单片机TCP/IP网络互联
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资料包括： 论文(33页13004字) 图纸
说明：
摘 要
本文介绍了以太网控制器RTL8019AS的结构；提出了一种用8位单片机89C52控制和驱动10M的以太网卡RTL8019AS与电脑主机传输数据，加载TCP/IP协议连接到Internet的设计方案。给出了硬件接口电路的设计与实现方法，程序设计采用了C51语言，便于移植和调试，并且提供了主要程序源代码。
关键词： 单片机, TCP/IP协议, RTL8019AS,以太网, Internet
第一章 引 言
1.1 题目背景
随着计算机技术与网络技术的发展和普及，单片机或微控制器(MCU)，通称嵌入式系统，已经在工业自动化、办公自动化和楼宇自动化等领域得到了日益广泛的应用。为了实现远程数据采集、远程监控等功能，网络化已成为新一代嵌入式系统发展的一个重要趋势。目前绝大多数系统都是以MCU为核心，与监测、伺服、指示设备配合实现一定的功能。以太网是当今最受欢迎的局域网之一，现已成为社会重要的基础信息设施，是信息流通的重要渠道。在某些应用领域，嵌入式设备在价格、体积及实时性等方面，有着标准计算机无法比拟的优点。如果嵌入式系统能够连接到Internet，则可以方便、低廉地将信息传送到世界上的任何一个地方。因此，研究嵌入式系统与Internet的接入方法，可为新一代网络化嵌入式系统的设计提供必要的基础，具有重要的现实意义和经济价值。
将嵌入式系统与Internet相连的主要困难在于：Internet的各种通信协议对存储器、运算速度等的要求比较高；而嵌入式系统中除部分32 位处理器外，大量存在的8位和16位MCU，支持TCP/IP等Internet协议将占用大量系统资源，影响本来的功能或根本不可能实现。
目前，有大量的关于嵌入式以太网的设计方案。这些方案或者是基于单片机的或者是基于高速DSP的，前者在有些地方速度很慢，并且要外扩很多外设，而后者虽然速度可以达到要求，但成本又太高，并且也存在着要外扩很多外设的问题，这在一些对要求设备尺寸很小的场合是不行的。
本文将介绍8位单片机89C52控制和驱动10M的ISA总线RTL8019AS以太网卡与电脑主机传输数据，加载TCP/IP协议连接到因特网的实现方法。
目录：
摘要…………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract……………………………………………………………………….……Ⅱ
第一章 引言……………………………………………………………………1
1.1 题目背景………………………………………………………………….1
1.2 项目内容………………………………………………………………….1
1.3系统设计目标…………………………………………………………….1
第二章 方案设计………………………………………………………………..2
2.1 以太网控制器的选择…………………………………………………….2
2.2 硬件设计……………………………………………………………………3
2.3 驱动程序设计………………………………………………………………3
2.4 系统开发工具………………………………………………………………3
第三章 RTL8019AS简介……………………………………………………..5
3.1 主要性能……………………………………………………………………5
3.2 内部结构……………………………………………………………………5
3.3 数据帧的组成………………………………………………………………5
3.4 RTL8019AS的DMA操作………………………………………………6
第四章 TCP/TP协议简介…………………………………………………….8
4.1 TCP/IP协议的分层结构…………………………………………………8
4.2 报文格式……………………………………………………………………8
4.2.1 以太网帧格式………………………………………………………8
4.2.2 ARP报文格式………………………………………………….9
4.2.3 IP数据报文格式………………………………………………….10
4.2.4 ICMP数据报文格式………………………………………….10
4.2.5 TCP数据报文格式………………………………………………11
第五章 硬件构成………………………………………………………………12
第六章 网卡驱动程序设计………………………………………………….13
6.1 RTL8019AS的初始化……………………………………………………13
6.2 接收控制过程……………………………………………………………..14
6.3 发送控制过程……………………………………………………………..15
第七章 TCP/IP协议设计……………………………………………………16
7.1 ARP模块………………………………………………………………….16
7.2 IP模块…………………………………………………………………….17
7.3 ICMP模块………………………………………………………………..18
7.4 TCP模块…………………………………………………………………18
第八章 系统调试……………………………………………………………22
8.1 硬件调试…………………………………………………………………22
