嵌入式系统/ARM技术中的TCP/IP协议栈在MSP430单片机上的实现
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2020-11-30
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嵌入式系统嵌入式系统/ARM技术中的技术中的TCP/IP协议栈在协议栈在MSP430单片机上单片机上
的实现的实现
摘 要：该文首先对嵌入式TCP/IP 协议栈进行了分析，接着详细剖析了嵌入式TCP/IP 协议栈移植到
MSP430F149芯片的过程，最后提出了嵌入式TCP/IP 系统的整体实现方案。 关键词：嵌入式系统；UIP；
移植；MSP430F149 引言 随着信息技术的不断发展，以及人们对日常生活舒适度、方便度要求的提
高，信息家电、智能仪表等产品越来越频繁的出现在我们的生活当中；人们也越来越热衷于把家电、仪表等设
备连接到Internet 中，从而可以方便、及时的对它们进行远程察看、远程控制。把这些设备接入Internet ，就需
要考虑TCP/IP 网络协
摘 要：摘 要：该文首先对嵌入式TCP/IP 协议栈进行了分析，接着详细剖析了嵌入式TCP/IP 协议栈移植到MSP430F149芯片的
过程，最后提出了嵌入式TCP/IP 系统的整体实现方案。
关键词：关键词：嵌入式系统；UIP；移植；MSP430F149
引言引言
随着信息技术的不断发展，以及人们对日常生活舒适度、方便度要求的提高，信息家电、智能仪表等产品越来越频繁的出
现在我们的生活当中；人们也越来越热衷于把家电、仪表等设备连接到Internet 中，从而可以方便、及时的对它们进行远程察
看、远程控制。把这些设备接入Internet ，就需要考虑TCP/IP 网络协议的实现。
MSP430 系列单片机是由TI 公司开发的16 位单片机，其突出特点是超低功耗，非常适合于各种功率要求比较低的场合，
该系列已经应用在智能仪表、医疗设备和保安系统等方面。本文给出了在MSP430F149 硬件平台上移植TCP/IP 协议的方案，
实现了终端设备到Internet 的接入。
嵌入式嵌入式TCP/IP 协议栈协议栈uIP
TCP/IP 是一个协议族，它是一个四层网络协议模型，分别包含应用层、传输层、网络层、网络接口层。应用层定义清晰
的会话过程，平常所用的协议如HTTP、FTP、SMTP、Telnet 等都属于应用层。传输层提供端对端的通信，该层协议有传输
控制协议(TCP) 和用户数据协议(UDP) 。网络层负责数据打包和逻辑寻址，这一层的协议有IP、ICMP、ARP 等协议。网络接
口层负责在源和目的节点间的线路上进行无差错的传送数据，并且具有流量控制等功能。
在嵌入式系统中，应用TCP/IP 协议是主要为了完成数据采集和数据传输，不需要实现网页浏览、文件传输等功能，同
时，MSP430 芯片也没有足够的空间资源实现所有的TCP/IP协议，所以在本文的方案中，采用了UIP TCP/IP 栈。它是瑞士计
算机科学院的Adam Dunkels 等开发的一种免费公开源代码的小型TCP/IP 协议栈，它专门为8 位和16 位MCU 编写。uIP 代码
的大小和RAM的需求比其它一般的TCP/IP 栈要小得多。
UIP实现了TCP/IP 协议组的四个基本协议：ARP(地址解析协议) ，IP(网际协议) ，ICMP(因特网信息控制协议) 和TCP(传
输控制协议) 。链路层协议例如PPP 等可以由UIP 下面的设备驱动实现；应用层协议例如HTTP、FTP、SMTP、Telnet 等可以
由uIP 之上的应用程序实现。
ARP 协议协议
ARP 协议把目标IP 地址解析为相应的以太网MAC 地址。当一个IP 包要在以太网上发出时，先查询ARP 表，找出包要发
送去的MAC 地址。如果在表里找不到对应的IP 地址，就会广播ARP 请求包，以获取给出IP 地址所对应的MAC地址。目的主
机收到请求包后发出一个ARP 回应包，给出自己的MAC 地址和IP 地址。
当ARP 表中没有对应的地址条目时，就会发送ARP 请求包时，同时该请求包会覆盖掉发出请求的IP 包，以节省储存器。
ARP 表每十秒更新一次。
IP 协议协议
UIP 的IP 协议主要负责验证输入包的IP 头的正确性，以及在ICMP 和TCP 之间复用数据包。IP 层没有实现数据包的分段
和重组，从而代码得到极大的简化。
ICMP 协议协议
ICMP 中echo 和echo reply 信息常常用在ping 程序里，以检查目的主机能否连通。在uIP 只实现echo 。在处理收到的
echo 信息时，只需要把ICMP 类型字段从“echo”类型改变到“echo reply”类型，调整ICMP 校验和，并互掉IP 数据包头里的目
的地址和源地址，把包发回到发送方。
TCP
为了减少储存器的使用，在UIP 里，TCP 不再实现发送和接收数据的窗口调整；不会缓存刚刚收到的TCP 段，而是立即
由应用程序处理，应用程序可以自己缓冲数据；在输出数据时，在每个连接只能有一个正在传输的TCP 段。
以上四个协议实现的过程中，极大的简化了代码和处理过程，节省了存储空间和缓存空间。
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