本文的主要研究內容是利用FPGA平臺實現以太網絡接口。 首先,對論文的大致內容和組織結構做了簡要介紹,并且比較分析了目前比較流行的網絡接口實現的三種方法,并以此為基礎提出了本文中重點介紹的基于FPGA 的網絡接口實現方法。 其次,介紹采用以FPGA 做為主控芯片控制8019AS 網絡控制芯片來實現從網絡上接收數據幀的功能。FPGA 需要在上電時完成對于8019AS的初始化設置。在接收和發送數據報文時,對相應的寄存器進行控制和操作以完成網絡數據幀的接收。對FPGA 與8019AS 之間的接口實現進行了詳細的描述。 最后,介紹了在FPGA 內部對于接收到的網絡數據幀進行TCP/IP協議分析的具體過程和實現方法。分別詳細介紹了接收模塊、發送模塊以及其中子模塊具體功能和實現方法。說明了模塊之間相互觸發的具體關系。現有的網絡接口一般是采用MCU 或者ARM 等專用控制芯片來實現的,而此次課題以FPGA 作為主控芯片來實現網絡接口以及部分TCP/IP 協議分析是一個創意。而且由于FPGA 多管腳可以靈活配置,也使得系統的可擴展性有了很大的提高。
上傳時間: 2013-06-09
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ARM嵌入式技術在工業和生活中正得到越來越廣泛的應用,為了適應技術的發展和社會的需求,滿足為社會培養創新型人才的需要,高校通信類和電子類專業開設ARM嵌入式技術相關課程及其實驗課程將成為趨勢。在課程中設置合理實驗,可以有效提高學生的動手能力和培養創新性思維,幫助學生更快、更好地掌握理論和應用技術。 論文設計的ARM嵌入式教學實驗系統包括一塊適合普通高校嵌入式技術實驗課程教學的實驗開發板及其配套的實驗。該實驗系統針對一般高校所開設的ARM嵌入式技術相關課程的要求而設計,配套實驗符合教學大綱及實驗課時的要求。 論文設計的實驗開發板主要組成模塊有:最小系統,包括控制器模塊、電源模塊、復位模塊、Flash ROM模塊、SDRAM模塊、JTAG接口等;擴展接口,包括LED、鍵盤、RS232串口、I2C接口、液晶模塊、以太網模塊等。實驗開發板采用S3C4510B網絡控制芯片用作控制和信號處理,使用網絡接口芯片DM9161和隔離變壓器H1102完成網絡接入,使用AM29LV160和HY57V641620HG構建16位存儲單元,使用AT24C01和PCF8583來構建I2C接口,使用MAX232完成TTL電平轉換以擴展RS232串口,并擴展鍵盤和LCD實現人機交互。實驗開發板的硬件設計充分考慮了一般高校實驗室的條件和需求,能夠較好地將成本控制在150元左右,有利于在有限的條件下為每個學生盡可能的創造動手制作PCB的實驗條件。實驗板的接口設計能夠讓學生較為方便地開展實驗,并考慮了實驗板擴展和二次開發的需要。 論文設計的實驗系統配套實驗主要有基礎實驗、擴展實驗和設計實驗。基礎實驗主要幫助學生熟悉嵌入式系統的片內資源和特殊功能寄存器的配置方法,對整個嵌入式系統的架構有一定的理解,能編程完成一些簡單的控制功能;擴展實驗主要幫助學生建立嵌入式系統開發和設計的基本理念,能夠設計和實現常見的外設驅動程序,能夠進行操作系統的配置和移植,能夠自行對實驗板進行一定程度的擴展;設計實驗能夠幫助學生提高嵌入式系統的設計開發能力,使學生能根據需要設計出實現一定功能的擴展模塊,從而使實驗板擴展成實現具體功能的工業產品。基礎實驗包括ADS集成環境實驗、鍵盤實驗(GPIO輸入)、LED實驗(GPIO輸出)、定時器實驗、外部中斷實驗、UART串口通信實驗、I2C接口實驗、液晶顯示實驗;擴展實驗包括建立交叉編譯環境實驗、操作系統編譯實驗、操作系統移植實驗、以太網通信實驗、TFTP實驗、WEB訪問實驗;設計實驗包括TCP/IP協議棧實驗、Web服務器實驗。學生通過完成基礎實驗、擴展實驗和設計實驗來達到教學大綱的要求,并可以在此基礎上進行更深入的創新性開發實驗,可以滿足一般高校嵌入式技術實驗課程教學的需要。 論文介紹了嵌入式交叉編譯環境的建立以及實驗開發板設計完成后進行的調試。實驗開發板移植的嵌入式操作系統為uClinux,采用的Bootloader為U-boot。論文還簡單介紹了實驗系統的擴展方案和二次開發方案,并對嵌入式新技術的發展做了粗淺的探討。 論文所做的工作以科學發展觀為指導,是對普通高校ARM嵌入式技術實驗課程設計的一次有益探索。
