摘 要

随着全球互联网通信技术的高速发展，很多领域特别是工业应用领域对高性能、低成本、抗干扰的通信手段的需求越来越高。TCP/IP网络是基于复杂环境设计的一种通信网络，其具有自动纠错功能，通信质量非常稳定，不易受外部环境干扰。串口通信抗干扰能力较差，非常容易出现错误。从传输距离和速率角度来看，以太网利用光纤传输，传输距离几乎无限制，而RS232串口的传输距离收到极大约束，传输速率又远远低于以太网。因此，利用ARM CortexM0研制的以太网串口转发器具有广阔的发展前景。

在本课题中主要设计一种低耗能而且成本低廉的小型数据存储转发器。数据存储转换器主要功能在于实现接收、暂存试验台设备经RS232（或RS485）接口发送的数据帧，提取数据帧中原始数据，并将原始数据通过以太网口转发到服务器。

关键词：TCP/IP，数据存储转发器，Cortex-M0

Abstract

With the rapid development of the global Internet communication technology, a lot of fields, especially in the field of industrial applications, high performance, low cost, anti-jamming communication means more and more high demand. Tcp/ip network is a kind of communication network based on complex environment design, which has the function of automatic error correction, and the communication quality is very stable, and it is not easy to be disturbed by the external environment.Serial communication anti-interference ability is poor, very easy to error. From the transmission distance and the rate angle, the Ethernet uses the optical fiber transmission, the transmission distance is almost unlimited,but the transmission distance of RS232 serial port received a great constraint, the transmission rate is far lower than the Ethernet.Therefore, Ethernet Serial repeater developed by using ARM CortexM0 has broad prospects for development.

In this paper design a kind of consumption and low cost of small data storage transponder. Data storage converter main function is received, temporary test equipment via RS232 or RS485 interface and sends the data frame, extraction data frame in the original data and the original data through the Ethernet port is forwarded to the server.

Keywords: TCP/IP, data storage transponder, Cortex-M0

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 课题目的及意义 2

1.3 本文主要内容 3

第2章 数据存储转发器硬件及驱动设计 4

2.1方案概述 4

2.2硬件平台概述 5

2.3核心处理器模块 6

2.4以太网物理模块 7

2.4.1以太网控制器 7

2.4.2以太网接口电路 9

2.5异步串行接口模块 10

2.5.1 RS232接口 11

2.5.2 RS485接口 12

2.6供电模块 13

2.7LPC1114系统时钟配置 14

2.8UART驱动程序 16

2.8.1UART初始化 16

2.8.2 UART中断处理流程 19

2.9 DM9000驱动程序 21

2.9.1 DM9000初始化 21

2.9.2 DM9000数据发送 22

2.9.3 DM9000数据接收 24

第3章 TCP/IP协议栈的移植................................................................................25

3.1 TCP/IP相关协议介绍 25

3.1.1 TCP/IP协议的分层结构 25

2.1.2以太网帧封装 26

3.1.3以太网帧结构 26

3.1.4 网络层协议分析 27

（1）ARP协议 27

（2）IP协议 28

（3） ICMP协议 28

3.1.5传输层协议分析 29

（1） UDP协议 29

（2）TCP协议 29

3.2嵌入式TCP/IP协议栈简介及选型 31

3.3 uIP协议栈介绍 32

3.3.1 uIP协议栈的特点及架构 32

3.3.1 uIP主循环框架 33

3.3.2 uIP核心内部处理 34

3.4 uIP协议栈具体移植 38

3.5工作模式 39

3.6数据存储转发器配置 39

3.6.1串口配置 40

3.6.2网络配置 .40

第4章 总结和展望................................................................................................42

致谢 43

参考文献 44

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

伴随着信息化产业的迅速发展，近年来以以太网为代表的通信技术正逐渐成为网络发展中新的亮点。由于以太网具有价格低廉、稳定可靠、通信速率高、应用广泛等优点成为最受欢迎的通信网络之一。它不仅垄断了办公自动化领域的网络通信，而且在工业控制领域资源管理层和执行制造层等中上层网络通信中也有广泛应用，并呈现出向下延伸直接应用于工业控制现场的趋势。

串口通信是现在发展的自动控制系统中底层数据交流共享的主要方式之一。然而，串口总线通信抗干扰能力差，传输速度低。特别是串口通信在传输距离方面有限，很大程度上限制了工业控制方面的信息化发展。因此，将现有串口设备进行网络化，甚至构建成更加分散的网络控制系统，采用异步串口—以太网转换器是一种经济、有效的解决方案。以太网的高通讯速率、高性价比、高可靠性^[17]等这些优势使以太网成为网络系统设计中首选的项目方式，以太网占据了当前局域组网方式中的主流地位，同时基于TCP/IP协议的软件平台资源广泛，各层协议控制能很好地满足自动化控制各层次的需求，利于网络升级扩展的同时实现互联网络的连接，信息得到共享。