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基于SOPC的嵌入式串口—网络协议转换器的设计和实现

作　者: 廖妍
导　师: 聂明局
学　校: 华中科技大学
专　业: 物理电子学
关键词: 嵌入式串口-网络协议转换器 SOPC(片上可编程系统) NiosⅡ软核处理器实时操作系统μC/OS 轻量级网络协议LwIP
分类号: TN915.05
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 46次
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内容摘要

串口通信,作为目前应用最广泛的数据通信方式之一,有着实现简单,易于维护且性能稳定等优点,然而串口通信也存在一些局限性,最主要的是传输距离近和传输速率低,使得它只适用于距离较近的本地设备之间且传输速率要求不高的通信,那么,如何在不改变串口特性前提下,提高串口的传输速率和传输距离,就成了迫切需要解决的问题。因特网的出现提供了一个解决方案。计算机网络为数据通信提供了巨大的平台,其数据传输速率之高,传输范围之广已经大大超出了人们的想象。如果串口设备能接入互联网,利用互联网来传输串口数据,那么串口通信的局限性就可以得到解决。在这种情况下,串口-网络协议转换器就出现了。在介绍了相关背景之后,本论文分析了串口-网络协议转换器的发展现状,并在此基础之上提出了一种新型的基于SOPC(片上可编程系统)的嵌入式串口-网络协议转换器。和市面上常见的产品相比,基于SOPC的方案具有可裁剪性,可根据系统性能需要和价格预算对系统进行增加或删减,大大增加了系统灵活性。接下来的正文部分从总体设计、硬件、操作系统和驱动和应用层软件等方面介绍了基于SOPC的嵌入式串口-网络协议转换器的设计和实现。第二章总体设计部分给出了该转换器的功能需求和规格,端口连接器及总体方案;第三章是硬件详细设计部分,给出了各模块的详细设计,包括NiosⅡ软核处理器模块,网络模块,串口模块,电源晶振以及JTAG调试模块;第四章介绍实时操作系统平台μC/OS的原理和任务管理机制,UART内核结构及串口驱动设计,传送队列设计,以及嵌入式TCP/IP协议栈的介绍和网络芯片驱动设计。第五章是应用程序设计,设计了8个任务来实现系统功能。最后一章介绍了相关的开发工具以及程序下载方式,最后给出了系统调试结果。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 概论  8-13
  1.1 研究背景和意义  8-10
  1.2 发展现状综述  10-12
  1.3 本论文主要内容和安排  12-13
2 系统总体设计方案  13-17
  2.1 系统功能需求和规格  13-14
  2.2 系统总体设计  14-16
  2.3 本章小结  16-17
3 硬件详细设计  17-29
  3.1 硬件功能模块详细设计  17-27
  3.2 PCB 设计要点  27-28
  3.3 本章小结  28-29
4 操作系统平台μC  29-49
  4.1 μC/OS 实时操作系统的特点  29-32
  4.2 串口驱动设计  32-36
  4.3 传送队列的设计  36-39
  4.4 轻量级网络协议LwIP  39-43
  4.5 网络芯片驱动设计  43-48
  4.6 本章小结  48-49
5 应用层程序设计  49-58
  5.1 应用层程序结构  49-50
  5.2 应用层的任务设计  50-57
  5.3 本章小结  57-58
6 程序下载和调试  58-63
  6.1 开发平台介绍  58-60
  6.2 程序下载与调试  60
  6.3 调试结果  60-62
  6.4 本章小结  62-63
7 总结与展望  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-67

基于SOPC的嵌入式串口—网络协议转换器的设计和实现

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