摘 要：分析嵌入式TCP／IP协议的选取原则，采用ARM芯片和网络接口控制芯片设计以太网接口，介绍ARM芯片对网络接口控制芯片的控制过程和TCP／IP协议栈处理数据包的流程，完成嵌入式TCP／IP系统的开发。该系统可以将数据按网络协议处理，实现数据的以太网传输。其是一套基于嵌入式实时操作系统的嵌入式网络软件开发平台，即在μC／OS—II的平台上，实现ARM微处理器的TCP／IP协议，在此平台之上，可以方便地进行嵌入式应用系统的开发a
关键词：ARM；嵌入式系统；TCP／IP；以太网

0 引 言
    以太网具有通用性强、技术成熟、带宽迅速增加等特性，工业控制领域出现嵌入式技术，尤其是ARM技术的发展和DSP在工业控制领域的广泛应用，利用嵌入式技术实现以太网通信已经不难见到。嵌入式实时操作系统接入网络后将使远程监测、远程控制、远程诊断和远程维护变得越来越容易。从根本上讲，嵌入式设备接入网络，当前基本采用基于TCP／IP的通信协议。该方案以LPC2210为核心元件研究基于ARM的嵌入式TCP／IP协议的实现的硬件电路，同时在μC／OS一Ⅱ平台上编写应用软件程序。下面对系统做详实的阐述，并重点介绍嵌入式实时操作系统μC／OS—II应用于TCP／IP时应进行合理的裁减。

1 系统硬件设计
    基于ARM的嵌入式TCP／IP网络通信系统主要包括ARM芯片和以太网控制器等芯片组成的以太网接口、驱动软件和嵌入式TCP／IP协议栈。硬件原理图如图1所示。

    该方案设计相对简单，硬件电路中采用的LPC2210是Philips公司推出的微处理器，带有16 KBRAM，76个通用I／O口，12个独立外部中断引脚，集成有8通道的10位A／D，能够基于芯片设计复杂的系统。虽然LPC2210具有较快的访问速度，但片内没有集成FLASH，所以这里扩展1片16 Mb FLASH SST39VFl60来保存用户程序。其架构满足μC／OS—II正常运行的基本要求。
    RTL8019AS是台湾Realtek半导体公司生产的以太网控制器，其性能包括：支持EthernetII和IEEE802．3标准；支持8／16位数据总线；内置16 KWord的SRAM；全双工，收发同时达到10 Mb／s；支持BNC，AUI，UTP介质。RTLS019AS可提供100脚的TQFP封装，减少了PCB面积，更适合于嵌入式系统。HR901170A是汉仁电子有限公司生产的RJ45接口连接器(带网络变压器／滤波器)，该连接器满足IEEES02．3和IEEE902．3ab标准，能够较好地抑制电磁干扰。通过HR901170A系统就可以连接到以太网上。

2 嵌入式协议的选择
    TCP／IP协议是一组不同层次上的多个协议的组合，通常被认为是一个包含链路层、网络层、传输层和应用层的4层协议系统，如图2所示。嵌入式系统是为完成某种特定的功能而设计的专用系统。嵌入式系统不要求(也不可能)实现所有的TCP／IP协议，所以嵌入式TCP／IP是对TCP／IP协议族进行选择而形成的协议集合。
    首先在链路层上，由于采用以太网的接入方式，系统必须实现IEEE802．3所规定的CDMA／CD(载波监听多路访问及冲突监测)协议，CDMA／CD协议不需用户实现，此协议只要采用通用的NIC(Network Interface Con—troller，网络接口控制)芯片就可支持。为了保证系统在以太网中的通信，系统还需实现ARP应答协议，该协议用于将IP地址映射成以太网MAC地址。ARP协议包括ARP请求和ARP响应两部分，系统与其他计算机通信，就必须要支持ARP响应。ARP请求在本地建立了一个IP地址到MAC地址的映射，保证了对外通信的有的放矢。RARP(逆地址解析)协议主要用于解决如何从MAC地址得到IP地址，主要用于无盘工作站中。在网络层，由于系统要求能够在Internet中进行通信，因此系统要实现IP协议。在TCP／IP协议族中，网络层协议包括IP协议(网际协议)、ICMP协议(Internet控制报文协议)以及IGMP协议(Internet组管理协议)等。IP协议是TCP／IP族的核心协议，它使异构网络之间的通信成为可能。因此RTU等系统数据跨越不同的网络进行传输就必须要实现IP协议。ICMP中规定了多种协议类型和代码，如果完全地实现也要耗费不少的系统资源，该嵌入式系统中，在ICMP协议中能够测试网络的连通情况即可。