上傳時間: 2013-04-24
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近年來,隨著以太網技術的發展和普及,以TCP/IP協議為代表的開放式互聯網技術在各個領域都得到了廣泛的應用,但是大量的設備都有SPI串行接口,這些設備的串行數據需要通過網絡進行傳輸,因此必須要尋求一種解決方案,用來解決這些傳統設備與現今的網絡設備之間的互聯問題。本文針對這種情況設計了一種基于ARM處理器的嵌入式以太網接口系統。 本文分別對SPI串行通信和基于TCP/IP協議的以太網進行研究和分析,在此基礎上設計一個嵌入式系統—基子ARM處理器的串行通信與以太網的協議轉換系統,來實現SPI串行口與網口的數據傳輸。 首先分析了當前串行通信的應用現狀和以太網技術的發展動態,指出SPI串口設備網絡化的趨勢,然后詳細介紹了嵌入式處理器LM3S8962的特點和內部結構接著闡述了嵌入式TCP/IP協議棧的總體設計以及每層協議的編寫過程。在硬件設計方面,對本文所設計的系統—基于ARM處理器的串行通信與以太網的協議轉換系統進行了總體設計,將系統分為三個主要模塊:處理器模塊、SPI通信模塊和以太網接口模塊。同時在軟件設計方面對啟動代碼流程、驅動程序設計與實現、軟件包的配置進行了說明。對設計的主程序的流程圖以及各個任務參數設置加以分析。最后對系統進行了測試表明通信是成功的。 總之,本文完成了嵌入式網絡控制器的硬件平臺架構設計、嵌入式操作系統的移植,為今后嵌入式網絡控制器的后繼開發提供了一個嵌入式平臺,研究成果對于嵌入式遠程監控系統在遠程控制領域的應用具有一定的參考價值。
上傳時間: 2013-04-24
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隨著半導體技術的發展和信息技術以及數字化產品的普及,嵌入式系統已被應用到網絡、手持通信設備、儀器儀表、國防軍事以及自動化控制等各個領域。而結合視頻監控的嵌入式應用系統更是應用的熱點。正是順應這一趨勢,作者展開了對遠程視頻監控相關技術的研究,設計了基于嵌入式平臺的遠程視頻監控系統。系統以友善之臂公司的friendly arm作為硬件平臺、嵌入式linux作為軟件平臺、以傳統的以太網來實現高速的視頻數據傳輸實現遠程視頻監視、以GPRS作為擴展模塊來實現遠距離的用戶手機報警提示。該系統主要設計應用于無人值守的家用現場環境。 論文詳細的論述了基于ARM9的S3C2410A作為系統硬件平臺、擴展外圍的GPRS模塊、視頻數據采集模塊和觸摸屏顯示模塊的嵌入式應用系統。還詳細的論述了在該平臺上配置交叉開發環境和移植bootloader的過程,裁剪和配置嵌入式linux系統的過程。同時按照系統方案設計了視頻數據采集應用軟件,基于TCP/IP的以太網視頻數據傳輸應用軟件,以及基于GPRS的串口數據發送軟件。系統根據現場采集的視頻數據做相應的處理,啟用GPRS發送警示短信息;同時用戶可以根據現有接入以太網的計算機來調閱現場的視頻數據信息。 最后將該監控系統應用于普通的家用環境,結果通過對現場采集的視頻數據和發送的警示短信息表明該系統能夠滿足于同常的無人值守的家用環境。同時總結了存在的問題以及今后需要改進的方向:首先,該系統有良好的擴展性能,通過相應的總線和接口擴展可以實現智能家用電器控制系統;其次,該系統有一定的商業和社會價值。當然系統也有不足的地方,軟件設計處于測試階段,有很多需要完善的地方。最后,通過研究和實驗表明:基于ARM/GPRS的遠程家用監控系統具備了實時監控和即時報警功能,可以應用于實際家用監控場合。
