetworkaccessmoduledesignedinthisthesissolvedtheproblemoftheconnectionbetweentheembeddeddevicesandtheEthernet.Underthecircumstancethatthestructureoftheembeddedsystemswillnotbechanged,theuserterminalcanaccessthenetworkfastandconvenientlythroughthevariousserialdevicesexistinginthismodule,thusrealizingtheremotecontrolofthedevices,thedatacommunicationofremotedataterminalandotherfunctions.Thisdesignschemetakesadvantageofthesystemresourcesandtheprocessabilityprovidedbyan8-bit-MCUAT89C52and10Mb/sLANchipRTL8019ASwithISAinterface.Throughcodeaconcisesetofprotocolstack,reliabledatacommunicationrealizedanditalsoachievedthegoaloflowcostandreliablenetworkconnection.Keywords:Ethernetnetwork,MCU,RTL8019AS,AT89C524第1章绪论1.1嵌入式系统嵌入式系统是指嵌入式计算机及其应用系统，是指嵌入于各种设备及应用产品内部的计算机系统，它主要完成信号控制的功能，体积小，结构紧凑，可作为一个部件埋藏于所控制的装置中，它提供用户接口、管理有关信息的输入输出、监控设备工作，使设备及应用系统有较高的智能和性价比。嵌入式系统由嵌入式硬件与嵌入式软件组成，硬件以芯片、模板、组件、控制器形式埋藏于设备内部，软件是实时多任务操作系统和各种专用软件，一般固化在ROM或闪存中。软硬件可裁剪，适用于对功能、体积、成本、可靠性、功耗有严格要求的计算机系统中。嵌入式计算机系统，最早出现在60年代的武器控制中，后来用于军事指挥控制和通信系统，现在广泛应用于民用机电一体化产品中。1.2课题研究的意义随着Internet技术的普及，信息共享的程度越来越提高。TCP/IP协议栈使得嵌入式系统可以通过Internet将通信距离无限扩展。以太网使得大量数据的快速传输成为可能。这样，除了可以充分利用PC机上各种资源，完成数据的存储、分析、统计工作外，还可以实现测控系统间的数据交换，对于智能化、模块化的嵌入式设备集群的实现提供了另一种途径。PPP协议可以通过调制解调器实现远程的数据交换、状态控制等功能，为嵌入式系统提供了更为灵活的控制、监测方式。因此，基于