單片機的TCP/IP的實現(xiàn)與UNIX的不同

TCP/IP最先是在UNIX系統(tǒng)里實現(xiàn)的，后來的LINUX、DOS、WINDOWS也實現(xiàn)了TCP/IP，隨后TCP/IP協(xié)議也被移植到其它嵌入式的處理器上，例如8位的MCS51單片機、AVR單片機，16位的ARM、C166以及32位的MIPS、ARM等芯片上。 TCP/IP協(xié)議的最底層IP層，很多定義都是16位或32位的，例如源IP地址（32位）目的IP地址（32位），校驗值（16位），特別是較驗值，是以16位為單位進行計算的，這樣使得能夠處理16位、32位運算的CPU，比如80286、80386……，ARM、MIPS、DSP，就有很大的速度上的優(yōu)勢。而8位機MCS51處理則會慢很多。
　　由于指令的原因，以及資源上的原因，在UNIX上實現(xiàn)的TCP/IP協(xié)議的原代碼并不能夠直接移植到8位的單片機上。最早期的LINUX1.0版的內核是最小的實現(xiàn)TCP/IP的操作系統(tǒng)，它的程序的大小大概在1兆字節(jié)。而現(xiàn)在的紅旗LINUX,紅帽子LINUX，內核多達幾十兆，整個系統(tǒng)要幾張光盤來裝。早期的LINIX因為小，而被移植到掌上電腦，PDA等產品中。單片機的程序空間是極為有限的，直接尋址的空間僅64K字節(jié)，這跟電腦的存儲空間相比要差幾個數量級。除了程序空間小之外，可用的內存RAM也是非常小的，最多只能擴64K的RAM，而電腦的RAM至少在1兆以上。單片機的運算速度也極為有限，一般只有2MIPS，而電腦上的處理能力在100MIPS以上。
　　有些人提到有沒有必要在單片機上實現(xiàn)TCP/IP的問題。因為TCP/IP是一種標準，以太網也成為局域網的標準。在很多情況下運用以太網和TCP/IP，能夠簡化結構。比如目前較熱的智能小區(qū)，因為布線的原因，不能為每個家庭布很多線，而以太網的8芯雙絞是一定有的。例如寬帶上網，是直接通過以太網的，如果你制造的設備，比如安全產品，遠程抄表產品，家居智能產品能夠走以太網的話，可以利用現(xiàn)成的以太網絡。但如果走其它網絡，比如RS485、CAN單線、LONWORKS等，那么需要另外布線。布線是復雜的，還涉及到消防安全等。從成本看，用以太網實現(xiàn)聯(lián)網要比CAN、LONWORKS等更為便宜，集線器、交換機現(xiàn)在都非常便宜，而且將來有三網合一的趨勢，電話、電視、計算機三網合一。將來的趨勢可能是高速的以太網的天下，電話信號、電視信號、聯(lián)網都在以太網上跑。盡管目前還未能實現(xiàn)，但是這種趨勢是不可避免的。
　　有網友提到就算要利用以太網，也沒有必要跑TCP/IP。那么為什么要跑TCP/IP呢？ TCP/IP是一標準，這個標準使得數據傳輸不一定是要局域網，而可以在互聯(lián)網、跨地區(qū)跨國界。例如你在某一區(qū)域安裝了很多監(jiān)控產品，但數據中心可能不設在那個區(qū)域，而設在其他地區(qū)。TCP/IP有兩種協(xié)議TCP和UDP；TCP保證了數據傳輸的正確性，（如果你的數據只跑以及網層，那么你的數據完整性是要你的編程來保證的，校驗的計算。數據包的丟失需要你手工處理，而TCP把這些所有你要處理細節(jié)都幫你處理了。UDP可以面向廣播的、視頻的、音頻的等方面的應用。實現(xiàn)TCP/IP的協(xié)議的好處是可以統(tǒng)一平臺，比如智能小區(qū)的產品，如果大家都遵守TCP/IP的協(xié)議，那么大家的產品才能兼容，假設一個大型的智能社區(qū)，這個社區(qū)可能由多家設備供應商進行建設，可能有某些廠商做平臺、做軟件，一些廠商做硬件。如果大家遵守TCP/IP協(xié)議，各自的遠程抄表產品，智能防盜產品就有可能兼容，對地產開發(fā)商來說，可以選擇多個供應商，有利于競爭，也避免某個廠家倒閉造成重大影響。
