基于单片机的TCPIP技术研究及其应用分析
摘要：单片机是把一个计算机系统集成到一个芯片,方便其在日常生活中的应用。随着计算机技术的不断发展,计算机形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支,而单片机的出现无疑是这两大分支形成的标志。近几年单片机得到了飞速的发展,单片机最明显的优势就是可以嵌入到各种仪器、设备中。大量的嵌入式系统均采用单片机。
关键词：单片机  嵌入式计算机  技术  应用
tcpip协议在设计时就考虑了如何解决安全问题近年来以单片机为代表的嵌入式系统在工业探测系统、智能仪器、安防系统、智能家电和信息家电领域得到了广泛应用。Internet技术和嵌入式技术的相互融合,不仅为嵌入式系统的设计和开发带来了前所未有的发展空间和机遇,也使得Internet应用进入了嵌入式Internet时代。
1、嵌入式Internet系统
一个嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成。嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心,由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层组成。执行装置也被称为被控对象,它可以接受嵌入式计算机系统发出的命令,执行规定的操作或任务。嵌入式系统在功能及
实现上都有很严格的限制,必须考虑实时性、体积、功耗及散热等,同时要满足可靠性及安全性。嵌入式系统硬件层的核心是嵌入式微处理器。
嵌入式操作系统是一种用途广泛的系统软件,以前主要用于工业控制和国防领域。EOS负责嵌入系统的全部软硬件资源的分配、任务调度,控制、协调并发活动。它必须体现其所在系统的特征,能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。目前,已经有一些比较成功的EOS产品系列。随着Internet技术的发展、信息家电的普及应用及EOS的微型化和专业化,EOS开始从单一的功能向高专业的功能方向发展。嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固话以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。
Internet网络通信中,TCP/IP协议簇非常庞大,需要占用大量的系统资源。单片机的缺点是资源有限,无法容纳下Internet的TCP/IP协议簇。因此单片机实现嵌入式接入Internet技术的关键是如何在单片机等嵌入式设备的有限资源上实现Internet的网络通信协议栈。其难点在于:如何利用单片机自身有限的资源对信息进行TCP/IP协议处理,使之变成可以在Internet上传输的IP数据包。目前许多机构都在积极探讨利用MCU实现接入Internet技术。
2、单片机的TCP/IP技术的应用
嵌入式网关向嵌入式系统提供Internet或Intranet通信和管理服务。如防火墙、协议转换、监视嵌入式设备的运行状态、向外界提供Web服务器等。这种技术需要一个专门的嵌入式网关,而且网关和嵌入式系统之间通信也会受到轻量级网络协议的制约。它对嵌入式系统处理器速度、资源要求也比较低,开发难度低,可以解决各种嵌入式系统接入Internet的问题,特别适用于嵌入式系统多且较为集中的场合。缺点是接入成本比较高,不利于大规模推广。
这种方法实现起来比较简单,而且可根据实际需要进行功能扩展,但是需要在单片机上实现嵌入式TCP/IP网络协议,软件编程的工作量比较大。由于采用普通单片机,所以其优点是成本低,单片机体积小,易于以极高的性价比向诸多需要实现嵌入式接入Internet的场合推广。本文设计的系统就是采用这种技术方案。
目前RTOS的功能越来越强大,大多数都带有TCP/IP协议栈,还具有对图像界面的支持能力。同时嵌入式操作系统的运行需要占用大量的处理器资源和存储器空间,对硬件配置也有较高的要求,开发成本高。我们也可以看到TCP/IP采用分层体系结构,它与开放系统互联OSI模型的层次结构相似。它可以分为4层,由低到高一次为:网络接口层、网际层、传输层和应用层（如表1所示）。
另外,Internet网络通信中,TCP/IP协议簇非常庞大,需要占用大量的系统资源。嵌入式系统对信息进行TCP/IP协议处理,使其变成在Internet上可传输的IP数据包。由于51系列单片机内部资源有限,不可能实现标准的Internet的TCP/IP协议,也不需要实现标准的TCP/IP协议。
3、结语
在嵌入系统中实现TCP/IP协议栈,是实现嵌入式系统联入Internet的基础。在嵌入Internet发展迅猛的今天,嵌入式系统已经成为我们生活的一部分,在家用电器、工业设备、医疗设备及汽车应用等领域的应用不断扩大。嵌入Internet的应用日趋流行,TCP/IP作为事实上的标准,设计和实现微处理器接入网络具有现实的意义。
参考文献
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