基于嵌入式TCP／IP软件体系结构的优化设计与实现

嵌入式系统中的芯片设计与实现嵌入式系统是一种专门设计的计算机系统，它能够完成特定的功能并以可控的方式与其他系统交互。

嵌入式系统通常具有小型化、低功耗、高可靠性和实时性等特点，因此被广泛应用于汽车电子、医疗设备、智能家居、工业控制等领域。

而芯片则是嵌入式系统的核心组成部分，其设计和实现的质量直接影响着整个系统的性能和稳定性。

本文将从芯片设计的基础知识、常用工具、设计流程和实现技巧等方面，为读者介绍嵌入式系统中的芯片设计与实现。

一、芯片设计的基础知识芯片设计需要掌握的基础知识包括模拟电路、数字电路、计算机体系结构和嵌入式系统原理。

其中，模拟电路主要涉及到电压、电流、电阻等物理量，需要掌握放大器、滤波器、运算放大器等基本电路的设计和分析方法。

数字电路则是以二进制逻辑运算为基础，涉及到逻辑门、寄存器、计数器、存储器等数字电路的设计和分析方法。

计算机体系结构是嵌入式系统的核心，需要掌握CPU、存储器、总线以及相关的编程语言和开发环境。

嵌入式系统原理则强调对应用场景的理解和特定解决方案的设计，需要掌握具体的硬件和软件实现方法。

二、常用芯片设计工具芯片设计通常需要使用电路仿真、绘图和物理设计等工具。

电路仿真工具能够帮助芯片设计师模拟电路的工作状态和性能，常用的仿真工具有SPICE、PSPICE、HSPICE等。

绘图工具主要用于绘制原理图、布局和连线图，常用的工具有Altium Designer、OrCAD、PCB Artist等。

物理设计工具则是将电路布局转换为物理结构，包括各层电路的布局和相对位置等，常用的工具有Virtuoso Layout Suite、Cadence 等。

三、芯片设计流程芯片设计流程一般包括芯片规格确认、电路设计、验证和测试等步骤。

首先，需要对芯片的规格进行详细的确认，包括输入输出接口、运算速度、功耗和封装方式等方面。

其次，进行电路设计，包括电路原理图绘制、电路布局和连线的确定等工作。

设计完成后，需要进行仿真验证，以确保电路的功能、性能和稳定性。

摘要论文主要介绍了基于ARM9的嵌入式Web服务器Boa的软、硬件设计及其实现，其中硬件部分的核心是三星的S3C2410X为处理器。

最后成果形式为可以远程访问的WebServer嵌入式服务器。

Boa是一款单任务的HTTP服务器。

与其他传统的Web服务器不同的是当有连接请求到来时,它并不为每个连接单独创建进程, 也不通过复制自身进程来处理多链接。

而是通过建立HTTP请求列表来处理多路HTTP连接请求。

同时它只为CGI程序创建新的进程,这样就在最大程度上节省了系统资源,这对嵌入式系统来说至关重要。

同时它还具有自动生成目录、自动解压文件等功能。

因此, Boa在嵌入式系统中具有很高的应用价值。

关键词:ARM；Linux；嵌入式Web服务器；CGIThis paper has mainly developed the software hardware design and realization of the embedded Web server Boa based on ARM. And the core of the hardware part is S3C2410X microprocessor produced by Samsung . The final achievement is the embedded webserver which can remote visit. Boa is a single-tasking HTTP server. That means that unlike traditional webservers, it does not fork for each incoming connection, nor does it fork many copies of itself to handle multiple connections. It internally multiplexes all of the ongoing HTTP connections. And forks only for CGI programs, this is very important to embedded system. At the same time, it also has the function of automatic directory generation、automatic file gunzipping and so on. So Boa is of highly value in the embedded system application.Keywords: ARM；Linux；Embedded Web server；CGI摘要 (1)Abstract (2)目录 (3)第一章引言 (5)第二章课题背景 (6)2.1 嵌入式系统简介 (6)2.2 嵌入式系统和Linux (6)2.3 ARM9硬件平台 (7)2.3.1 ARM简介 (7)2.3.2 JXARM9-2410 ARM嵌入式教学实验系统 (8)第三章嵌入式Web服务器 (9)3.1 概述 (9)3.2 Web服务器原理 (9)3.3 嵌入式Web服务器实现原理 (9)3.3.1 TCP/IP协议 (9)3.4 嵌入式Web服务器Boa (10)3.4.1 Boa概述 (10)3.4.2 Boa的功能实现 (11)第四章CGI技术 (12)4.1 CGI概述 (12)4.2 CGI工作原理 (12)第五章建立嵌入式系统开发环境 (14)5.1 在Vmware下安装Redhat 9.0 (14)5.2 编译配置主机开发环境 (18)5.2.1 配置以太网 (18)5.2.2 安装配置tftp服务器 (19)5.2.3 配置防火墙 (21)5.2.4 配置NFS服务器 (22)5.3 JXARM9-2410中U-boot烧写 (22)5.3.1 u-boot的功能 (22)5.3.2 使用ADT IDE烧写u-boot (23)第六章系统功能的实现 (25)6.1 GCC简介 (25)6.1.1 GCC概述 (25)6.1.2 GCC基本用法 (25)6.2 Linux内核移植 (26)6.2.1 Linux内核源代码的安装 (26)6.2.2 Linux交叉编译环境的建立和使用 (27)6.2.3 Linux内核的配置和编译 (27)6.3 加载Linux内核映像 (30)6.4 Boa Web服务器的移植 (31)6.4.1 Boa Web服务器的建立 (31)6.5 Linux下动态Web页面的实现 (32)6.5.1 CGI程序分析 (32)6.5.2 Form输入的分析和解码 (34)第七章系统功能的测试 (36)7.1 测试Web服务器 (36)7.2 动态Web页面测试 (37)结束语 (40)致谢 (41)参考文献 (42)附录 (43)第一章引言随着计算机技术的发展，嵌入式系统已成为计算机领域的一格重要组成部分。