8.2软件调试………………………………………………………………….22
8.3 联机调试…………………………………………………………………22
8.4 小结………………………………………………………………………22
第九章 结论…………………………………………………………………24
第十章 系统功能扩展………………………………………………………25
附录一 网卡MAC地址组成结构…………………………………………31
附录二 IP校验算法及程序…………………………………………………33
参考文献：
老古网站(www.laogu.com)
张毅刚.MCS—51单片机应用设计.哈尔滨工业大学出版社,1997
张培仁.基于C语言编程MCS-51单片机原理与应用.清华大学出版社2003
RTL8019AS Realtek Full-Duplex Ethernet Controller with Plug and Play Function (RealPNP) ,2001
Writing Drives for the DP8390 NIC Family of Ethernet Controllers,1993
DP83902A ST-NICTM Serial Network Interface Controller for Twisted Pair
W.Richard Stevens 著，范建华等译.TCP/IP详解，卷1：协议.机械工业出版社 2000
Douglas E.comer David L．Stevens著.张娟等译.用 TCP/IP进行网际互连，第二卷：设计，实现与内核.北京：电子工业出版社，2001
曹燕.基于CSoC芯片的嵌入式以太网接口设计.电子技术.2003(4):39-41
王勇，姚亦峰，陈抗生.一种嵌入式系统接入Internet的方法及实现.电子技术.2000(9): 12-15
万静华,丁亚军.以太网控制器的嵌入式设备网络互连.单片机与嵌入式系统
应用.2001(7-12)合订本:228-230
范莉莉,刘武等.IP电话的TCP/IP协议的实现方法.单片机与嵌入式系统应用.2001(7-12)合订本:206-208
许华杰，明健. 基于SX单片机实现WebServer和网络协议栈.单片机与嵌入式系统应用.2001(7-12)合订本:60-64
何锐波，赵英杰.一种以太网与8位单片机的连接方法. 单片机与嵌入式系统应用.2001(7-12)合订本:203-206
[15] 刘波，淳静. 基于 DSP 的网络通信程序设计. 单片机与嵌入式系统应用.2001(7-12)合订本:272-274
[16] 蔡宁果，何晓琼，用8位单片机实现串口-以太网转换器［J］.电子技术应
用，2002，
[17] 魏忠，蔡勇，雷红卫编著.嵌入式开发详解.北京：电子工业出版社，2003
资料包括： 论文(33页13004字) 图纸
说明：
摘 要
本文介绍了以太网控制器RTL8019AS的结构；提出了一种用8位单片机89C52控制和驱动10M的以太网卡RTL8019AS与电脑主机传输数据，加载TCP/IP协议连接到Internet的设计方案。给出了硬件接口电路的设计与实现方法，程序设计采用了C51语言，便于移植和调试，并且提供了主要程序源代码。
关键词： 单片机, TCP/IP协议, RTL8019AS,以太网, Internet
第一章 引 言
1.1 题目背景
随着计算机技术与网络技术的发展和普及，单片机或微控制器(MCU)，通称嵌入式系统，已经在工业自动化、办公自动化和楼宇自动化等领域得到了日益广泛的应用。为了实现远程数据采集、远程监控等功能，网络化已成为新一代嵌入式系统发展的一个重要趋势。目前绝大多数系统都是以MCU为核心，与监测、伺服、指示设备配合实现一定的功能。以太网是当今最受欢迎的局域网之一，现已成为社会重要的基础信息设施，是信息流通的重要渠道。在某些应用领域，嵌入式设备在价格、体积及实时性等方面，有着标准计算机无法比拟的优点。如果嵌入式系统能够连接到Internet，则可以方便、低廉地将信息传送到世界上的任何一个地方。因此，研究嵌入式系统与Internet的接入方法，可为新一代网络化嵌入式系统的设计提供必要的基础，具有重要的现实意义和经济价值。
将嵌入式系统与Internet相连的主要困难在于：Internet的各种通信协议对存储器、运算速度等的要求比较高；而嵌入式系统中除部分32 位处理器外，大量存在的8位和16位MCU，支持TCP/IP等Internet协议将占用大量系统资源，影响本来的功能或根本不可能实现。
目前，有大量的关于嵌入式以太网的设计方案。这些方案或者是基于单片机的或者是基于高速DSP的，前者在有些地方速度很慢，并且要外扩很多外设，而后者虽然速度可以达到要求，但成本又太高，并且也存在着要外扩很多外设的问题，这在一些对要求设备尺寸很小的场合是不行的。
本文将介绍8位单片机89C52控制和驱动10M的ISA总线RTL8019AS以太网卡与电脑主机传输数据，加载TCP/IP协议连接到因特网的实现方法。
目录：
摘要…………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract……………………………………………………………………….……Ⅱ
第一章 引言……………………………………………………………………1
1.1 题目背景………………………………………………………………….1
1.2 项目内容………………………………………………………………….1
