科学技术与工程
６卷
嵌入式TCP/IP 协议栈在DSP 上的实现
倪秀胜
（成都理工大学“地球深测与信息技术“教育部重点实验室，成都６１００５９）
摘要介绍了ＴＭＳ３２０Ｃ５４０２芯片与ＲＴＬ８０１９ＡＳ互联网控制器的硬件接口电路的设计，实现了一个运行在ＴＭＳ３２０Ｃ５４０２上的
小型嵌入式ＴＣＰ／ＩＰ协议栈。对ＴＣＰ／ＩＰ协议中的ＩＰ协议、ＡＲＰ协议、ＵＤＰ协议、ＩＣＭＰ协议进行分析，完成了基于ＴＣＰ／ＩＰ协议的嵌入式网络系统。关键词
ＤＳＰ嵌入式ＴＣＰ／ＩＰＲＴＬ８０１９ＡＳ中图法分类号ＴＮ９１５．０４ＴＭ７８；
文献标识码
Ａ
２００６年６月１９日收到
作者简介：倪秀胜，男，（１９８１—），成都理工大学信息工程学院２００４级研究生，研究方向：信号与信息处理。Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｅｃｏｄｅｒｎｅｅ＠ｙａｈｏｏ．
ｃｏｍ．ｃｎ
第６卷第２０期２００６年１０月
１６７１－１８１５（２００６）２０－３３４８－０３科学技术与工程
ＳｃｉｅｎｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ．６Ｎｏ．２０Ｏｃｔ．２００６
２００６Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｎｇ．ｃ
图１
嵌入式ＴＣＰ／ＩＰ协议实现的硬件接口
随着嵌入式系统应用范围的不断扩展和网络应用的日益普及，使得以单片机和ＤＳＰ等微处理器为核心的嵌入式系统对接入网络的需求日益增加，例如具有远程抄表功能的电表、水表系统、移动电话、家用电器、汽车等。ＴＣＰ／ＩＰ协议是被广泛支持的一种网络协议，已成为因特网上的事实标准之一。本文采用ＴＩ公司的ＴＭＳ３２０５４０２ＤＳＰ芯片和Ｒｅａｌｔｅｋ公司的ＲＴＬ８０１９ＡＳ网卡的硬件接口电路，利用ＤＳＰ控制互联网网卡控制器进行数据传输，嵌入ＴＣＰ／ＩＰ协议连接到互联网。
１ＴＣＰ／ＩＰ协议分析
ＴＣＰ是ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＰｒｏｔｏｃｏｌ的缩写，ＩＰ
是ＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ的缩写。它们是使计算机能互相
通信的一组协议中的两个重要协议，通常就用ＴＣＰ／ＩＰ来代表这一组协议。
一般认为ＴＣＰ／ＩＰ为四层协议，如表１所示。
嵌入式系统是为完成某种特定的功能而实际的专用系统，其资源是有限的，嵌入式系统不要求也不可能实现所有的ＴＣＰ／ＩＰ协议，需要对其进行选
择。一般在嵌入式系统中实现的ＴＣＰ／ＩＰ的协议都是面向数据采集和传输的，所以大部分都是ＩＰ协议、
ＡＲＰ协议、ＩＣＭＰ协议、ＵＤＰ协议或者ＴＣＰ协议。
２硬件设计
硬件电路接口框图如图１所示：
微处理器采用了ＴＩ公司的ＴＭＳ３２０Ｃ５４０２数字信号处理器。它采用了饿改进的哈佛结构，工作速率达到了１００ＭＩＰＳ，有很大的存储空间，是一款具有极高性价比的通信及控制领域的芯片。
互联网控制芯片采用了Ｒｅａｌｔｅｋ公司的
ＲＴＬ８０１９ＡＳ，其支持Ｅｔｈｅｒｎｅｔ２和ＩＥＥＥ８０２．３标准，支持８／１６位数据总线；内置１６Ｋ字的ＳＲＡＭ；全双工，收
发同时达到１０Ｍｐｂｓ；支持ＢＮＣ、ＡＵＩ、ＵＴＰ介质。
它实现了互联网媒质访问层（ＭＡＣ）和物理层的全部功能。ＲＴＬ８０１９ＡＳ通过ＣＲ寄存器中ＰＳ０和ＰＳ１位将寄存
表１ＴＣＰ／ＩＰ互联网协议
层主要协议
应用层ＦＴＰ、ＴＥＬＥＴ、ＳＭＴＰ、ＳＮＭＰ、ＨＴＴＰ
传输层ＴＣＰ、ＵＤＰ
网络层ＩＰ、ＡＲＰ、ＲＡＲＰ、ＩＧＭＰ、ＩＣＭＰ
物理层
互联网ＭＡＣ
通信技术
倪秀胜：嵌入式ＴＣＰ／ＩＰ协议栈在ＤＳＰ上的实现２０期图２
嵌入式ＴＣＰ／ＩＰ协议处理流程图
器分为４页。每页包含１６个寄存器，００Ｈ到１ＦＨ为各种寄存器的地址，１０Ｈ到１７Ｈ为远端ＤＭＡ端口，１８Ｈ到１ＦＨ为复位端口（相对网卡Ｉ／Ｏ起始地址）。
ＴＭＳ３２０Ｃ５４０２对ＲＴＬ８０１９ＡＳ的控制就是对寄存器编
程。这里要注意的是ＴＭＳ３２０Ｃ５４０２和ＲＴＬ８０１９ＡＳ工作电压不匹配，它们之间需要通过电平转换。
译码电路采用Ａｌｔｅｒａ公司生产的低功耗ＣＰＬＤ器件ＥＰＭ７１２８，由于该ＣＰＬＤ既能工作在ＴＴＬ电平，也能工作在ＣＭＯＳ电平，所以它能起到电平转换的功能。
３软件设计