基于RFID的嵌入式系统设计与实现作者：阮胜利来源：《电子世界》2013年第02期一、RFID技术概述RFID是Radio Frequency Identifi-cation的缩写，即自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，对目标加以识别并获取相关数据。

射频识别的主要核心部件是读写器和电子标签，电子标签可以接收相距几厘米到几米距离内的读写器发射的无线电波，而读写器可以读取电子标签内存储的信息，识别电子标签代表的物品、人和器具的身份。

射频识别技术具有很多突出的优点：RFID可工作于各种恶劣环境，不需要人工干涉，不需要直接接触，不需要光学可视即可完成信息的输入和处理，可识别高速运动物体并且可以同时识别多个标签，操作快捷方便，实现了无源和免接触操作，应用便利，无机械磨损，寿命长；RFID的总体成本一直处在下降之中，越来越接近接触式IC卡的成本，甚至更低，这为其广泛，大规模的应用奠定了基础。

如果RFID技术能与电子供应链紧密联系，那么它很有可能在几年之内取代条形码扫描技术。

二、RFID技术基本模型描述射频识别的基本模型如图1所示。

其中，电子标签又称为射频标签、应答器、数据载体；阅读器又称为读出装置、扫描器、读头、通信器、读写器（取决于电子标签是否可以无线改写数据）。

电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间（无接触）耦合；在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据交换。

三、基于RFID的嵌入式系统设计与实现（一）系统功能本系统的最初设想是实现一个基于RFID的嵌入式系统，根据嵌入式的可裁剪，便携等特点实现一个手持式的，能够有效防碰撞的使若干近距离物体条件下也可以有效识别的RFID系统。

（二）系统应用方向的定位由于本系统的集成度较高，防碰撞效果较好，所以可应用范围很广，比如图书馆图书管理和借还书本的应用。

本系统可以方便图书馆管理员随时携带来捕捉书上的智能标签的信息，快速搜索图书，将书架上放乱的书管理归类；图书借还部分无需图书管理员介入，读者自行到自助借还书计算机处完成借还书手续。

嵌入式应用系统软件设计技术研究【摘要】随着市场经济的发展，计算机技术发展迅速，人们对应用系统的要求越来越高，嵌入式应用系统应运而生。

本文就嵌入式应用系统软件所拥有的主要特点和设计的思路进行了研究。

【关键词】嵌入式；应用系统；特点；设计；思路所谓嵌入式的应用系统就是指在应用系统的运行过程中，计算机系统不是作为其主要系统而存在，而只是将计算机系统作为整体应用系统中的一个重要的组成部分将其嵌入到整体的应用系统当中。

在比较简单的嵌入式的实时应用系统当中，利用一个简单无限循环的设计就能够实现最初的控制目的，不过随着时代的发展，计算机技术的不断进步，对应用系统的要求也在不断的提高，使得应用系统的体积在急剧的增长当中，应用系统程序设计的复杂程度也是与日俱增，相对简单的程序控制方法已经完全无法满足用户对其的需要，而嵌入式应用系统的出现则恰好的解决了这个难题。

1 嵌入式应用系统软件的特点嵌入式的应用系统相较于一般的应用系统而言有其特殊的地方，它拥有一些其他应用系统所不具备的特殊性质。

首先，嵌入式的应用系统相比较简单组合的应用系统而言体积要小许多。

在现代智能化的设备仪器当道的时候，生产商和用户对商品的体积和所需要花费的成本等因素要求更高，一般都要求将计算机的控制部分合理的安装在系统的内部，同时要求系统所占用的产品空间能够尽可能的小，保证有限的空间得到无限的利用，最大限度的提高产品的综合价值。