　　題外話說的多了，還是回到本章要談的內容吧。由于單片機與電腦的差別很大，兩者的實現(xiàn)有很大的不同。在電腦里編寫TCP/IP程序，你可以不考慮代碼大小、代碼速度，但在單片機上這些都是你要考慮的問題。綜合來說，單片機實現(xiàn)與UNIX實現(xiàn)TCP/IP有如下區(qū)別：　　（1）、操作系統(tǒng)。不論是WINDOWS、UNIX、LINUX，它們都有一個多任務操作系統(tǒng)，這使得代碼編寫簡單化，而在單片機上，因為資源的原因而無法使用多任務操作系統(tǒng)，這使得代碼結構變?yōu)轫樞驁?zhí)行+硬件中斷的方式，而在電腦里卻可以并發(fā)地執(zhí)行。對程序執(zhí)行結構，單片機要考慮更多。
　　（2）、內存分配。WINDOWS或UNIX的內存分配是動態(tài)的，根據需要隨時分配，隨時撤消。我們閱讀一些關于LINUX、UNIX的書，它們都是mbuf的存儲結構。mbuf是一個存儲鏈，這個鏈可以動態(tài)地增加和減小。比如在數據包很少的情況下，UNIX分配一個2K字節(jié)的緩沖區(qū)可能就夠用了，但如果數據包很多，就有可能要分配64K甚至更多的緩沖區(qū)，可分配的內存要根據CPU的可用內存來調整。但是在單片機卻不能夠這樣做。一個最大的以太網數據包有1500多個字節(jié)，分配一包的緩沖區(qū)就要1.5K字節(jié)，而一般實現(xiàn)TCP/IP的單片機只外接一塊32K字節(jié)的RAM。而這32K字節(jié)的RAM要被各個協(xié)議所用，而不僅僅是存放收到的數據包。一般的做法是分配一個256×6=1536個字節(jié)的RAM來存放收到的以太網數據包。收到一包就處理一包。而UNIX卻可以收很多包才處理。在單片機里，存放收到的以太網數據包的RAM是固定的，而不是動態(tài)分配的。所有UNIX關于內存管理、內存分配、mbuf的結構在單片機里并不適用。這些代碼對單片機是無用的。
　　（3）、指針。在電腦里，指針只有一種，就是指向某一地址的RAM，而在單片機里指針有幾種：
　　　1、指向外部RAM的指針例uchar xdata *p 使用指令 movx @dptr 占二個字節(jié)
　　　2、指向程序ROM的指針例uchar code *p 使用指令 movc 占二個字節(jié)
　　　3、指向內部的RAM的指針例uchar data *p 使用指令 mov @ri 占一個字節(jié)
　　　4、指向外部RAM的分頁指針例uchar pdata *p 使用指令 movx @ri 占一個字節(jié)
　　　5、一般指針,可以指向以上的任何一種占三個字節(jié)
　　　6. 還有其它用于分組切換的指針。
　　在電腦里，所有程序都必須先放在RAM里才能運行，所以它的指針只有一種情況，就是指向RAM。而單片機的結構和電腦的結構有很大差別，指針類型很多，對指針運算的速度也不一樣，由于第5種指針"一般指針"運算很慢，同時又需要占用很多程序空間，這使得指針運算不能從UNIX源代碼直接移植到單片機上，而UNIX實現(xiàn)TCP/IP的源代碼中，用的最多的就是指針，而在單片機里一般要求少用指針，或使用特定類型的指針。這使用UNIX的源代碼需要作很多的改動。
　（4）、參數傳遞。在UNIX實現(xiàn)的TCP/IP源代碼中，一般有很多的參數傳遞，而在單片機里允許傳遞的參數是有限的（因為受到內部RAM的限制），同時參數傳遞的過程要浪費程序代碼空間，也降低單片機執(zhí)行速度。所以在單片機的實現(xiàn)里，一般不要做太多的參數傳遞，而多使用公共的全局變量來實現(xiàn)調用的過程。這種情況下，UNIX的一般源程序是相對獨立的，受其它函數或變量的影響很小，而單片機里各程序的相互依賴程度要大。因為在單片機里往往共享某一數據、某一變量。
　（5）變量定義。UNIX和KEIL C51雖然都是C語言，但兩者又有所不同，對于一些變量的定義，兩者卻不能通用。例如，單片機的特殊寄存器定義，sfr sfr16 sbit等，在標準C里是沒有的。在標準C里支持的結構，在KEIL C里也有可能不支持，比如一些C++的語法。在處理上的特殊性，也可能不一樣，比如IP地址類型，在UNIX里一般將IP地址定義為數組:
