w5500的以太网通讯接口的设计与实现
摘 要在计算机通信技术飞速发展的今天,以太网集成在嵌入式设备中,使之扮演了一个重要的角色在计算机之间。计算机之间互相连通已经跟普及，它们互相连通传送数据,统一管理。所以除了内部以太网连接，以太网也连接着嵌入式系统，并与其他设备连通传送数据。采用51单片机和W5500芯片构造的系统,使用简单易于实现。阐述了当前以太网技科技目前基础要领和以太网技术在嵌入式系统中的实际用途。并提供了以太网的实际用途模型，心脾描述了每个层次的网络协议。并利用芯片W5500的特征、内部寄存器用法,体现了W5500芯片和嵌入式处理器的接口设计和最低层接收发送程序编程思路。随后特殊对嵌入式系统要完成的以太网通信的最低标准,表述了某些一定要完成的基本网络协议例如TCP、UDP等协议的祯格式和最重要特征。摘 要 Ⅰ
目 录
ABSTRACT Ⅱ
第一章 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 同行研究概况 1
1.3 本文主要研究内容 2
第二章 以太网网络协议 4
2.1 以太网概述 4
2.2 网络协议概述 5
2.3 W5500和51单片机 6
2.4 IP协议 7
2.5 TCP/UDP协议 7
2.6 本章小结 9
第三章 硬件设计 10
3.1 51单片机电路 10
3.3 W5500芯片电路 10
3.3 W5500的主机接口 12
3.4 本章小结 12
第四章 软件设计 13
4.1 总体设计 13
4.2 TCP通信的实现 14
4.3 UDP通信的实现 17
4.4 本章小结 18
第五章 仿真与测试 19
5.1 TCP客户端模式通信的实现测试 19
5.2 UDP通信的实现测试 21
结束语 23
致 谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
现在厂家都在使用10Gbps传输，100gbps以太网也成了运营商的首选，把他作为做大效率的一种途径。随着广泛开展的各类宽带业务，如多组播放的视频、高分辨率电视和大型游戏使10G以太网技术被更加频繁的被使用。系统之间的串联使计算机之间都无缝相关，形成数据共享,一同被治理。除开PC机内部与以太网连接外，嵌入式系统要直接与以太网连接，形成大一统数据共享。
当前，嵌入式系统在因特网全部技术环节，以太网通讯是最常见的一种。在搭建局域网当面以太网非常方便。嵌入式系统研发与利用前景和商机都很大，相比嵌入式系统的研发和利用，无论什么时候都在以太网大时代中息息相关，但是两者的互相利用互相融合也是必不可少的。让嵌入式系统与以太网完成连接，让嵌入式系统慢慢成为以太网中的一个关键的单独单元，用户使用节点连接网络，传输数据便宜快捷[9]。因此为了帮助整个系统传输数据，就在嵌入式系统和以太网连接上面做了相应的调查，能带来很高的经济利益和现实意义。
1.2 同行研究概况?
1、在Android的终端设计中，通过杨威，高文华，《基于Android的智能家居终端设计与研究》的文章。了解到智能家居的基本特点和需求，方便了我对于智能家居进行研究。文章提出了基于Android操作系统进行远程控制的设计方案。通过在Android的系统框架，设计了家居设备的远程监控界面，从而远程控制家居[1]。
2、着重介绍了智能家居系统超前理念，阐述了其基本用途和发展趋势，解析了当前国内对智能家居的普及情况。把国内智能家居氛围几大类，作者也就目前发展趋势发表了自己的观点。同时也对几个核心论点进行了讨论，同时也对自己的疑问提出了建议[2]。??