上傳時間: 2013-04-24
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隨著電子技術的不斷發展,各種智能核儀器逐步走向自動化、智能化、數字化和便攜式的方向發展。針對傳統的多道脈沖幅度分析器體積大,人機交互不友好,不方便現場分析等的缺陷[5]。新型的高速、集成度高、界面友好的多道脈沖幅度分析器的陸續出現填補了這一缺點。 隨著電子技術的發展,以ARM為核的處理器技術的應用領域不斷擴大,相比較單片機而言,它的主頻高、運算速度快,可以滿足多道脈沖幅度分析器的苛刻的時間上的要求。而且ARM處理器功耗小,適合于功耗要求比較苛刻的地方,這些方面的特點正好滿足了便攜式多道脈沖幅度分析器野外勘察的要求。同時,由于以ARM為核的處理器具有豐富的外設資源,這樣就簡化了外設電路及芯片的使用,降低了功耗并增強了產品的信賴性。另外,ARM芯片可以方便的移植操作系統,為多道脈沖幅度分析器多任務的管理和并行的處理,甚至硬實時功能的實現提供了前提。而且在ARM平臺使用嵌入式linux操作系統使多道脈沖幅度分析器的軟件易于升級。 智能化和小型化是多道脈沖幅度分析器的發展趨勢。智能化要求系統的自動化程度高、操作簡便、容錯性好。智能化除了需要控制軟件外,還需要軟件命令的執行者即硬件控制電路來實現相應的控制邏輯,兩者的結合才能真正的實現智能化。小型化要求系統的體積小、功耗小、便于攜帶;小型化除了要求采用微功耗的器件,還要求電路板的尺寸盡量的小且所用元件盡量的少,但小型化的同時必須保持系統的智能化,即不能減少智能化所要求的復雜的邏輯和時序的控制功能。為此采用高集成度的ARM芯片實現控制電路能滿意地同時滿足智能化和小型化的要求。在研制的多道脈沖幅度分析器中,幾乎所有的控制都可以用控制芯片來實現,如閾值設定、自動穩譜以及多道數據采集,在節省了元件的數目和電路板的尺寸的同時仍能保持系統的智能化程度。 Linux內核精簡而高效,可修改性強,支持多種體系結構的處理器等,使得它是一個非常適合于嵌入式開發和應用的操作系統。嵌入式Linux可以運行的硬件平臺十分廣泛,從x86、MIPS、POWERPC到ARM,以及其他許多硬件體系結構。目前在世界范圍內,ARM體系結構的SOC逐漸占領32位嵌入式微處理器市場,ARM處理器及技術的應用幾乎已經深入到各個領域,例如:工業控制,無線通訊,網絡,消費類電子,成像等。 本課題采用三星公司生產的ARM(Advanced RISC Machines,先進精簡指令集機器)芯片S3C2410A設計并研制了一種便攜式的核數據采集系統設計方案。利用ARM芯片豐富的外設資源對傳統的多道脈沖幅度分析器進行改進和簡化。系統由前端探測器系統,以及由線性脈沖放大器、甄別電路、控制電路、采樣保持電路組成的前置電路,中央處理器模塊,顯示模塊,用戶交互模塊,存儲模塊,網絡傳輸模塊等多個模塊組成。本設計基于ARM9芯片S3C2410,并在此平臺上移植了嵌入式linux操作系統來進行任務的調度和處理等。 電路板核心板部分設計采用6層PCB板結構,這樣增加了系統可靠性,提高了電磁兼容的穩定性。數據采集系統是多道脈沖幅度分析器的核心,A/D轉換直接使用了S3C2410內置的ADC(Analog to Digital Converter,模數轉換器),在2.5 MHz的轉換時鐘下最大轉換速度500 KSPS(Kilo-Samples per second,千采樣點每秒),滿足了系統最低轉換時間≤5 μs的要求,并且控制簡單,簡化了外部接口電路。由于SD(Secure Digital Card,安全數碼卡)卡存儲容量大、攜帶方便、成本低等優點,所以設計中采用其作為外部的數據存儲設備,其驅動部分采用SD卡軟件包,為開發帶來了方便。