uchar ip[4]; 而在單片機里，我的定義是
union IP_address_type{uchar bytes[4];
uint words[2];
ulong dwords;}
IP 被定義為共用體，而不是簡單的一個數組。為什么要這樣做，是因為單片機處理的特殊性，例如比較兩個IP地址IP1，IP2是否相等，如果使用數組，比較是麻煩的：要寫成 if（IP1[0]==IP2[1]）**IP1[1]=IP2[1]**…… 用共用體可以簡化為
if（IP1.dwords==IP2.dwords）…… 有時候，我們又要把IP地址按16位來計算，比如較驗和計算，那么IP地址按16位加可以寫成： IP.dwords[0]+ IP.dwords[1]，有時，我們又要對IP地址按字節(jié)賦值，比如IP地址從24C02里讀出來，需要按字節(jié)賦值：可以為 IP.bytes[0]=×× IP.bytes[1]=×× IP.bytes[2]=×× IP.bytes[3]=××
如果不作這樣的定義，運算將復雜很多。而且一些編譯會認為類型混亂而無法編譯。在單片機里使用共用體會簡化很多。而在UNIX里要對這些值作改變，一般是利用指針進行的。在電腦里，用指針運算是方便的，而且速度也快，但在單片機里，卻不能夠方便地使用指針。在UNIX里的一些結構類型的定義都要被改寫。這樣也使得UNIX的源代碼不能直接用在單片機上。
　　（6）、協(xié)議支持。在UNIX里可支持比較完整的TCP/IP協(xié)議，但在單片機里無法做到，這是因為單片機根本沒有足夠的代碼空間來支持這些協(xié)議。一般在單片機里實現(xiàn)與需要有關的部分，而不使用的協(xié)議則一概不支持。例如文件共享SMB協(xié)議，在UNIX、WINDOWS都支持，但單片機上卻沒有必要。一般只能在單片機中實現(xiàn)：ARP、IP，ICMP、TCP、UDP這些協(xié)議，而更高層的協(xié)議，http、smtp、ftp一般是不需要支持的。雖然有些單片機例如AVR上網方案實現(xiàn)了http、smtp、ftp協(xié)議，但我們認為實用性不太，因為AVR上網方案用的是MEGA103，而該芯片要150元左右，高昂的造價使得AVR上網方案沒有得到廣泛的應用。單片機應用的TCP/IP協(xié)議大多是為了完成數據采集和數據傳輸，而不是網頁瀏覽、文件傳輸這些功能。就對某一協(xié)議而言，例如ARP協(xié)議，UNIX系統(tǒng)支持以太網、令牌環(huán)等網絡的ARP，但單片機里只支持以太網，也就是說，對于某一協(xié)議，也有可能要作簡化。IP包最大可以為65K，可以分段傳輸，而在單片機里根本無法容納如此大的數據包，因此一般是不支持分段的。單片機一般采用發(fā)送小數據包的方式，以避免分段。
　　（7）、硬件接口。在UNIX或WINDOWS里，對網卡驅動無一例外都是采用中斷方式。而在單片機的應用中，大部份的方案都是查詢式的。因為電腦的處理速度快，一次中斷的處理時間也很短，不會影響系統(tǒng)內的其它中斷。但在單片機里就不行了，處理一次中斷，收取一個數據包一般要幾毫秒的時間，這將封鎖其它中斷的產生（只有高優(yōu)先級的中斷可以執(zhí)行），而單片機往往還存在其它一些中斷，比如串口按收中斷，A/D條件中斷、鍵盤中斷等需要被執(zhí)行，這就使得消耗時間長的網卡中斷改為查詢式執(zhí)行。在電腦里，對網卡的驅動相對簡單，而在單片機里需要處理的事情更多。比如緩沖區(qū)溢出，閱讀一些驅動程序源代碼，你可能發(fā)現(xiàn)在電腦里的一些程序根本沒有處理溢出的代碼。因為電腦執(zhí)行快，網卡緩沖區(qū)的溢出幾乎是不會發(fā)生的，不要說10M網卡，就是100M網卡，電腦也能夠很快處理。電腦往往采用即插即用方式來驅動網卡，而單片機卻不能這樣做，因為即插即用要很多代碼來實現(xiàn)，而使用跳線方式，電腦里驅動NE2000的網卡，一般都是用16位DMA的方式，而在單片機里卻只能用8位DMA方式。這也使用UNIX對網卡驅動的代碼不能直接移植。

