LwIP在μCOS-Ⅱ平台上的移植与应用

摘要

随着计算机技术的发展，嵌入式系统已经广泛应用于国防、工业、交通、能源、信息技术以及日常生活等各个领域，并成为近年来新兴的研究热点，网络化是主要趋势之一。在实际应用中，嵌入式系统的网络化，根据自身的不同特点和需要，采用不同的方案。LwIP是开源的TCP/IP协议栈，LwIP实现的重点是在保持TCP/IP协议栈主要功能的基础上减少对RAM的占用，这使LwIP协议栈适合在嵌入式系统中使用。μC/OS—Ⅱ是堪称最著名的实时开源操作系统，但毕竟只是一个实时的任务调度及通信内核，缺少对外围设备和接口的支持，如没有文件系统、网络协议、图形界面。因此选择采用μC/OS—Ⅱ与免费的TCP/IP协议栈LwIP相结合的方法实现嵌入式系统的网络化功能。 本文首先介绍了嵌入式TCP/IP协议栈的发展趋势，综合比较几种主要的嵌入式TCP/IP协议栈，选择了LwIP协议栈作为研究和开发的切入点。并对LwIP协议栈的框架结构，实现方法，进程模型，内存管理以及应用接口的设计作了简要的分析。其中，LwIP协议栈高效的内存管理机制是该协议栈设计的精髓所在。紧接着对μC/OS—Ⅱ的特点和内核机制进行了一个简要的介绍，然后阐述了μC/OS—Ⅱ在华恒MCF52235EVB上的移植过程和LwIP在μC/OS—Ⅱ系统上的移植过程，在上述基础上设计并完成了一个基于LwIP的串口—以太网协议转换器，包括基于LwIP的Webserver的实现，串口—以太网协议转换器功能模块的实现，转换器在线配置功能的实现。最后在文章的测试章节中对μC/OS—Ⅱ和LWIP的移植进行了验证，证明了移植的正确性，同时也对转换器的功能进行了验证，结果表明该转换器能在串口设备和网络设备之间进行简单的数据传输。

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文摘

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论文说明：图表目录

声明

第一章 绪论

1.1 TCP／IP协议栈在嵌入式领域的发展

1.2几种开源TCP／IP协议栈的比较

1.3论文的选题意义及框架

1.3.1本文的选题意义

1.3.2本文的框架

1.4小结

第二章 LwIP协议栈的介绍

2.1 LwIP协议栈的框架

2.2 LwIP协议栈的实现方法

2.3 LwIP协议栈的进程模型

2.4 LwIP协议栈的内存管理

2.4.1嵌入式TCP／IP协议栈对内存管理的要求

2.4.2 LwIP协议栈中pbuf介绍

2.4.3 LwIP内存管理的实现

2.5 LwIP协议栈的接口设计

2.5.1应用程序接口

2.5.2底层网络的接口

2.6小结

第三章 μC／OS-Ⅱ的特点以及在MCF52235上的移植

3.1 μC／OS-Ⅱ操作系统的介绍

3.2硬件平台 华恒MCF52235EVB

3.3硬件抽象层的实现

3.4 μC／OS-Ⅱ在MCF52235平台上的移植

3.4.1 OS_CPU.H

3.4.2 OS_CPU_C.C

3.4.3 OS_CPU_A.ASM

3.5小结

第四章 LwIP在μC／OS-Ⅱ平台上的移植

4.1操作系统模拟层的移植

4.1.1准备工作

4.1.2信号量与邮箱操作函数的实现

4.1.3线程与超时函数的实现

4.1.4临界保护函数的实现

4.2 LwIP底层接口的初始化

4.2.1 LwIP的初始化流程

4.2.2抽象层网络设备的初始化

4.2.3快速以太网控制器的初始化

4.2.4数据接收线程与发送线程

4.3小结

第五章 基于LwIP的串口-以太网转换器的实现

5.1嵌入式Web server的设计

5.1.1 HTTP协议的介绍

5.1.2通用网关接口CGI

5.1.3嵌入式Web server的实现

5.2串口-以太网协议转换器的设计

5.2.1 UART驱动的编写

5.2.2转换器软件设计

5.2.3转换器在线配置功能的实现

5.3小结

第六章 LwIP移植后的性能测试

6.1 μC／OS-Ⅱ移植测试

6.2 LwIP移植到μC／OS-Ⅱ平台后的性能测试

6.3基于LwIP的串口以太网协议转换器的性能测试

6.4小结

第七章 总结与展望

7.1总结

7.2展望

致谢

参考文献

个人简历及在学期间取得的研究成果