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嵌入式TCP/IP协议单片机技术在网络通信中的应用

发表时间：2020/9/3 来源：《基层建设》2020年第10期作者：林远博

[导读] 摘要：我国经济建设的快速发展带动我国快速进入科学技术发展阶段。

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        摘要：我国经济建设的快速发展带动我国快速进入科学技术发展阶段。互联网技术的不断发展带动了嵌入式技术的发展。信息共享的程度越来越高，通过互联网共享以单片机应用系统为中心的嵌入式设备成为目前通信技术行业热门的话题，越来越多的产品应用了嵌入式技术。然而在进行系统设计时，需要充分考虑TCP/IP协议的相关特点和内容，并有效结合。
        关键词：嵌入式TCP/IP协议；单片机技术；网络通信中的应用
        引言
        时代的进，科技的发展，使我国各行业有了新的发展机遇和发展空间。为了保证数据的传输准确，当前在因特网上采用TCP/IP协议进行利用，实现网络数据传输，利用TCP/IP协议中的UDP用户数据报协议的方式，还有简单的应用层协议、p网络报文协议等，采用单片机的网络传输，传输速度更快且数据准确性更高，同时对于数据传输的有效半径也予以了扩展。
        1嵌入式下协议的概念及特点
        嵌入式是为了实现信息交互，将电子设备嵌入式模块介入Internet的技术，嵌入式系统之间互相连接，进而实现信息共享、状态控制和信息通信。嵌入式Internet是近些年来应用比较广泛的技术，以计算机为基础，可以对软件和硬件实现裁剪，极大地满足了市场需求。要想实现设备的网络化，需要实现TCP/IP的网络协议。嵌入式技术既是一种传输媒介，也是一种协议。通过网络接口控制器来实现链路层和物理层的协议。MCU要实现与Internet的连接，需要运行嵌入式TCP/IP协议的通信模块。Unix系统是最先使用TCP/IP协议，后来TCP/IP在Linux/DOS/Windows等操作系统里也得到了应用，嵌入式的系统和PC机有着很大的差别，嵌入式系统中的TCP/IP协议与传统的操作系统的运行方式也存在着很大的不同。嵌入式协议对于满足嵌入式系统的实际需求有着很重要的影响，克服了传统协议中实时性不够好的问题，很大程度上保证了数据的可靠性和实时的要求。通过对庞大的功能齐全的TCP/IP协议的仔细研究，并进行有效的取舍，满足了网络功能的实际需求。嵌入式协议和标准的协议栈有着很大的区别，其一般应用在专业的特殊性领域。它具备可裁剪性，这是因为嵌入式的应用对存储器的容量、价格成本有着一定的要求，在使用时需要考虑这些因素，需要对完整的TCP/IP协议栈功能进行裁剪。嵌入式的应用是多种多样的，在开发和应用时是可以移植的。由于单片机内部资源有限，要想实现正常的应用，必须精简TCP/IP协议。
        2硬件介绍
        TCP-IP协议单片机技术实施中，系统一般提供连接因特网的窗口，由用户在系统板上选用IP数据进行串口的布置，从窗口布置传送过来的数据打包为IP包送到局域网，外部提供巨大的反存数据。RAM使用看门狗将IP地址等参数进行保存。例如网卡物理时地址，就可以集成在滤波器中，提供8位和16位两种接口，采用脉冲变压器前端的处理方式，对网络信号进行波形变换。在因特网上为了达到数据采集领域的TCP/IP协议数据准确传输，利用数据中的数据传输速度及准确性，达到了有效的数据传输半径。例如在某单面机运行模式中采用了8位方式进行了网卡芯片的复位，默认工作方式为I/O连接，工作寄存器机制为300H其基本工作配置为物理接口。设置初值为00D3H物理接口，能使设备的发送和接收控制未得到正确布置，控制好接听，接收特定数据报之后，采用与物理地址相同的正确数据，报接收网络上的信息，接收到的特定数据，经过引发和接收，在正确数据包之后形成中断，总控制为初始设置值，收到正确的数据报之后，连接到初始设置值，采用中断控制方式接收中断。