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UNIX(41036) UNIX(41036)

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隨著TCP/IP技術的發(fā)展，Internet技術已經從原來的大型機走向了單片機，通過RS232 口進行的遠程控制開始轉向RJ45 為接口Ethernet 遠程控制。近來已經有部分采用單片機實現(xiàn)單片機與Etherne

2009-04-15 11:23:30

基于PPP 協(xié)議單片機撥號上網的設計與實現(xiàn)

通過對TCP/IP 協(xié)議簇進行簡化，討論數據包的配置，設計并實現(xiàn)單片機撥號上網的系統(tǒng)。

2009-05-13 16:06:14

基于嵌入式TCP/IP協(xié)議的信息家電的設計與實現(xiàn)Design and Realiza

討論了利用網絡芯片RTL8019AS將基于51系列的單片機W78E58B接入Internet的 實現(xiàn)方法。本文設計的這種嵌入TCP/IP協(xié)議的單片機系統(tǒng)板，具有成本低、占用面積少、使用方便等優(yōu)點。

2009-06-01 10:50:48

嵌入式Internet中TCP協(xié)議的設計與實現(xiàn)

介紹了嵌入式Internet 技術的概念和研究現(xiàn)狀，以網絡傳感器為應用背景，對TCP/IP 協(xié)議棧中的主要協(xié)議TCP 進行了機制裁減和編程實現(xiàn)。該研究對于Internet 技術能否在8 位單片機上實現(xiàn)

2009-06-16 10:02:38

一種嵌入式TCP/IP協(xié)議的設計與實現(xiàn)

本文提出了基于ARM的嵌入式TCP/IP協(xié)議在低速處理器中的一種設計方案。并對 TCP/IP協(xié)議族實現(xiàn)過程中的關鍵技術進行了分析，通過一個分布式網絡監(jiān)控系統(tǒng)的實際運行，證

2009-06-24 09:42:59

TCP/IP詳解,卷2：實現(xiàn) (pdf電子書)

TCP/IP詳解,卷2：實現(xiàn) (pdf電子書)本書完整而詳細地介紹了TCP/IP協(xié)議是如何實現(xiàn)的。書中給出了約500個圖例，15 000行實際操作的C代碼，采用舉例教學的方法幫助你掌握TCP/IP實現(xiàn)。本

2009-08-05 08:26:10

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基于TCP/IP的智能網絡化監(jiān)護儀器系統(tǒng)的研究

本文介紹了一種單片機類智能終端的聯(lián)網方法，通過TCP/IP 協(xié)議，使醫(yī)用監(jiān)護儀器實現(xiàn)以太網接入，并可實現(xiàn)數據的傳輸和對該類儀器的控制，可以作為一種新的實用測控網絡分布式

2009-08-07 09:26:10

基于TCP/IP 的七自由度機械臂遠程控制

針對七自由度機械臂遠程控制的需要，構建了基于TCP/IP 網絡的控制系統(tǒng)。首先通過設計單片機系統(tǒng)實現(xiàn)本地端控制，然后運用WinSockets 類創(chuàng)建基于TCP/IP 的遠程控制程序，使連接在Inte

2009-08-15 16:01:43

基于嵌入式TCP/IP的遠程GPRS控制終端的設計與實現(xiàn)

介紹了基于8 位單片機的嵌入式TCP/ IP 的遠程無線控制終端的設計與實現(xiàn). 描述了基于GPRS 網的數據傳輸過程、嵌入式實時操作系統(tǒng)RTX51 以及嵌入式TCP/ IP 協(xié)議棧簡化的思路, 并著重

2009-08-24 18:56:36

基于嵌入式TCP/IP協(xié)議單片機的雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)

本文系統(tǒng)介紹了雜散電流的產生及危害及嵌入式TCP/IP 協(xié)議單片機系統(tǒng)接入Internet 網絡的方法，并組建了基于嵌入式TCP/IP 協(xié)議單片機的雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)，并對整個系統(tǒng)進行了通

2009-09-05 08:20:36

基于MSP430單片機的光纖旁路保護器的實現(xiàn)

介紹了一種用MSP430 單片機實現(xiàn)光纖旁路保護器的方法。在硬件設計上采用精密光學元件和控制電路，實現(xiàn)了光路的無縫切換。在MSP430 單片機內嵌入TCP/IP 協(xié)議，借助以太網控制

2009-12-23 15:47:45

tcp ip協(xié)議詳解卷一

tcp ip協(xié)議詳解卷一:《TCP/IP詳解，卷1：協(xié)議》是一本完整而詳細的TCP/IP協(xié)議指南。描述了屬于每一層的各個協(xié)議以及它們如何在不同操作系統(tǒng)中運行。作者用Lawrence Berkeley實驗室的tcpd

2010-05-19 12:02:19

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【PADAUK】應廣單片機 PFC151系列

Padauk是一家專業(yè)的單片機一級代理，我們提供全面的單片機解決方案，包括PFC151系列。PFC151系列是一款高性能的單片機，它具有低功耗、高速度、高可靠性等優(yōu)點。該系列單片機適用于各種應用，如