3、W5500的网关的设计，从 Soochow大学的LF ZHOU 《基于NU M052和W5500数据采集网关的设计》了解到通过M052和智能数据网关W5500芯片进行远程数据采集的方案。ARM和W5500是硬件核心，通过TCP/IP协议实现远程数据传输。网关是专为多品种、小数据传输、格式转换和上传各种类型对采集终端通过无线传输数据的服务器。本文讨论了网关的硬件设计、裁剪TCP/IP协议和软件设计实现与调试工具，硬件测试，这是在与远程服务器通信协议的要求[3]。
4、对于Android的开发，从北京杨丰盛的教授《Android应用开发揭秘》的文章中了解Android的特性。这是国内第一本基于Android 编写的经典著做，文章详细介绍了Android组件、Android框架用户界面开发、网络开发等基础知识，而且还深入讲述了桌面组件开发、传感器、应用优化。最重要的一点的是还全面介绍了怎样通过C/C++等语言来开发Android应用软件。书中的每个知识点都有一个简洁明了的示例，通过对例子的了解，对于我们对软件的开发提供了很大的帮助[4]。
5、在这次设计中W5500是主要的模块，在吕越刚，刘浩，李子民的《w5500在风电机组的状态监控和远程通信中应用》讲述了W5500对于远程监控设计的运用。这设计是基于全硬件TCP/IP通信协议的w5500和32位数据处理器DSP的嵌入式以太网接口远程控制。W5500采用SPI总线硬件连接方式，能够实现数据的快速收发和传输，通过数据的传输远程获取设备的状态，从而进行基于W5500的远程监控[5]。
1.3 本文主要研究内容
本文通过对W5500的以太网通讯接口的研究，采取W5500以太网接口芯片，在嵌入式系统中实现TCP、UDP通讯的能力，完成嵌入式系统和以太网的相互串联，最终在W5500与单片机的开发板上完成硬件检测，以下几个部分将给与重点描述：
1、基于ARM的嵌入式系统平台及重要硬件的合成， 网络控制芯片的相关叙述、对其功能和工作原理分析，作出分别的介绍说明。
2、基于嵌入式系统网络协议的剖析，实际上就是让我们了解了TCP、UDP网络协议。
3、说明了嵌入式系统与以太网进行TCP、UDP的通信的实现方式。
4、制作嵌入式系统以太网通信模型并测评
第二章 以太网网络协议
2.1 以太网概述
当前局域网使用的协议标准是XEROX和INTEL两家公司制定的。以太网技术刚开始只是某个公司的试研究项目。1976，梅特卡夫和戴维伯格斯发表了一篇文章：局域计算机网络的分布式包交换技术”。分散式传送方式称为CSMA/CD（载波侦听多路访问）的碰撞测验，和符号的以太网的发明。以太网以100MB每秒传输，配合（CSMA/CD）控制访问使用。一开始10Mbps的以太网就被成为最标准的以太网，使用细同轴电缆、粗同轴电缆、非屏蔽双绞线、屏蔽双绞线和光纤等作为以太网传输的线缆[2]。带冲突检测的载波帧听多路访问机制是以太网的一种访问机制。以太网中节点中的信息都是透明可见的，所以，以太网被称之为广播网络。以太网工作流程如下：?
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ABSTRACT Ⅱ
第一章 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 同行研究概况 1
1.3 本文主要研究内容 2
第二章 以太网网络协议 4
2.1 以太网概述 4
2.2 网络协议概述 5
2.3 W5500和51单片机 6
2.4 IP协议 7
2.5 TCP/UDP协议 7
2.6 本章小结 9
第三章 硬件设计 10
3.1 51单片机电路 10
3.3 W5500芯片电路 10
3.3 W5500的主机接口 12
3.4 本章小结 12
第四章 软件设计 13
4.1 总体设计 13
4.2 TCP通信的实现 14
4.3 UDP通信的实现 17
4.4 本章小结 18
第五章 仿真与测试 19
5.1 TCP客户端模式通信的实现测试 19
5.2 UDP通信的实现测试 21
结束语 23
致 谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
现在厂家都在使用10Gbps传输，100gbps以太网也成了运营商的首选，把他作为做大效率的一种途径。随着广泛开展的各类宽带业务，如多组播放的视频、高分辨率电视和大型游戏使10G以太网技术被更加频繁的被使用。系统之间的串联使计算机之间都无缝相关，形成数据共享,一同被治理。除开PC机内部与以太网连接外，嵌入式系统要直接与以太网连接，形成大一统数据共享。
当前，嵌入式系统在因特网全部技术环节，以太网通讯是最常见的一种。在搭建局域网当面以太网非常方便。嵌入式系统研发与利用前景和商机都很大，相比嵌入式系统的研发和利用，无论什么时候都在以太网大时代中息息相关，但是两者的互相利用互相融合也是必不可少的。让嵌入式系统与以太网完成连接，让嵌入式系统慢慢成为以太网中的一个关键的单独单元，用户使用节点连接网络，传输数据便宜快捷[9]。因此为了帮助整个系统传输数据，就在嵌入式系统和以太网连接上面做了相应的调查，能带来很高的经济利益和现实意义。
1.2 同行研究概况?
