單片機(jī)TCP/IP是在單片機(jī)上運(yùn)行的TCP/IP協(xié)議棧。 由于嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備越來越多，需要在嵌入式設(shè)備上實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧，但嵌入式設(shè)備與PC不同，通常采用MCU (即單片機(jī))而不是CPU作為核心處理器這需要在單片機(jī)上實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧。 對于高端32位單片機(jī)，由于其性能已接近低端PC的CPU (如奔騰ii系列)，與在PC上實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧沒有太大區(qū)別； 本文主要描述低端的8位(例如，51位)、16位單片機(jī)TCP/IP協(xié)議棧。
中文名稱
單片機(jī)TCP/IP
外語名稱
danpianjiTCP/IP
特長
程序存儲區(qū)域和外部RAM區(qū)域沒有什么特征
速度慢
協(xié)議棧
eCos單片機(jī)TCP/IP協(xié)議棧
協(xié)議棧
ZLIP51單片機(jī)TCP/IP協(xié)議棧
單片機(jī)TCP/IP單片機(jī)TCP/IP的特點
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在單片機(jī)上實現(xiàn)TCP/IP和在PC上實現(xiàn)TCP/IP是不同的。 參照《TCP/IP1單片機(jī)上的實現(xiàn)特點和方法》，可以看出其特征如下。
1 .速度慢：本文介紹，12M晶振的51單片機(jī)最快網(wǎng)絡(luò)傳輸速度為25KB/s。 重要的是，TCP/IP需要每個傳輸字節(jié)的校驗和計算和所需的副本。 這樣就不夠51單片機(jī)的處理速度了。 提高單片機(jī)TCP/IP速度的常用方法是簡化協(xié)議棧。
2 .程序存儲空間和外部RAM空間不大：一般單片機(jī)最大程序和數(shù)據(jù)空間為64KB。 TCP/IP協(xié)議通常需要緩存發(fā)送的數(shù)據(jù)，但最大的數(shù)據(jù)包為1500B左右，網(wǎng)絡(luò)速度較大時內(nèi)存消耗較大。 非嵌入式TCP/IP協(xié)議棧缺少64KB的程序和數(shù)據(jù)空間。
3 .單片機(jī)架構(gòu)： 51單片機(jī)是8位機(jī)，如果需要完成相同的數(shù)據(jù)操作，32位PC機(jī)可能只需要10條指令，而51單片機(jī)
單片機(jī)TCP/IP現(xiàn)有單片機(jī)TCP/IP協(xié)議棧
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TCP協(xié)議棧的手續(xù)流程很復(fù)雜，需要處理對方發(fā)來的數(shù)據(jù)和連接，不知道對方什么時候做什么操作，導(dǎo)致協(xié)議處理變得復(fù)雜。 另一個原因是單片機(jī)TCP/IP協(xié)議棧的穩(wěn)定性是一個非常重要的問題，穩(wěn)定的協(xié)議棧在實際應(yīng)用中需要長時間的測試，因此穩(wěn)定的單片機(jī)TCP/IP協(xié)議棧為此，另一個選擇是使用現(xiàn)有的TCP/IP協(xié)議棧。
1. eCos單片機(jī)TCP/IP協(xié)議棧： eCos TCP/IP棧涉及與eCos操作系統(tǒng)/內(nèi)核一起工作。 eCos (和TCP/IP堆棧)通過大量處理其結(jié)構(gòu)得到支持。 eCos TCP/IP堆棧目前作為單獨的模塊發(fā)布測試版。
2. ZLIP 51單片機(jī)TCP/IP協(xié)議棧： ZLIP是專門為51單片機(jī)設(shè)計的嵌入式TCP/IP協(xié)議棧，可以在有操作系統(tǒng)的情況下運(yùn)行實現(xiàn)了TCP、UDP、ICMP、ARP協(xié)議，ZLWeb實現(xiàn)了HTTP協(xié)議。 支持同時運(yùn)行多TCP連接、多UDP連接，支持在uc/os-II操作系統(tǒng)上通過多任務(wù)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 可用于51單片機(jī)TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)解決方案。
3. uc/ip單片機(jī)TCP/IP協(xié)議棧3360UC/IP(Mew-kip )是一種旨在對其進(jìn)行控制的TCP/IP協(xié)議棧。 代碼基于BSD，但與所有其他堆棧相似。 但是，非常小的覆蓋功能正在減少。 目前為Linux和DOS目標(biāo)構(gòu)建。
4. BSD單片機(jī)TCP/IP協(xié)議棧： BSD棧歷史上是其他業(yè)務(wù)棧的起點，有很多專門的TCP/IP棧，如帶Wind-River VxWorks內(nèi)核的這是因為BSD在BSD許可協(xié)議下提供了他們的堆棧。 這些許可證允許您以修改或未修改的形式合并代碼，而無需向作者支付特許權(quán)使用費(fèi)。 與GPL許可證相比，合并GPL源代碼時，后者要求GPL公開源代碼。
5. lwIP單片機(jī)TCP/IP協(xié)議棧： lwIP (輕量級) TCP/IP棧是TCP/IP協(xié)議棧的小型實現(xiàn)。 包括具有IP和ICMP的TCP和UDP傳輸層。 還提供了可選的BSD插座API。 為了性能，還包括qkdcg。 LwIP協(xié)議棧是為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的，適用于40KB的ROM和數(shù)百字節(jié)的RAM。 為了可移植性，用c寫的。
6. uIP單片機(jī)TCP/IP協(xié)議棧： uIP是專門為8位和16單片機(jī)設(shè)計的非常小的TCP/IP協(xié)議棧。 uIP完全用c編寫，可以移植到各種結(jié)構(gòu)和操作系統(tǒng)中。 編譯的堆?？梢栽趲浊ё止?jié)rom或幾百字節(jié)的RAM上運(yùn)行。 uIP還包括HTTP服務(wù)器作為服務(wù)內(nèi)容。
