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嵌入式水情测报系统的网络通信技术研究

作 者: 陈艳美
导 师: 王萍
学 校: 河海大学
专 业: 通信与信息系统
关键词: 实时操作系统 μC/os-Ⅱ LwIP协议栈 点到点协议 拨号方式 以太网
分类号: TP274.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2005年
下 载: 140次
引 用: 3次
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内容摘要


随着网络通信技术和计算机技术的飞速发展,水情测报系统的数据传输网络化己提上日程。而把水情测报仪直接接入网络实时传输水情信息是一种发展趋势。为此,笔者根据水利部水利科技重点项目“灌区微机网络测量与控制系统研究”,结合河北省涿鹿县的实际情况进行嵌入式水情测报系统网络通信技术研究。实现了水情测报仪通过拨号方式远程接入网络进行数据传输,这样就可以在河北省涿鹿县水务局通过浏览网页的方式实时查看水情信息。 嵌入式水情测报仪的软件系统中采用实时操作系统μC/OS-Ⅱ,并采用把网络协议扩展到水情测报仪中的方式实现网络通信。根据嵌入式系统资源有限的具体情况,采用适合小型系统的TCP/IP协议栈——LwIP协议栈。在各层协议中,PPP协议作为数据链路层的协议与其高层TCP/IP协议一起,构成了其核心软件的网络部分,本论文重点研究了PPP网络接口的设计与实现。 论文首先对嵌入式水情测报仪的硬件进行简要介绍,在此基础上讲述了基于μC/OS-Ⅱ扩展的RTOS,并根据要实现的功能要求划分了系统任务。最后重点讲述了网络通信任务的实现:先对各层协议进行选择和LwIP协议栈和μC/OS-Ⅱ的结合,然后讨论了PPP协议栈及建立、维护和拆除PPP数据链路的过程以及通过有限状态机实现的机制。最后如何把PPP通信作为一个系统任务实现的过程和对任务的测试。

全文目录


第一章 绪论  10-14
  1.1 课题的背景及意义  10
  1.2 国内外研究现状  10-11
  1.3 课题来源和主要研究内容  11-14
    1.3.1 课题来源和要求  11
    1.3.2 前期工作——水情测报仪的嵌入式实现  11
    1.3.3 课题原有通信方式——通过PSTN和Modem通信  11-12
    1.3.4 课题目前研究的网络通信方式  12-13
    1.3.5 课题研究目的  13
    1.3.6 课题主要内容  13-14
第二章 嵌入式水情测报系统总体设计  14-24
  2.1 系统体系结构设计  14-15
    2.1.1 系统体系结构  14
    2.1.2 系统工作体制的选择  14-15
  2.2 水情数据测量  15-18
    2.2.1 水位数据的采集  15-16
    2.2.2 流量测量的基本原理  16-17
    2.2.3 本系统的流量测量  17-18
  2.3 水情测报仪远程网络接入方案  18-19
    2.3.1 常用远程网络接入方式比较  18-19
    2.3.2 水情测报仪的接入方案设定  19
  2.4 水情测报仪网络接入相关概念  19-24
    2.4.1 OSI模型和 TCP/ IP协议族  19-20
    2.4.2 TCP/IP协议栈和其它协议栈  20-21
    2.4.3 LwIP协议栈概述  21
    2.4.4 协议分层机制  21-22
    2.4.5 LwIP的数据结构和内存管理  22-24
第三章 嵌入式水情测报仪硬件设计  24-30
  3.1 系统硬件构成  24
  3.2 嵌入式水情测报仪硬件平台  24-28
    3.2.1 嵌入式ARM微处理器-S3C44B0X  24-25
    3.2.2 存储模块  25-26
    3.2.3 人机接口模块  26-27
    3.2.4 水情测报仪的辅助模块  27-28
  3.3 网络传输模块  28-30
    3.3.1 PPP方式的硬件设计  28
    3.3.2 以太网方式的硬件设计  28-30
第四章 软件核心——实时操作系统协μC/OS-Ⅱ  30-48
  4.1 μC/OS-Ⅱ内核简介  30-31
  4.2 μC/OS-Ⅱ的内核原理  31-34
  4.3 μC/OS-Ⅱ在ARM微处理器上的移植  34-36
    4.3.1 μC/OS-Ⅱ的移植条件  34
    4.3.2 μC/OS-Ⅱ移植到S3C44B0X上的要点  34-36
  4.4 水情测报仪的实时系统  36-45
    4.4.1 基于μC/OS-Ⅱ扩展的RTOS的结构  36-37
    4.4.2 底层硬件驱动和 API函数  37-42
    4.4.3 水情测报仪的任务分析和实现  42-45
  4.5 任务的测试  45-48
    4.5.1 交叉开发的调试环境  45
    4.5.2 ARM SDT2.5开发环境  45-46
    4.5.3 开发过程简介  46-48
第五章 网络传输任务的协议分析  48-74
  5.1 各层协议的选择  48-50
    5.1.1 数据链路层协议的选择  48-49
    5.1.2 网络层协议的选择  49
    5.1.3 传输层协议的选择  49
    5.1.4 应用层协议选择  49-50
  5.2 LwIP协议栈和μC/OS-Ⅱ结合  50-54
    5.2.1 LwIP功能模块  50
    5.2.2 操作系统模拟层和 LwIP向μC/OS-Ⅱ的移植要点  50-54
  5.3 LwIP协议栈的各层实现  54-71
    5.3.1 网络接口层的实现  54-55
    5.3.2 PPP协议的实现  55-63
    5.3.3 IP层协议实现  63-65
    5.3.4 TCP层协议实现  65-69
    5.3.5 应用层协议实现  69-71
  5.4 LwIP和应用程序之间的接口  71-74
    5.4.1 RAW API  71
    5.4.2 LwIP提供的正式 API  71-72
    5.4.3 BSD API  72-74
第六章 网络通信任务的实现  74-83
  6.1 LWIP进程模型  74-75
  6.2 PPP通信任务的实现  75-80
    6.2.1 创建 PPP通信任务和以太网通信任务  75
    6.2.2 PPP通信流程  75-76
    6.2.3 PPP协议整体实现  76-78
    6.2.4 PPP任务的实现  78-79
    6.2.5 PPP方式通信任务测试  79-80
  6.3 以太网通信任务的实现  80-82
    6.3.1 以太网任务的实现要点  80-81
    6.3.2 以太网方式通信任务的测试  81-82
  6.4 系统的功能特点  82
  6.5 系统测试分析和进一步设想  82-83
致谢  83-84
参考文献  84-86
附录A 水位——流量数据对应表  86-88
附录B 水情测报仪系统硬件原理图  88-89
附录C 水情测报仪系统网卡原理图  89-90
附录D 在研期间参与的项目和发表的论文  90

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 数据收集和处理系统
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