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用MSP430實現(xiàn)的嵌入式因特網(wǎng)終端設(shè)計

時間:2023-03-18 16:49:50 理工畢業(yè)論文 我要投稿
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用MSP430實現(xiàn)的嵌入式因特網(wǎng)終端設(shè)計

【摘 要】本文詳細(xì)描述了用TI公司的MSP430單片機實現(xiàn)嵌入式因特網(wǎng)終端的設(shè)計,包括硬件和軟件兩大部分。MSP430微控制器控制以太網(wǎng)控制器CS8900A實現(xiàn)本地局域網(wǎng)的功能,通過TCP/IP協(xié)議提供與因特網(wǎng)進(jìn)行連接的應(yīng)用接口,使用該應(yīng)用接口,可以建立新的任務(wù)或改變現(xiàn)有的任務(wù),實現(xiàn)與因特網(wǎng)中其它終端間的通信。在本文中,給出了硬件原理圖,說明了部分模塊的工作流程。

【關(guān)鍵詞】因特網(wǎng);MSP430;終端;以太網(wǎng);TCP/IP

1.介紹

計算機通信系統(tǒng)尤其是因特網(wǎng)在日常生活中的作用越來越重要,并且呈加速發(fā)展的趨勢。如今,上網(wǎng)不再是個人電腦和網(wǎng)絡(luò)工作站的專利,很多用微控制器(或稱單片機)控制的嵌入式系統(tǒng)也成為了因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中的一員,通常,這種嵌入式系統(tǒng)可稱為嵌入式因特網(wǎng)終端。試想,如果通過網(wǎng)頁瀏覽器,能夠完成對遠(yuǎn)處的微控制器控制,并能夠接收到微控制器采集的信號,那將給人們的生活帶來很大的便利和極大地推動生產(chǎn)力的發(fā)展。打個比方,如果通過辦公室的一臺連接到因特網(wǎng)的電腦和安裝在家里的嵌入式控制器,人們就可以了解到家里或者發(fā)生的一切,那么家居防盜等一系列問題將會等到很好的解決。

MSP430是由于TI(Texas Instruments,美國德州儀器公司)開發(fā)的16位微處理器,其突出的特點是強調(diào)低功耗,非常適用于各種低功率要求的應(yīng)用,有多個系列和型號。由于其性價比比較高,所以,被廣泛應(yīng)用于家居自動化,醫(yī)療設(shè)備,安防系統(tǒng),樓宇控制系統(tǒng)等許多領(lǐng)域當(dāng)中。本因特網(wǎng)終端設(shè)計方案中使用的MSP430F149是TI公司于2000年增加的MSP430F1X中的一員。

2.協(xié)議基礎(chǔ)

ISO(Internet Standard Organization,國際標(biāo)準(zhǔn)組織)于1981年提出了OSI(Open System Interconnect,開放系統(tǒng)互連)七層網(wǎng)絡(luò)模型。七層網(wǎng)絡(luò)模型的最大優(yōu)點是將服務(wù)、接口和協(xié)議這三個概念明確地區(qū)分開來:服務(wù)說明某一層為上一層提供一些什么功能,接口說明上一層如何使用下層的服務(wù),而協(xié)議涉及如何實現(xiàn)本層的服務(wù)。

因特網(wǎng)采用的四層網(wǎng)絡(luò)模型是OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型的一個子集,其具體的四層:應(yīng)用層、傳輸層、因特網(wǎng)層和網(wǎng)絡(luò)層,圖1為因特網(wǎng)的四層網(wǎng)絡(luò)模型與OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型的對應(yīng)關(guān)系圖。因特網(wǎng)模型通過數(shù)據(jù)分段(Segment)中的序列號保證所有傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以在遠(yuǎn)端按照正常的次序進(jìn)行重組,而且通過確認(rèn)保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾浴?BR>
圖1 OSI七層協(xié)議與因特網(wǎng)四層模型的對應(yīng)關(guān)系


2.1 以太網(wǎng)(Ethernet)[1]