由于ＤＳＰ的资源有限，所以网络协议根据嵌入
式应用进行了裁减。本设计中实现了ＡＲＰ、ＩＰ、ＵＤＰ等部分协议，既保证了基于ＤＳＰ的嵌入式系统能接入互联网，又不占用过多的系统资源。
ＤＳＰ通过ＲＴＬ８０１９ＡＳ从网络上接收数据帧后，
由网络接口控制程序将之读入缓冲区，检查协议类型字段，以确定使用哪种协议模块来处理此分组，若格式错误，则丢弃此分组，协议处理流程如图２所示。下面分４层介绍所完成的嵌入式ＴＣＰ／ＩＰ协议。
物理层：由于对ＲＴＬ８０１９ＡＳ的控制就是对它的寄存器编程，因此该部分主要完成互联网控制器的复位，寄存器初始化，并设置ＲＴＬ８０１９ＡＳ的工作方式、中断响应、ＤＭＡ通道接收缓冲区等。
网络层：主要实现ＩＰ协议和ＡＲＰ协议。当ＤＳＰ解手到正确的互联网数据包以后，首先对其判断。如果是ＡＲＰ请求，则发送一个ＡＲＰ应答：如果是ＡＲＰ应答，则把对方的ＩＰ地址和互联网地址放到ＡＲＰ缓存中；如果是ＩＰ包，首先判断其版本号、数据长度、目的地址，检验和是否正确，再根据ＩＰ首部的协议类型字段交给响应的上层协议处理。网络层的另外一个功能是对来自传输层的数据打包，加上２０字节的ＩＰ首部，正确设置源ＩＰ地址和目的ＩＰ地址、协议类型、计算检验和，交给下面的物理层发送。这里需要注意的是，在ＰＣ机中的ＩＰ数据包，当它的长度超过了
ＭＴＵ时，允许对其分段；在ＤＳＰ中，则不支持ＩＰ数据
包分段。ＩＣＭＰ协议负责传递差错报文以及其它需要注意的信息，且由ＩＣＭＰ首部８位的类型字段和８位的代码字段决定信息的种类。
传输层：ＵＤＰ协议是一种面向无连接的不可靠的协议。该部分实现对输入包的处理，判断其端口
号、检验和是否正确。正确则将其交给相应端口的应用程序，不正确则丢弃；对从应用程序接收到的输出包，设置响应的源端口号和目的端口号，再交给ＩＰ层发送。
应用层：对来自互联网的数据进行处理，并发送数据到互联网实现双向通信。
４结论
本文通过ＤＳＰ与互联网控制器ＲＴＬ８０１９ＡＳ的硬
件接口的设计及编程，使ＤＳＰ实现了基于互联网的
ＴＣＰ／ＩＰ通信，从而使基于ＤＳＰ的嵌入式系统可以通
过网络互联，并可以实时地与计算机进行通信，进行大数据量的处理和控制。
参
考文献
１［美］ＰｅｔｅＬｏｓｈｉｎ，刘谦，苏建平，王亚军，等译．ＴＣＰ／ＩＰ透彻理解．北京：电子工业出版社，２００３
２戴明桢，周建江．ＴＭＳ３２０Ｃ５４ＸＤＳＰ结构、原理及应用．北京：北京航空航天大学出版社，２００２
３
ＲｅａｌｔｅｋＳｅｍｉ－ＣｏｎｄｕｃｔｏｒＣｏ．ＬＴＤ．ＲＴＬ８０１９ＡＳ．
１９９６
３３４９
科学技术与工程６卷
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＥｍｂｅｄｄｅｄＴＣＰ／ＩＰＰｒｏｔｏｃｏｌｂｙＤＳＰ
ＮＩＸｉｕｓｈｅｎｇ
（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＧｅｏｐｈｓｉｃｓ＆ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅＥｄｕｃａｔｉｏｎＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＰ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ，
ＣｈｅｎｇｄｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００５９）
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］
ＴｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｈａｒｄｗａｒｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｂｅｔｗｅｅｎＴＭＳ３２０Ｃ５４０２ａｎｄＲＴＬ８０１９ＡＳｉｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，
ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄａｍｉｎｏｒｅｍｂｅｄｄｅｄＴＣＰ／ＩＰｐｒｏｔｏｃｏｌｗｈｉｃｈｗａｓｒｕｎｎｉｎｇｏｎｔｈｅＤＳＰｃｈｉｐｉｓｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ．ＢｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅＩＰｐｒｏｔｏｃｏｌ，ＡＲＰｐｒｏｔｏｃｏｌ，ＵＤＰｐｒｏｔｏｃｏｌ，ＩＣＭＰｐｒｏｔｏｃｏｌｅｔｃ．，ｔｈｅｅｍｂｅｄｄｅｄＴＣＰ／ＩＰｅｎｔｗｏｒｋ
ｓｙｓｙｅｍｗａｓａｃｈｉｅｖｅｄ．［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ＤＳＰ
ｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍ
ＴＣＰ／ＩＰ
ＲＴＬ８０１９ＡＳ
ＤｅｓｉｇｎｏｆａＧｅｎｅｒａｌＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＣｈａｒｇｉｎｇＤｅｖｉｃｅｆｏｒＮｉ－ＣｄＢａｔｔｅｒｙ
ＧＥＮＧＪｉｅｈｅｎｇ，ＷＡＮＧＺｈｕｌｉｎ，ＹＵＧｕａｎｇｊｕｎ
（ＭｉｓｓｉｌｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ＯｒｄｎａｎｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００００）
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ＡｓｙｓｔｅｍｏｆａｇｅｎｅｒａｌｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｃｈａｒｇｉｎｇｄｅｖｉｃｅｆｏｒＮｉ－Ｃｄｂａｔｔｅｒｙｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｏｒｅｄｕｃｅｖｏｌｕｍｅ
ａｎｄｗｅｉｇｈｔｏｆｔｈｅｃｈａｒｇｅｒ，ｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍａｄｏｐｔｓｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃｓｗｉｔｃｈｐｏｗｅｒｉｎｓｔｅａｄｏｆｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ，ａｎｄｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃｃｏｍｐｕｔｅｒ，
ｉｔｃａｎｃｈａｒｇｅ（３．６～２５）
ＶＮｉ－Ｃｄｂａｔｔｅｒｙｉｎｖａｒｉｏｕｓｓｐｅｅｄ．Ｔｈｅ
ｃｉｒｃｕｉｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｓｉｍｐｌｅ，ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓｎｉｍｂｌｅ，ａｎｄｉｔｉｓｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｔｏｕｓｅ．Ｉｔｉｓｆｉｔｔｏｂｅｕｓｅｄｕｎｄｅｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄｂａｔｔｅｒｙｕｓｅｄａｎｄｖａｒｉｏｕｓｍｏｄｅｌｓｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅ．［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］Ｎｉ－Ｃｄｂａｔｔｅｒｙｇｅｎｅｒａｌｃｈａｒｇｉｎｇｄｅｖｉｃｅｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃｐｏｗｅｒ
５结束语
本设计结构简单，应用范围广，克服了传统充
电器体积重量大，适用电池单一的缺点，并且可以根据需要，适当改变控制程序，实现恒流、脉冲及多种形式的充电电流。
参考文献
１沙占友，马洪涛，睢丙东，等．特种集成电源最新应用技术．北京：人民邮电出版社，２００２
２赵负图．电源集成电路手册．北京：化学工业出版社，２００２３
王鸿麟，钱建立，周晓军．智能快速充电器设计与制作．北京：科学出版社，１９９８
（上接第３３４７页）
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
３３５０