本設計采用640*480的6.4寸LCD(Liquid Crystal Display,液晶顯示)屏作為人機交互的顯示部分,并且通過Qt/Embedded為系統提供圖形用戶界面的應用框架和窗口系統。其中包括了波形顯示部分和用戶菜單設置部分,這樣方便了用戶操作。系統的數據存取方面是基于SQLite嵌入式小型數據庫而進行的。為了方便數據向上位機的傳輸,系統設計中采用XML(Extensible Markup Language,可擴展標記語言)格式來組織傳輸的數據,通過基于TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)協議的Linux下Socket套接字編程,來進行與上位機或PC(Personal Computer,個人計算機或桌面機)等的連接和數據傳輸。
上傳時間: 2013-04-24
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隨著科學技術的進步,電腦互聯網的普及,傳統糧倉人工監控的方式正在被更加方便和高精確度的檢測控制系統所替代。在單機局部檢測控制的基礎上,利用互聯網技術將整個糧倉測控系統集成在一起,通過網頁訪問方式,糧倉管理人員能夠更快更好地了解糧倉具體環境指標,各項溫濕度,氣體含量并通過控制電機等方式對環境各參數進行控制。 本文提出并設計了一套以ARM嵌入式開發板為核心的現代糧情測控系統。嵌入式糧情測控系統在傳感器采集到信號,進行處理后,將數據顯示在網頁和嵌入式開發板液晶屏上,通過TCP/IP協議,使用IE瀏覽器就可以在線查看實時數據,并且可以保存和打印數據,另外還可以通過網頁控制電機等設備工作。該系統硬件平臺使用ARM9微處理器S3C2410,以核心板和底板的方式組成,可以采集多路模擬和數字信號;支持標準RS232接口和USB通信接口;采用液晶顯示屏和觸摸屏的人機交互接口,為操作人員提供了良好的監控界面;軟件系統使用嵌入式Linux操作系統,通過交叉編譯模式,使用C語言編寫移植傳感器驅動和電機控制程序,使用Boa嵌入式WEB服務器和SQLite數據庫搭建遠程監控系統,使用MiniGUI圖形軟件系統編寫了終端界面程序,完成了人機交互界面的設計。 本文第一章綜合介紹了課題研究背景及嵌入式糧情測控系統的設計方案。第二章概述了嵌入式糧情測控系統的設計,包括嵌入式系統的特點及其軟硬件組成部分,以及系統設計中選用的各種傳感器及電機驅動器等。第三章詳細闡述了嵌入式糧情測控系統的實現,包括嵌入式系統軟件開發流程,傳感器和電機的驅動及控制程序,以及嵌入式WEB遠程監控系統的設計實現。第四章介紹了MiniGUI軟件界面的設計以及應用程序的設計。 論文最后對本課題的完成情況做了總結和評價,并且為本課題的發展提出了建議。
上傳時間: 2013-04-24
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Internet的快速發展以及網絡規模的迅速增長,使得對網絡管理的需求變得越來越重要。這就要求對網絡中所有設備及協議進行管理。而當今網絡管理方式的發展趨勢是更加智能化、自動化。這就需要由網絡管理軟件來更大限度的減少網絡管理員工作量,使網絡管理員的工作從繁雜的管理網絡操作轉變到管理網絡工具。 SNMP(簡單網絡管理協議)協議由于其易于實現和廣泛的TCP/IP應用基礎而獲得廠商的支持。而開源的NetSNMP軟件的跨平臺特性,使其在網絡設備中得到了廣泛應用。但以前基于SNMP的網絡管理通常都是通過命令行或簡單的網絡管理工具,管理操作起來比較繁瑣,而且收集到的結果比較抽象。AdventNet公司出品的Opmanager軟件不僅擁有對SNMP監控數據強大的圖形圖表生成能力,而且簡單易用。與NetSNMP結合,可以很好的實現企業級的網絡管理功能。因此本文選用Opmanager網絡管理軟件實現了基于嵌入式Linux平臺的SNMP圖形化監控。 首先介紹了SNMP協議,包括SNMP協議的概述和SNMP協議的規范。其次構建了基于ARM7和ARM9兩套嵌入式Linux開發平臺,并在Linux PC上建立了它們的交叉編譯環境。再次把NetSNMP代理程序分別移植到了這兩套ARM平臺,并對移植的程序進行裁減和優化使其適合在嵌入式設備上運行。最后通過Opmanager網絡管理軟件實現了對嵌入式設備的圖形化監控,并在此基礎上拓展了自定義的監控項使Opmanager管理軟件能輪詢到它們并生成實時的圖形。最后Opmanager在快照主頁面將它們定義為主視圖,在主窗口顯示出來。
