摘 要

近年来，WEB技术开始逐步推广应用到嵌入式之中，并且采用标准又通用的网络设备、使用HTML语言。一旦这个嵌入式设备连接进入因特网，只要通过一台接入互联网的计算机就可以对其进行访问，并且实现传递信息和远程设备监测的功能，这极大地促进了嵌入式在网络方面的发展，让远程管理、检测和控制变得更为方便。这么一来，怎样设计一套功能符合要求、低成本并且运行高效可靠的嵌入式系统就成了重点的研究方向。

本文构建了基于STM32的远程数据采集系统，并且移植μC/OS-II系统以及TCP/IP协议。在硬件的方面上，本文使用含有Cortex-M4内核的STM32F407芯片作为设计的核心处理器，STM32F407芯片在片内集成了10/100MbPs Ethemet MAC核,拥有4KB的 SRAM，并且同时具有DMA功能，同IEEE1588标准完全相符合。因此这块芯片十分有利于打造一个具有高性能并且小型化的嵌入式系统。在软件方面，本设计打算采用具有开源和高实时性的μC/OS-II系统作为软件平台，为了实现WEB服务器，还向此系统上移植了小型精简化的开源的TCP/IP协议-LWIP，实现了通用网关接口(CGI)和超文本传输协议(HTTP)这两个嵌入式WEB服务器关键技术。

最后使用嵌入式WEB服务器，对远程数据进行采集，并且发布到因特网上，用一台入网的电脑输入其IP地址就可以对其访问，实时观测采集的数据。

关键词：嵌入式web服务器；μC/OS-II;STM32F407;TCP/IP

Abstract

Now, more and more embedded devices begin to use WEB technology, and use the standard HTML language and common network equipment interface. Such as long as embedded devices to access the Internet, you can in any one place using a computer connected to the Internet computer for a visit, signal transmission, the realization of remote control, which is application of the embedded network provides a very good development, makes the remote management, monitoring and control is more convenient. So how to construct an embedded WEB server with complete functions, high efficiency and low cost is the key point of the research.

In this paper, a remote data acquisition system based on STM32 is constructed, and the μC/OS-II system and the TCP/IP protocol are transplanted. Hardware, using based on Cortex-M4 STM32f407 chip as the core processor, STM32F407 chip integrated in the chip Ethemet MAC 10/100MbPs core, with SRAM, and also has DMA function, with the IEEE1588 standard is fully consistent with the 4KB standard. Miniature embedded network hardware platform can be constructed conveniently, high performance. In terms of software, the design plan with open source and high real-time property of μC / OS-II system as software platform, in order to realize the web server and also on this system to transplant the small streamlining of open source TCP / IP protocol -LWIP, achieve the common gateway interface (CGI) and key technology of the embedded web server Hypertext Transfer Protocol (HTTP).

Finally use the embedded web server, remote data acquisition, and released to the Internet, use a network of computer input the IP address to access to the real-time observation and collection of data.

Keywords: embedded WEB server;μC/OS-II;STM32F407;TCP/IP

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题背景与意义 1

1.2 嵌入式系统的介绍 1

1.3 嵌入式web服务器介绍 2

1.4 论文完成的主要工作 2

第2章 构建web服务器的硬件平台 3

2.1 STM32F407芯片简介 3

2.1.1 STM32F407概述 3

2.1.2 STM32F407参数 3

2.2 STM32F407实现网络通信 4

2.2.1 STM32F407的以太网控制器 4

2.2.2 以太网接口SMI/MII/RMII与PHY外部接口 5

2.3 本章小结 9

第3章 移植μC/OS-II系统 10

3.1 μC/OS-II系统简介 10

3.2 μC/OS-II系统的移植 10

3.2.1 基本配置和定义OS_CPU.H 11

3.2.2 移植OS_CPU_A.ASM 12

3.2.3 移植OS_CPU_C.C 13

3.3 本章小节 14

第4章 LWIP在μC/OS-II系统上的移植 15

4.1 TCP/IP协议简介 15

4.2 LWIP源码分析 16

4.2.1 LWIP源码分析-综述以及设备驱动层 16

4.2.2 LWIP源码分析-ARP 17

4.2.3 LWIP源码分析-IP层 19

4.2.4 LWIP源码分析-UDP层 20

4.2.5 LWIP源码分析-TCP层 20

4.3 LWIP与各层之间的关系 21

4.3.1 LWIP与应用程序 21

4.3.2 LWIP与底层 22

4.3.3 LWIP初始化 22

4.3.4 网络设备的初始化 23

4.3.5 以太网控制器初始化 23

4.3.6 数据收发线程 24

4.4 本章小结 25

第5章 嵌入式WEB服务器的设计 26

5.1 嵌入式WEB服务器的设计 26

5.2 嵌入式WEB服务器的实现 26

5.2.1 HTTP的协议处理流程 26

5.2.2 使用LWIP构建WEB服务器 27

5.3 基于WEB的远程数据采集的实现 29

5.4 本章小结 30

第6章 总结与体会 31

参考文献 32

致 谢 33

第1章 绪论

1.1 课题背景与意义

　 在传统的工业数据采集中，人们常使用8/16位的单片机，并且采用汇编语言以及RS-232与RS-485接口完成通信，但是这和网络信息高速发展的步调不一致。伴随着计算机技术的高速发展，微型计算机逐渐成为了数据采集的核心平台，但微型计算机有着诸如不能防尘、成本高等一些劣势，随着近几年来嵌入式的快速发展，它的优势就渐渐体现了出来。