嵌入式TCP/IP技术在恒温振荡器中的应用

文章摘要：传输的以太网包中7个字节的导言区用来使接收方的时钟和发送方的时钟同步，然后再由帧分界符来表述1个数据帧的起始，进而进入数据帧的传输通信过程，数据帧主要是通过目标地址和源地址的位置建立通信。6个字节的目标地址是指目的站点的MAC地址，表明要把数据送到哪个站点。若目标地址第1位为0，则这个字段指定了一个特定的站点；若为1，则表示目标地址为一组地址，而该地址是事先定义好的；若所有位全为1，则表示接收者为局域网上的所有站点，即该地址是一个广播地址。6个字节的源地址是指源主机的MAC地址，表明该帧来自哪个主机。VLAN是一种将局域网(LAN)设备从逻辑上划分成一个个网段，从而实现虚拟工作组(单元)的数据

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　　传输的以太网包中7个字节的导言区用来使接收方的时钟和发送方的时钟同步，然后再由帧分界符来表述1个数据帧的起始，进而进入数据帧的传输通信过程，数据帧主要是通过目标地址和源地址的位置建立通信。6个字节的目标地址是指目的站点的MAC地址，表明要把数据送到哪个站点。若目标地址第1位为0，则这个字段指定了一个特定的站点；若为1，则表示目标地址为一组地址，而该地址是事先定义好的；若所有位全为1，则表示接收者为局域网上的所有站点，即该地址是一个广播地址。6个字节的源地址是指源主机的MAC地址，表明该帧来自哪个主机。VLAN是一种将局域网(LAN)设备从逻辑上划分成一个个网段，从而实现虚拟工作组(单元)的数据交换技术，如果选用基于MAC地址的VLAN的方法就根据每个主机的MAC地址来划分，即对每个MAC地址的主机都配置分组，它实现的机制就是每一块网卡都对应唯一的MAC地址，跟踪属于VLAN MAC的地址。在帧传输的最后进行帧校验，使用4个字节的循环冗余效验码进行错误检验。

2.2.2 TCP/IP协议
　　TCP/IP协议是面向连接的、端对端的可靠通信协议[4]，共分为4层，即网络接口层、网络层、传输层和应用层，如图4所示。

　　网络接口层负责将IP数据报以数据帧的格式发送和接收，具体过程为数据从TCP/IP应用程序通过TCP传递到传输层TCP，然后交给IP。IP协议提供逻辑地址信息，并将数据封装在分组中。接着IP分组进入网络接口层，网络接口层创建1个或多个数据帧，以便进入物理网路，数据帧最后被转换成在网络传输介质上传送的(bit)流。
　　TCP/IP的核心层是网络层(IP)和传输层(TCP)，对应的主要协议是IP和TCP两大协议。网络层提供计算机间的IP分组传输，包括高层数据的分组生成、底层数据报的分组组装，以及路由处理、流量控制、拥塞处理等问题。IP数据报中含有发送它的主机的地址(源地址)和接收它的主机的地址(目的地址)。传输层(TCP)作为网络应用程序与网络之间的接口，根据端口通过TCP传输控制协议提供应用程序间的通信，包括格式化信息流和提供可靠传输，实际上也就是将TCP数据送往一个由IP地址与端口号组成的套接字(Socket)。
　　应用层提供常用的应用服务程序，如HTTP服务、SMTP服务等。HTTP应用程序在Web服务器上运行的是面向对象的协议，工作方式为收听请求，然后响应请求，向请求方发回文件[5]。
2.2.3 本系统TCP/IP通信过程
　　TCP/IP协议软件上的数据传输可分为3个阶段：建立连接、传输数据和断开连接。它的实现过程可以用状态机来描述。建立连接有2种方法，即主动打开和被动打开。服务器端是被动打开，然后一直在侦听连接请求；而客户端是主动打开，发送连接请求以建立连接。断开连接有2种方式：主动断开连接和被动断开连接。在需要主动断开连接时，发送1个FIN数据包，接收到对FIN数据包的确认后，再发送1个RESET数据包，即可顺利完成1次主动断开连接。
　　本系统中通信过程主要分为4个部分：
　　(1)网卡芯片DP83848和RJ45组成的硬件接口。
　　(2)TCP/IP协议栈。用这个协议栈进行数据通信，网卡芯片已经完全固化了从MAC层、网络层到传输层所需要的协议，因此，用户无需了解这些协议的实现方法和实现代码。
　　(3)接收和发送缓冲区。主控芯片LPC2368通过以太网与网络上其他主机进行通信的数据都是通过这些缓冲区来进行交换的。
　　(4)以太网物理层接口。网卡芯片DP83848实现10/100BaseT以太网传输数据功能。
　　在主机端访问由嵌入式ARM芯片LPC2368为主控的从机，然后在主机显示出由LPC2368控制下的恒温振荡器的速度和温度等实时数据。具体过程是：先对底层进行初始化，包括对LPC2368主控芯片上的局域网控制器配置端口和对DP83848的物理层的设备、读写状态寄存器、MAC配置和控制寄存器、接收和发送端描述符寄存器、局域网地址寄存器、以及指定DP83848工作模式具体是10 Mb/s还是100 Mb/s；然后进行定时编程，处理网络、TCP/IP堆栈和用户事件；再设置监听TCP通信的端口，进行端口连接，服务器则被动打开等待呼叫，之后就可以确定是否接收数据包然后进行帧处理等；最后实现动态的HTTP服务器，等到被连接之后才发送1个HTTP的帧头，存储HTML代码，这里的HTML代码存放在自定义的一个数组当中，该数组包括温度和速度等实时数据，只要在应用层程序中调用该数组，就可以访问到实时数据，并把得到的实时数据显示到网页页面上，以此实现对恒温振荡器的远程监控。
    恒温振荡器网络通信实现的程序流程如图5所示。

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