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以上几个主要的工作，应该存为数据传送到芯片中，发送数据长度寄存器，写入数据网卡芯片，将全部数据进行开始和发送之后，使用内部映射接受的方式，将中断寄存器的内容加以发送。首先对网卡芯片进行初始化，在寄存过程中是进行高位字节的对应，低位字节对应偶地址，网卡芯片在链路层类型进行网络同样的数据传送，数据来到后读取接收到的数据，单面机依次读取数据。单片机的工作流程如下，首先进行初始化网卡，然后在有网络数据的状况下传送到UDP数据，验证UDP端口是否正确，按照UDP进行拆包，在没有网络数据的基础上进行串口和数据的判断。按照UDP进行数据打包给网络，最后经过ARP协议处理，得到了arp数据。单片机形成数据对数据进行分析，程序转入ARP处理程序。在使用过程中，传输层运用UDP协议，当数据过来之后，单片机进行解包和打包，在结果上进行数据包的程序转入，用户根据需求将单选机的数据进行完整的串口输出，主要协议包括传输层和网络层。
        3单片机工作流程
        单片机在工作过程中需要对网络设备进行初始化设定，将网卡中的IP地址和物理地址信息保存在X25045当中。单片机在工作过程中主要负责对互联网中的数据信息进行打包整合，当数据通过RJ45传输到单片机时，要对传输的数据进行数据解析，在数据解析后如若数据类型是物理地址解析包那需要将数据转入到ARP程序进行统一处理。解析后得出的数据并非物理数据而是IP数据包，且使用的是UDP协议则要确认传输端口是否正确，对IP数据包中的数据信息进行二次整理最终将解析出的综合数据通过串口进行输出。单片机在串口接收到数据信息，则要将这部分数据信息按照UDP的协议内容进行数据打包。最终将数据传送到CS8900中，数据经过CS8900最终上传到局域网中。单片机主要处理的是TCP／IP协议中网络层和传输层中的数据信息内容。而链路层中的数据内容一般都由CS8900进行处理。应用层的数据信息则是通过串口输出到用户那，最终由用户根据不同需求对应用层数据进行处理。在单片机的程序处理中，包含了完整的APR地址解析协议。通过在单片机中正确设置网关、子网掩码等参数，实现了通过局域网单片机与外部因特网上的终端设备的数据通信。
        4优势与不足
        1.优势，（1）TCP/IP可以传输通用数据，并且能够轻而易举地取代以前的由专有数据网络传输的数据。（2）开销极小，成本低。（3）客户需求量大。2.不足，（1）功能与实现方法区别不明确。在这一点上，它未能清楚地区分服务、接口和协议三者的区别。一个应用效果良好的软件工程应该将功能与实现方法区别出来，但是TCP/IP却未能做到这一点。（2）没有区分开主机和网络层。一个应用效果良好的参考模型应该区分开来物理层与链路层，但TCP/IP也未能做到这一点。（3）TCP/IP协议模型对新的技术的指导意义不够。综上两点，TCP/IP的参考模型不适用于其他协议簇。
        结语
        随着互联网技术的不断发展，以及对信息共享程度的要求越来越高，以单片机为核心的小型嵌入式的设备必将得到广泛推广。将其与TCP/IP进行嵌入式的连接，对于提高系统的科学性和实用性具有重要的意义。加强对单片机TCP/IP协议的设计以及探索，可以很大程度上缩减开发的成本，同时还能够优化系统，拓宽系统的使用范围。
        参考文献
        [1]焦毅霞.嵌入式TCP/IP协议单片机技术在网络通信中的应用研究[J].现代制造技术与装备，2018（7）：114-115.
        [2]刘铭威，德湘轶.嵌入式TCP/IP协议单片机技术在网络通信中的应用[J].南方农机，2018，49（11）：122.
        [3]秦国庆.单片机技术在网络通信中的应用研究[J].科技传播，2017，9（17）：88-89.