其次，嵌入式应用系统比一般的应用系统而言性价比相对比较高。

嵌入式的应用系统在开发的过程中需要的开发周期比较短，而性能却比开发周期长的一般应用系统要优越的多，使得具备嵌入式的应用系统的产品拥有比较好的性价比，这也是这类产品能够在市场上占据优势地位的关键之所在。

再次，嵌入式系统相比较一般的应用系统而言具有存储量相对较小的缺点。

因为嵌入式的应用系统一般是没有硬盘等类似的设备作为其储存数据的设备，而是用ROM或者Flash Memory作为其用来存储数据的介质，但Flash Memory一般来说价格都十分昂贵，而嵌入式的应用系统又被要求将其体积做成尽可能小的程度，使得嵌入式应用系统能够用来存储数据的容量十分的小。

基于嵌入式的智能家居系统设计与实现随着科技的不断进步，物联网技术得到了突飞猛进的发展。

智能家居是物联网技术的典型应用领域之一。

智能家居系统将独立家用电器、安防设备连接成一个具有思想的整体，实现家居设备的智能管理和远程监控。

本课题的嵌入式平台采用WinCE操作系统，硬件设备采用ARM10架构的Intel XScale270核心处理器的实验箱作为技术支撑。

系统设计与实现使用Keil、VS2005和Delphi三种集成开发工具实现代码的编写与调试。

软件部分主要涵盖硬件网关设备的WinCE操作系统相关功能设计、嵌入式设备平台服务端软件设计、计算机客户端应用软件的设计及家电控制端底层的设计。

智能家居系统与用户数据交互采用GSM系统，通过短信的方式实现。

家居设备之间的数据通信采用TCP/IP网络协议，建立三次握手机制，保证数据传输稳定可靠。

系统对WinCE系统内核进行裁剪定制，提高数据的处理能力。

在网关内设计开发用于WinCE系统的控制中心，即嵌入式服务端，实现硬件设备与软件系统数据握手通信。

计算机客户端的应用软件设计，即视频采集查阅软件，是基于Delphi可视化界面开发语言编写进行设计。

客户端应用软件用于异地及时通过视频画面掌握家居状态环境。

本课题基于嵌入式的智能家居系统的设计与实现，使用嵌入式平台作为核心控制器能够提高整个系统的稳定性，数据传输采用TCP/IP协议能够很好解决目前一些系统中存在的数据传输不稳定问题。