1、在Android的终端设计中，通过杨威，高文华，《基于Android的智能家居终端设计与研究》的文章。了解到智能家居的基本特点和需求，方便了我对于智能家居进行研究。文章提出了基于Android操作系统进行远程控制的设计方案。通过在Android的系统框架，设计了家居设备的远程监控界面，从而远程控制家居[1]。
2、着重介绍了智能家居系统超前理念，阐述了其基本用途和发展趋势，解析了当前国内对智能家居的普及情况。把国内智能家居氛围几大类，作者也就目前发展趋势发表了自己的观点。同时也对几个核心论点进行了讨论，同时也对自己的疑问提出了建议[2]。??
3、W5500的网关的设计，从 Soochow大学的LF ZHOU 《基于NU M052和W5500数据采集网关的设计》了解到通过M052和智能数据网关W5500芯片进行远程数据采集的方案。ARM和W5500是硬件核心，通过TCP/IP协议实现远程数据传输。网关是专为多品种、小数据传输、格式转换和上传各种类型对采集终端通过无线传输数据的服务器。本文讨论了网关的硬件设计、裁剪TCP/IP协议和软件设计实现与调试工具，硬件测试，这是在与远程服务器通信协议的要求[3]。
4、对于Android的开发，从北京杨丰盛的教授《Android应用开发揭秘》的文章中了解Android的特性。这是国内第一本基于Android 编写的经典著做，文章详细介绍了Android组件、Android框架用户界面开发、网络开发等基础知识，而且还深入讲述了桌面组件开发、传感器、应用优化。最重要的一点的是还全面介绍了怎样通过C/C++等语言来开发Android应用软件。书中的每个知识点都有一个简洁明了的示例，通过对例子的了解，对于我们对软件的开发提供了很大的帮助[4]。
5、在这次设计中W5500是主要的模块，在吕越刚，刘浩，李子民的《w5500在风电机组的状态监控和远程通信中应用》讲述了W5500对于远程监控设计的运用。这设计是基于全硬件TCP/IP通信协议的w5500和32位数据处理器DSP的嵌入式以太网接口远程控制。W5500采用SPI总线硬件连接方式，能够实现数据的快速收发和传输，通过数据的传输远程获取设备的状态，从而进行基于W5500的远程监控[5]。
1.3 本文主要研究内容
本文通过对W5500的以太网通讯接口的研究，采取W5500以太网接口芯片，在嵌入式系统中实现TCP、UDP通讯的能力，完成嵌入式系统和以太网的相互串联，最终在W5500与单片机的开发板上完成硬件检测，以下几个部分将给与重点描述：
1、基于ARM的嵌入式系统平台及重要硬件的合成， 网络控制芯片的相关叙述、对其功能和工作原理分析，作出分别的介绍说明。
2、基于嵌入式系统网络协议的剖析，实际上就是让我们了解了TCP、UDP网络协议。
3、说明了嵌入式系统与以太网进行TCP、UDP的通信的实现方式。
4、制作嵌入式系统以太网通信模型并测评
第二章 以太网网络协议
2.1 以太网概述
当前局域网使用的协议标准是XEROX和INTEL两家公司制定的。以太网技术刚开始只是某个公司的试研究项目。1976，梅特卡夫和戴维伯格斯发表了一篇文章：局域计算机网络的分布式包交换技术”。分散式传送方式称为CSMA/CD（载波侦听多路访问）的碰撞测验，和符号的以太网的发明。以太网以100MB每秒传输，配合（CSMA/CD）控制访问使用。一开始10Mbps的以太网就被成为最标准的以太网，使用细同轴电缆、粗同轴电缆、非屏蔽双绞线、屏蔽双绞线和光纤等作为以太网传输的线缆[2]。带冲突检测的载波帧听多路访问机制是以太网的一种访问机制。以太网中节点中的信息都是透明可见的，所以，以太网被称之为广播网络。以太网工作流程如下：?
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