上傳時間: 2013-08-02
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在現代工業測控領域,人們對數據采集的要求越來越高;不僅要求高速、高精度還要求采集設備便攜化、網絡化和智能化,此外還需要友好的人機界面。傳統的8/16位單片機因資源極度受限,難以滿足上述要求;而PCI或ISA數據采集卡,則存在著安裝麻煩、價格昂貴且電磁兼容性差等缺點。32位嵌入式微處理器的出現很好地解決了上述矛盾,本文的研究正是基于ARM的嵌入式數據采集系統的設計。 本文以齒輪箱或機械轉軸的振動信號為采集對象設計了基于ARM處理器和嵌入式Linux的數據采集系統。該系統硬件平臺以S3C2410主控板和自行研制的振動信號調理板為核心,在此基礎上擴展了UART、RS485、USB、TCP/IP以及單總線通信接口,適應多種條件下的數據傳輸。同時系統提供了LCD顯示和觸摸屏輸入模塊,具備良好的人機交互功能。軟件方面,搭建Linux交叉開發環境,實現了基于Linux操作系統的Bootloader的移植。最后,根據課題需要,完成了A/D采樣和單總線驅動程序的設計。 本嵌入式數據采集系統存儲容量大,硬件接口豐富,軟件資源配置靈活,設計方案具有很好的通用性和可擴展性。
上傳時間: 2013-05-28
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目前,許多高校在機房管理上使用了IC 卡,其中少數機房是使用接觸式IC卡,眾所周知,接觸式IC 卡在可靠性、易用性、安全性、高抗干擾性和工作距離方面不及非接觸式IC 卡,因此很多接觸式IC 卡基本已被非接觸式IC 卡取代。 經過調研發現,使用IC 卡的機房管理系統的基本工作方式是每個機房中配置了1個IC 卡讀寫終端和1 臺監控機。IC 卡讀卡終端只是一個普通的讀卡器,只負責讀取卡內信息,并通過串口等通信方式將IC 卡信息傳輸給監控機,讀卡終端本身沒有信息存儲功能,實際的計費管理完全是通過監控計算機控制,監控計算機向中心服務器端定時或實時傳輸刷卡信息。由于整個系統要占用一臺微機,而且中間的信息傳遞、計費環節都要由它來完成,不僅浪費資源,而且也增加了安全隱患。在這種工作模式下,會出現一些問題和漏洞: 1) 可靠性不高由于讀卡設備與監控計算機之間的信息傳輸只是暫時保存在監控計算機中,如果監控計算機遭到病毒襲擊或者出現硬件故障,將出現無法挽回的后果。而且由于學生信息都保存在監控計算機中,因此存在著人為偽造、篡改和徇私舞弊行為的極大可能。 2) IC卡的特點未完全體現IC卡除了能標識身份外,還有電子錢包功能,能對其進行充值和扣款,但是上述方法基本上IC卡只用做標識身份,實際的每次扣款,都是由監控計算機和中心服務器來完成,基本與讀卡設備無關。 3) 不方便學生上機和收費管理學生每次上機刷卡,都要由監控計算機連接中心服務器端,由中心服務器端讀出學生信息,進行核對,而且對學生的扣款需要額外的計算機軟件來進行計時和計費處理,顯得比較繁瑣。 鑒于以上問題,為提高機房管理效率,降低工作強度,并及時處理機房發生的故障,采用機房計費管理系統勢在必行。如果能在讀卡終端設備中完成計費的大部分功能,并且增加存儲功能,這樣就可以減少監控計算機的負擔,甚至讀卡終端設備可以直接與中心服務器通信,不僅能增加系統的可靠性和安全性而且還充分利用了IC 卡的功能,還降低了財務統計和計算帶來的麻煩。 