基于嵌入式的方式能够降低智能家居系统的成本，大大降低市场中由于智能家居价格较高无法普及现象，使智能家居能够走入普通百姓家中。

关键字：智能家居系统，物联网，嵌入式技术，WinCE系统，DelphiDesign and Implementation of Smart Home System Based onEmbedded SystemWith the constant progress of science and technology, Internet of things (IOT) technology develops by leaps and bounds. Smart home is one of the typical applications of IOT. Smart home system links home appliances and security equipment as a whole with the soul, implementing intelligent management and remote monitoring of the household equipment.In this project, the embedded platform adopts the WinCE operating system, and the hardware device uses an experiment box with Intel XScale270 core processor based on ARM10 architecture as the technical support. System design and implementation uses Keil, VS2005, and Delphi integrated development tools to edit and debug the codes. Software mainly covers the WinCE operating system function design of the hardware gateway device, platform server client software design of the embedded devices, the computer client application software design and the household appliance control bottom program design.Interaction of smart home system with the user uses GSM system with short message service. Data communications between household equipment adopts TCP/IP network protocol, setting up a three-way handshake mechanism, to ensure stable and reliable data transmission. The system truncates and customizes the WinCE system core to improve data processing ability. In the gateway, the control center for the WinCE system, namely embedded server, can be developed to realize the data communication between the hardware and software system. Computer client application software design, namely the video acquisition carried out based on Delphi visualization interface development language. The client application software is used in mastering the household environment timely by video images in the remote places. The design and implementation of intelligent Home Furnishing system based on embedded system, using the embedded platform as the core controller can improvethe stability of the whole system, data transmission using TCP/IP protocol can solve data transmission system exists the unstable problem. Embedded system can reduce the cost of smart home system, greatly reducing the market because of the high price of smart home can’t be universal phenomenon, so that smart home can go into the homes of ordinary people.Keywords:smart home system, IOT, embedded technology, WinCE system, Delphi目录第1章绪论 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.2 智能家居研究现状与发展 (3)1.2.1 智能家居国内外发展现状 (3)1.2.2 智能家居发展趋势 (4)1.3 本课题研究内容 (5)1.4 论文结构 (6)第2章系统设计方案 (8)2.1硬件总体设计框图 (8)2.2控制核心选择 (10)2.3家电控制板 (11)2.3.1串行端口电路 (12)2.3.2家电控制电路 (14)2.3.3传感器接口电路 (15)2.4 GSM通信模块 (15)2.5视频监控模块 (16)2.6总体软件设计方案 (17)2.7本章小结 (18)第3章操作系统的定制 (19)3.1 BSP的安装 (19)3.2添加平台特征和配置平台 (20)3.3串口部分设置与调试 (22)3.4操作系统的生成与下载 (24)3.5本章小结 (24)第4章应用软件设计 (26)4.1应用程序编写环境 (26)4.2智能家居人机接口设计 (26)4.3串口通信功能设计 (30)4.3.1串口通信协议 (30)4.3.2软件的实现 (31)4.3.2.1打开串口与配置串口 (32)4.3.2.2关闭串口 (35)4.3.2.3串口读线程 (36)4.3.2.4串口实现数据的写入 (37)4.3.2.5串口类的调用 (38)4.3.2.6串口的监听 (38)4.4 GSM无线数据传输模块 (39)4.4.1 GSM无线数据传输的基础 (39)4.4.1.1 PDU编码规则 (39)4.4.1.2 AT指令 (41)4.4.2 软件的实现 (42)4.4.2.1 PDU编码解码 (42)4.4.2.2 CEncode类成员函数详解 (44)4.4.2.3 收发短信 (53)4.5 图像采集模块 (55)4.5.1 摄像头驱动程序 (55)4.5.2 视频捕捉和视频信息传送 (56)4.6 以太网通信模块 (57)4.6.1 TCP/IP协议 (57)4.6.2 软件实现 (58)4.7 客户端视频监控软件 (61)4.8 家电控制及传感器模块 (63)4.8.1 单片机串口使用及参数设置 (63)4.8.2 串口通信的自定义约定 (64)4.8.3 单片机程序流程 (65)4.8.4 ARM端控制和报警流程 (68)4.9本章小结 (68)第5章系统测试 (70)5.1测试环境 (70)5.2 测试步骤 (70)5.3本章小结 (75)第6章总结与展望 (77)6.1本文的总结 (77)6.2 对本课题前景的展望 (78)参考文献 (79)作者简介及在学期间所取得的科研成果 (82)致谢 (83)第1章 绪论1.1 研究背景及意义我国伴随经济化建设的步伐持续加快与深入，中国百姓生活逐渐面向全面小康化方向前进，使得寻常百姓生活质量也随之提升一个层次。

TL1协议说明一、TL1协议的基本概念概述随着网络应用和网络设备的日益普及, 对网络管理的需求也在逐步增加。

TL1作为一种标准的电信管理协议得了广泛的应用。

在TL1的管理模型中, 管理站是对Agent进行管理和监控的中心, Agent 是对被管设备进行监控和操作的网络管理前端。

在国内Agent的设计通常都是基于SNMP协议，而基于TL1协议的网管代理还比较欠缺。

所以,在网络设备中,增加TL1的网管代理功能模块是适应网络监管发展的必要工作。

本文通过对网管代理功能的描述,勾画出了基于TL1协议的网管代理的功能框架，并通过Telnet实现与TL1 Agent的交互。

TL1由Telcordia（先前的Bellcore）定义，全称Transaction Language -1，是一种ASCII 型的人机（man-machine）交互协议，也是一种标准的电信管理协议。

TL1作为一种标准的人机语言被用于管理网元。

今天，在北美，TL1是大多数SONET和接入设备的管理协议的理想选择。

TL1是一种标准CLI（Command Line Interface）接口，与其它的CLI接口相比，TL1遵循约定的语法，具有固定的命令格式。

TL1是一种ASCII文本格式的人机语言，因此开发人员和操作者都能够望文知义，这使得TL1的消息容易阅读，所以TL1不需要复杂的调试和协议分析器。

TL1具有延迟激活的功能，即请求消息可以被缓存在网元中，稍后才实际被执行，这种执行可以在定时时间到的时刻主动执行，也可以被TL1消息主动提前执行，同样也可以取消执行。

TL1还具有主动上报功能，通过主动上报，网元可以将当前的性能、告警、或其它用户感兴趣的事件实时地、主动地上报给用户，用于监视网元的实际运行状态。

TL1具有消息的确认机制，可以对输入命令消息进行简短的应答确认。

TL1协议采用ADVENTNET分析工具：二、基于ARM的嵌入式TL1 Agent的实现2.1 TL1 Agent的硬件平台Tl1代理模块采用Sumsung ARM7集成通信处理器作为核心部件，其主要技术指标如下：1)ARM7的工作频率为66MHz。