1.3系统设计目标…………………………………………………………….1
第二章 方案设计………………………………………………………………..2
2.1 以太网控制器的选择…………………………………………………….2
2.2 硬件设计……………………………………………………………………3
2.3 驱动程序设计………………………………………………………………3
2.4 系统开发工具………………………………………………………………3
第三章 RTL8019AS简介……………………………………………………..5
3.1 主要性能……………………………………………………………………5
3.2 内部结构……………………………………………………………………5
3.3 数据帧的组成………………………………………………………………5
3.4 RTL8019AS的DMA操作………………………………………………6
第四章 TCP/TP协议简介…………………………………………………….8
4.1 TCP/IP协议的分层结构…………………………………………………8
4.2 报文格式……………………………………………………………………8
4.2.1 以太网帧格式………………………………………………………8
4.2.2 ARP报文格式………………………………………………….9
4.2.3 IP数据报文格式………………………………………………….10
4.2.4 ICMP数据报文格式………………………………………….10
4.2.5 TCP数据报文格式………………………………………………11
第五章 硬件构成………………………………………………………………12
第六章 网卡驱动程序设计………………………………………………….13
6.1 RTL8019AS的初始化……………………………………………………13
6.2 接收控制过程……………………………………………………………..14
6.3 发送控制过程……………………………………………………………..15
第七章 TCP/IP协议设计……………………………………………………16
7.1 ARP模块………………………………………………………………….16
7.2 IP模块…………………………………………………………………….17
7.3 ICMP模块………………………………………………………………..18
7.4 TCP模块…………………………………………………………………18
第八章 系统调试……………………………………………………………22
8.1 硬件调试…………………………………………………………………22
8.2软件调试………………………………………………………………….22
8.3 联机调试…………………………………………………………………22
8.4 小结………………………………………………………………………22
第九章 结论…………………………………………………………………24
第十章 系统功能扩展………………………………………………………25
附录一 网卡MAC地址组成结构…………………………………………31
附录二 IP校验算法及程序…………………………………………………33
参考文献：
老古网站(www.laogu.com)
张毅刚.MCS—51单片机应用设计.哈尔滨工业大学出版社,1997
张培仁.基于C语言编程MCS-51单片机原理与应用.清华大学出版社2003
RTL8019AS Realtek Full-Duplex Ethernet Controller with Plug and Play Function (RealPNP) ,2001
Writing Drives for the DP8390 NIC Family of Ethernet Controllers,1993
DP83902A ST-NICTM Serial Network Interface Controller for Twisted Pair
W.Richard Stevens 著，范建华等译.TCP/IP详解，卷1：协议.机械工业出版社 2000
Douglas E.comer David L．Stevens著.张娟等译.用 TCP/IP进行网际互连，第二卷：设计，实现与内核.北京：电子工业出版社，2001
曹燕.基于CSoC芯片的嵌入式以太网接口设计.电子技术.2003(4):39-41
王勇，姚亦峰，陈抗生.一种嵌入式系统接入Internet的方法及实现.电子技术.2000(9): 12-15
万静华,丁亚军.以太网控制器的嵌入式设备网络互连.单片机与嵌入式系统
应用.2001(7-12)合订本:228-230
范莉莉,刘武等.IP电话的TCP/IP协议的实现方法.单片机与嵌入式系统应用.2001(7-12)合订本:206-208
许华杰，明健. 基于SX单片机实现WebServer和网络协议栈.单片机与嵌入式系统应用.2001(7-12)合订本:60-64
何锐波，赵英杰.一种以太网与8位单片机的连接方法. 单片机与嵌入式系统应用.2001(7-12)合订本:203-206
[15] 刘波，淳静. 基于 DSP 的网络通信程序设计. 单片机与嵌入式系统应用.2001(7-12)合订本:272-274
[16] 蔡宁果，何晓琼，用8位单片机实现串口-以太网转换器［J］.电子技术应
用，2002，
[17] 魏忠，蔡勇，雷红卫编著.嵌入式开发详解.北京：电子工业出版社，2003