目前已經應用于機房管理的解決方案主要有3種方式,即:軟硬件結合控制方式、帳號方式和門禁方式。鑒于設計要求,并且考慮到安全、可靠、簡單等因素,如果在軟硬件結合控制方式中,把更多的任務交由讀卡終端,比如由讀卡終端來存儲數據、計費管理,同時如果讀卡終端能實現TCP/IP 通信,那么監控計算機的任務就大大降低,甚至可以由讀卡終端直接與中心服務器通信。就減少了一些不必要的麻煩和安全風險。本論文的設計就是基于這一點來進行的。 本系統要求數據傳輸穩定可靠,實時性要好,另外考慮到性價比等因素,綜合考慮選擇將μC/OS-II 操作系統移植到ARM7 上作為開發平臺。在此平臺基礎上,考慮到TCP/IP協議棧的實現與要采用的硬件的性能以及實現的成本有關。從解決這一技術問題出發,結合本論文研究的應用對象,決定使用嵌入式操作系統,此種方案可以描述為嵌入式TCP/IP協議棧+嵌入式操作系統+微控制器。 本文介紹了一種基于ARM7的IC 卡機房管理終端的設計方案。該系統在ARM7的基礎上實現了μC/OS-Ⅱ操作系統的移植和TCP/IP協議棧的嵌入,能夠正確讀寫IC 卡信息,增加了SD 卡存儲功能,完成計費操作,實現液晶顯示功能,能夠通過以太網或串口直接與服務器通信。 本文詳細介紹了整個機房管理系統終端的硬軟件設計,給出了嵌入式操作系統μC/OS-Ⅱ在ARM7 處理器上的詳細移植過程,介紹了一種TCP/IP協議棧和基于套接字的編程方法,同時也提供了一種多卡操作的防沖突機制。 同目前大多數機房管理系統相比,該系統有如下特點: 1) 由于使用了嵌入式操作系統μC/OS-Ⅱ,提高了系統的實時性和反應時間,任務管理和調度更加方便有效。 2) 由讀卡終端來進行計費操作,降低了服務器端的工作壓力,同時降低了安全風險。 3) 增加了數據存儲功能,提高了系統的可靠性,有利于數據的查詢和故障的恢復。 4) 增加了對無效卡、注銷卡和欠費卡的判斷與處理,對惡意操作或者有意或者無意的逃費操作采取了積極有效的措施。 5) 以太網通信克服了以往串口通信的傳輸距離短、傳輸速率慢等缺點,使得通信更加方便、高效,并且可以進行遠距離傳輸和控制。
上傳時間: 2013-07-09
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TCP/IP協議作為Internet上的通信實現方式的一種,是近年來嵌入式應用領域的一個研究熱點。嵌入式設備要與Internet網絡直接交換信息,就需要支持TCP/IP協議。嵌入式系統具有內核小、專用性強、系統精簡、實時性高、功耗和環境要求嚴格等特點,所以傳統的TCP/IP協議不適合移植到嵌入式系統中。實現嵌入式系統網絡接入有兩種選擇,第一種是按照TCP/IP協議的原理編寫簡化版的通信協議;第二種是將已有小型的,適用于嵌入式系統的網絡協議移植到系統中。 首先本文簡要介紹了嵌入式網絡協議的研究現狀和研究內容,分析了LwIP協議棧中IP協議、TCP協議、UDP協議和ICMP協議的原理。由于LwIP沒有使用和操作系統相關的系統調用和數據結構,所以在LwIP和操作系統之間增加了一個操作系統封裝層為操作系統服務。LwIP不僅保持了TCP協議主要功能,而且減少了對RAM的占用。 其次,移植中實現了操作系統模擬層和LwIP底層接口。操作系統模擬層為協議和操作系統提供了一個接口,使協議對操作系統透明,可以不依賴操作系統運行,需要實現信號量、郵箱、線程和臨界保護。LwIP底層接口為不同的硬件提供不同的驅動程序,需要實現系統初始化、網卡初始化、線程接收、數據包的讀取和發送。 最后提出測試設計框架,在ARM開發板和μC/OS-Ⅱ操作系統上對移植的協議進行測試。測試結果表明,移植協議可以正常工作,實現了基本的網絡功能。
上傳時間: 2013-07-11
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