2023-11-23 22:20:39

NY8A050D單片機,AD單片機,九齊代理

?這篇文章將介紹臺灣九齊單片機NY8A050D 6 I/O 8-bit EPROM-Based MCU，包括其特點、應用領域、與其他單片機的比較等內容。一、九齊單片機NY8A050D 6 I/O

2023-11-27 21:54:52

基于單片機的嵌入式TCP/IP協(xié)議棧的設計與實現(xiàn)

摘要:隨著網絡技術和單片機技術的發(fā)展，嵌入式網絡在遠程控制領域擁有廣泛的應用前景。文中以Atmega16單片機和CP2200網絡芯片為硬件平臺，設計和實現(xiàn)了一個面向遠程工業(yè)控制領

2010-12-17 21:15:04

TCP/IP網絡層協(xié)議概覽

TCP/IP網絡層協(xié)議概攬網絡層的 IP 協(xié)議，實現(xiàn)了 IP 包的封裝和尋徑發(fā)送，它

2009-06-09 21:53:03

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TCP/IP協(xié)議簡介

TCP/IP協(xié)議簡介 TCP/IP傳輸層協(xié)議概攬傳輸控制協(xié)議 TCP 是一

2009-06-09 23:07:31

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TCP/IP協(xié)議,TCP/IP協(xié)議內容和作用是什么?

TCP/IP協(xié)議,TCP/IP協(xié)議內容和作用是什么? TCP/IP是一組協(xié)議的代名詞,它還包括許多別的協(xié)議,組成了TCP/IP協(xié)議簇。一般來說,TCP/IP提供運輸層服務,而IP提供

2010-03-19 13:55:53

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嵌入式TCP/IP協(xié)議棧在DSP上的實現(xiàn)

摘要：介紹了TMS320C5402芯片與RTL8019AS互聯(lián)網控制器的硬件接口電路的設計,實現(xiàn)了一個運行在TMS320C5402上的小型嵌入式TCP/IP協(xié)議棧。對TCP/IP協(xié)議中的IP協(xié)議

2011-02-25 17:26:47

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TCP/IP協(xié)議單片機在網絡通信中的數據傳輸技術

介紹了嵌入式TCP/IP協(xié)議單片機在網絡通信中的數據傳輸技術。將TCP/IP協(xié)議嵌入式單片機中,借助網卡芯片CS8900實現(xiàn)了單片機在局域網內和通過局域網在因特網上的數據傳輸。用戶終端以單

2011-04-16 22:04:42

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單片機實現(xiàn)以太網串口服務器設計

介紹了一種使用單片機實現(xiàn)TCP/IP 協(xié)議與以太網(Ethernet) 連接, 進行串口和以太網數據透明傳輸的新方法, 即實現(xiàn)單片機與Internet 網互聯(lián)的方法。使用此方法可以實現(xiàn)任何非計算機類的自動

2011-08-29 16:35:38

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RTL8019AS實現(xiàn)TCP IP網絡通信

介紹了以太網控制器芯片RTL8019AS，并將TCPaP協(xié)議嵌入通用單片機中，通過RTL8019AS實現(xiàn)了智能設備和儀表在局域網／因特網上的數據傳輸。文中給出系統(tǒng)硬件原理框圖和有關實現(xiàn)TCP／IP協(xié)議

2011-08-29 16:36:56

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面向控制應用的TCP_IP協(xié)議設計與實現(xiàn)

首先分析了面向控制應用TCP/IP協(xié)議的特點,隨后闡述了兩種針對專用控制網絡的以太網網關實現(xiàn)方案,即MCU或DSP+以太網網絡接口的TCP/IP實現(xiàn)。

2011-10-09 18:23:26

tcp ip協(xié)議_什么是tcp ip協(xié)議

什么是tcp ip協(xié)議，tcp ip協(xié)議詳解，深刻講述了tcp ip協(xié)議的概念，tcp ip協(xié)議層次等知識

2012-05-14 16:29:57

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如何使用網絡單片機W7100A實現(xiàn)TCP通信？

本文將為你介紹如何利用以太網控制網絡單片機W7100A實現(xiàn)TCP通信的方法及具體步驟。

2012-11-12 16:48:05

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TCP-IP詳解卷3：TCP事務協(xié)議，HTTP，NNTP和UNI

TCP-IP詳解卷3：TCP事務協(xié)議，HTTP，NNTP和UNIX域協(xié)議，個人收集整理了很久的資料，大家根據自己情況，有選擇性的下載吧~

2015-10-27 14:04:26