以太網(wǎng)是目前用得最廣泛的一種局域網(wǎng),它在因特網(wǎng)四層網(wǎng)絡(luò)模型當(dāng)中,屬于網(wǎng)絡(luò)層。以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點具有相同的訪問網(wǎng)絡(luò)的權(quán)利,它們之間對網(wǎng)絡(luò)占用是通過具有沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問( CSMA/CD )的方法來實現(xiàn)的。數(shù)據(jù)采用曼徹斯特編碼,網(wǎng)絡(luò)中的連接一般采用雙絞線或同軸電纜。以太網(wǎng)中每個節(jié)點具有一個48位、唯一編號的地址。每幀數(shù)據(jù)的最大長度為1518個字節(jié),第一個48位為目標(biāo)地址,第二個48位為數(shù)據(jù)源地址,然后是2個字節(jié)的數(shù)據(jù)幀類型值,在數(shù)據(jù)幀的最后,自動生成4個字節(jié)的循環(huán)冗余碼校驗(CRC)值,用于保證數(shù)據(jù)幀的完整性。

2.2傳輸控制協(xié)議TCP(Transmission Control Protocol)

TCP提供了一種可靠的數(shù)據(jù)流服務(wù),盡管TCP是DARAP協(xié)議組中的一員,但它卻有很大的獨立性。它對下層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議只有最基本的要求,很容易在不同的網(wǎng)絡(luò)上建成,因而非常流行。ISO/OSI運輸層標(biāo)準(zhǔn)中的第四類TP-4就是以 TCP作為原型建立的。TCP可以在眾多的網(wǎng)絡(luò)上工作,可以提供虛擬電路服務(wù)和面向數(shù)據(jù)流的傳輸服務(wù)。用戶數(shù)據(jù)可以有序而且可靠的傳送。在一個分組可能發(fā)生丟失、破壞、重復(fù)、延遲或失序情況下,TCP服務(wù)可提供一種可靠的進(jìn)程間通信機制,協(xié)議可以自動糾正各種差錯。

2.3網(wǎng)際協(xié)議IP(Internet Protocol)

第三層最重要的協(xié)議是IP。它將多個網(wǎng)絡(luò)聯(lián)成一個互連網(wǎng)。IP的工作是將一個以上的報文處理網(wǎng)絡(luò)聯(lián)成一個網(wǎng)際網(wǎng)。IP的基本任務(wù)是通過網(wǎng)際網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)報,各個IP數(shù)據(jù)報之間是相互獨立的。主機上的IP層基于數(shù)據(jù)鏈路層的服務(wù)向傳輸層提供服務(wù)。IP從源運輸實體取得數(shù)據(jù),通過它的數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)傳給目的主機的IP層。網(wǎng)關(guān)通過下一網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報傳到目的主機或下一網(wǎng)關(guān)。

2.4地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ARP(Address Resolution Protocol)

在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,每個主機分配的組位IP地址只是一種邏輯地址,這樣在傳送時必須轉(zhuǎn)換成物理地址,ARP協(xié)議就是完成這一功能的。? ARP使主機可以找到同一物理網(wǎng)絡(luò)中任一物理主機的物理地址,只需給出該主機的網(wǎng)際地址即可?梢姡揪W(wǎng)絡(luò)的物理編址對網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)是透明的。

2.5 其它協(xié)議

在因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議當(dāng)中,還有其它相關(guān)的協(xié)議,如:反向地址轉(zhuǎn)換協(xié)議RARP(Reverse Address Resolution Protocol)、用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP(User Datagram Protocol)、網(wǎng)際控制報文協(xié)議ICMP(Internetwork control Message Protocol)、超文本傳輸協(xié)議(hypertext transfer protocol)等,它們在因特網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換當(dāng)中都有什么重要的作用,本文限于篇幅,不一一詳細(xì)介紹。

3.硬件設(shè)計[1]

本設(shè)計中所用到的兩個重要組件為TI公司的微處理器MSP430F149和Crystal公司的以太網(wǎng)控制器CS8900A,下面簡單介紹一下這兩個組件,再論述硬件實施方案。

3.1MSP430F149[2]

MSP430F149具有60K字節(jié)的FLASH存儲器和2K字節(jié)的RAM、看門狗定時器(Watchdog Timer)、6個8位的通用I/O口、12位A/D轉(zhuǎn)換器、2個串行通信接口和1個硬件乘法器等。MSP430F149的60K字節(jié)FLASH存儲器足以存儲網(wǎng)頁數(shù)據(jù), 6個通用I/O口既可以用來控制以太網(wǎng)控制器CS8900A,也可以用來執(zhí)行其它的用戶命令,12位A/D轉(zhuǎn)換器可以用來在終端采集數(shù)據(jù),然后再通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)給用戶.

3.2CS8900A[3]

CS8900A低功耗的以太網(wǎng)控制器,被廣泛應(yīng)用于工控機中。其高集成度的設(shè)

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