7. TinyTCP單片機(jī)TCP/IP協(xié)議棧： TinyTCP棧是TCP/IP非常小的簡單實現(xiàn)，包括FTP客戶。 TinyTCP旨在烤ROM，似乎對大端結(jié)構(gòu)很有用(初始目標(biāo)是68000芯片)。 TinyTCP還包括用于3Com多總線卡的簡單以太網(wǎng)驅(qū)動器。
8. WATTCP單片機(jī)TCP/I
P協(xié)議棧：WATTCP是為嵌入基于DOS的系統(tǒng)而設(shè)計的一個小型TCP/IP棧。它包括一個Real Mode DOS版本和另一個32位擴(kuò)展環(huán)境版本。
單片機(jī)TCP/IP如何使用單片機(jī)TCP/IP協(xié)議棧
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用戶在拿到一個單片機(jī)TCP/IP協(xié)議棧以后該如何處理呢。其中的處理分為兩個部分：上層接口和下層接口。
4. 1 上層接口
用戶使用單片機(jī)TCP/IP的目的實際非常明了，就是要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送，即從PC機(jī)(或者另一個單片機(jī))上傳送過來的數(shù)據(jù)能夠在本地單片機(jī)上接收，反之亦然。所以如果屏蔽底層的話，單片機(jī)TCP/IP協(xié)議棧就是一個傳輸數(shù)據(jù)的手段。所以最后歸結(jié)到了使用send()、recv()函數(shù)即可。這就是使用單片機(jī)TCP/IP協(xié)議棧的核心所在。
但是事實上并沒有這么簡單，因為對于TCP需要有發(fā)起連接、接受連接、發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)、關(guān)閉連接等操作以配合數(shù)據(jù)的傳輸。TCP/IP協(xié)議棧一般為用戶提供如下的接口：
1． 初始化協(xié)議棧和釋放協(xié)議棧的函數(shù)接口，類似Init(), Release()之類的函數(shù)。
2． 提供類似BSD socket的socket, sendto, recvfro, connect, bind, listen, accept, send, recv, closesocket, shutdown, getpeername, getsockname, htonl, htons, ntohl, ntohs, inet_addr,inet_ntoa,ioctlsocket,setsockopt, getsockopt,select等API函數(shù)，用戶調(diào)用此類函數(shù)進(jìn)行發(fā)起連接、接受連接、發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)、關(guān)閉連接等操作。
3． 接受連接、接收數(shù)據(jù)、被動關(guān)閉的處理：由于此類操作是上位機(jī)發(fā)起的，所以TCP/IP協(xié)議棧必須提供一套機(jī)制來處理此類事件的發(fā)生。一般來說有兩種方法：
a) 主動等待：例如使用BSD的recv()函數(shù)等待數(shù)據(jù)的到來。
b) 回調(diào)機(jī)制：采用類似MFC的OnReceive()函數(shù)的回調(diào)機(jī)制，也即是說在接收到數(shù)據(jù)的時候會自動調(diào)用OnReceive()函數(shù)。
那么用戶如何使用以上的接口來實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集呢？方法很簡單。
例如如果需要實現(xiàn)一個對LED燈的亮和滅的遠(yuǎn)程控制應(yīng)用。首先PC機(jī)使用TCP/IP發(fā)送工具例如SocketDlgTest程序發(fā)送一個字節(jié)的“1”到開發(fā)板(根據(jù)開發(fā)板的IP地址發(fā)送)。開發(fā)板在OnReceive函數(shù)中發(fā)現(xiàn)收到的是“1”，那么就通過P1端口將燈打開；反之如果收到的是“0”則將燈熄滅。
如果是實現(xiàn)一個遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用，例如定時進(jìn)行溫度采集。首先PC機(jī)使用SocketDlgTest程序等待發(fā)來數(shù)據(jù)。開發(fā)板每隔一段時間采集一個數(shù)據(jù)，然后通過send()函數(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機(jī)(根據(jù)PC機(jī)的IP地址發(fā)送)，這樣PC就接收到了當(dāng)前的遠(yuǎn)程溫度數(shù)據(jù)。
4. 1 下層接口
下層接口是一個比較復(fù)雜的部分，實際上是TCP/IP協(xié)議棧和底層硬件的對接問題。如果用戶將TCP/IP協(xié)議棧移植到自己的單片機(jī)系統(tǒng)上。由于硬件上存在一定的差異，就需要修改底層代碼。這里需要包括：
1．網(wǎng)卡驅(qū)動：如果TCP/IP協(xié)議棧已經(jīng)提供了網(wǎng)卡驅(qū)動，并且驅(qū)動和用戶使用的網(wǎng)卡芯片一樣，那么就相對容易一些。這里只需要修改網(wǎng)卡的基地址即可。否則需要自己動手寫驅(qū)動程序。如果網(wǎng)卡采用RTL8019AS可以參考老古開發(fā)網(wǎng)的單片機(jī)與TCP/IP網(wǎng)絡(luò)。如果網(wǎng)卡采用CS8900，可以參考《嵌入式 TCP/IP 協(xié)議單片機(jī)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)通信中的應(yīng)用》
2．TCP/IP底層接口。一般單片機(jī)TCP/IP需要底層為其提供定時中斷、網(wǎng)卡中斷處理的入口。底層需要做相應(yīng)的處理。