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学 院
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信息与控制工程
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姓 名
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学 号
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题 目
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精简的ARM-TCP/IP接口的开发和研究
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题目类型
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一、选题背景及依据（简述国内外研究现状、生产需求状况，说明选题目的、意义，列出主要参考文献）
ARM（Advanced RISC Machines）是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域，比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。
ARM将其技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商，每个厂商得到的都是一套独一无二的ARM相关技术及服务。利用这种合伙关系，ARM很快成为许多全球性RISC标准的缔造者。
ARM架构是面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器。
日本的许多著名半导体公司如东芝、三菱半导体、爱普生、富士通半导体、松下半导体等公司较早期都大力投入开发了自主的32位CPU结构，但现在都转向购买ARM公司的芯核进行新产品设计。由于它们购买ARM版权较晚，现在还没有可以销售的ARM芯片，而OKI、NEC、AKM、OAK、Sharp、Sanyo、Sony、Rohm等日本半导体公司目前都已经批量生产了ARM芯片。韩国的现代半导体公司也生产提供ARM芯片。另外，国外也有很多设备制造商采用ARM公司的芯核设计自己的专用芯片，如美国的IBM、3COM和新加坡的创新科技等。中国的芯片设计能力与国外相比还有一定的差距，利用IP进行SoC设计还是比较新的概念。现在国内具备一定水平和能力，能大规模使用ARM IP的公司现在还为数不多。但国外厂商提供的ARM芯片却已经开始在中国市场大量应用，对ARM相关开发系统有很大需求。戴瑞克就指出这样一种现象：虽然ARM公司的技术授权收入大多来自美国，但ARM芯片的应用和对支持工具的需求却主要在亚洲，去年ARM开发系统业务的收入中44%来自亚洲市场。亚洲地区已经成为全球半导体业的制造中心和设计中心，而正在兴起的中国市场对ARM开发工具的需求也在迅速增长。
随着国内嵌入式应用领域的发展，ARM芯片必然会获得广泛的重视和应用。但是，由于ARM芯片有多达十几种的芯核结构，70多家芯片生产厂家，以及千变万化的内部功能配置组合，给开发人员在选择方案时带来一定的困难。所以，对ARM芯片做一对比研究是十分必要的。该课题是工程设计题，源于对ARM控制器的开发和改造课题。通过该课题既可以全面综合学生所学知识（包括电子技术、控制理论、计算机控制技术、机电一体化技术），提高和锻炼工程能力。
ARM提供一系列内核、体系扩展、微处理器和系统芯片方案。由于所有产品均采用一个通用的软件体系，所以相同的软件可在所有产品中运行（理论上如此）。典型的产品如下：
ARM7：小型、快速、低能耗、集成式RISC内核，用于移动通信。
ARM7TDMI(Thumb):这是公司授权用户最多的一项产品，将ARM7指令集同Thumb扩展组合在一起，以减少内存容量和系统成本。同时，它还利用嵌入式ICE调试技术来简化系统设计，并用一个DSP增强扩展来改进性能。该产品的典型用途是数字蜂窝电话和硬盘驱动器。
ARM9TDMI:采用5阶段管道化ARM9内核，同时配备Thumb扩展、调试和Harvard总线。在生产工艺相同的情况下，性能可达ARM7TDMI的两倍之多。常用于连网和顶置盒。
ARM710系列，包括ARM710、ARM710T、ARM720T和ARM740T:低价、低能耗、封装式常规系统微型处理器，配有高速缓存（Cache）、内存管理、写缓冲和JTAG。广泛应用于手持式计算、数据通信和消费类多媒体。
ARM940T、920T系列:低价、低能耗、高性能系统微处理器，配有Cache、内存管理和写缓冲。应用于高级引擎管理、保安系统、顶置盒、便携计算机和高档打印机。
StrongARM:性能很高、同时满足常规应用需要的一种微处理器技术，与DEC联合研制，后来授权给Intel。SA110处理器、SA1100 PDA系统芯片和SA1500多媒体处理器芯片均采用了这一技术。
ARM7500和ARM7500FE:高度集成的单芯片RISC计算机，基于一个缓存式ARM7 32位内核，拥有内存和I/O控制器、3个DMA通道、片上视频控制器和调色板以及立体声端口;ARM7500FE则增加了一个浮点运算单元以及对EDO DRAM的支持。特别适合电视顶置盒和网络计算机（NC）。
作为一种嵌入式的系统核心芯片，ARM的到来可以是说掀起了一场革命。它的小体积，低功耗和低价格给大家提供了一种很方便的方式取代以前的一些DSP，CPLD和PLC系统。而且它的编程方式非常标准，采用了RISC方式的32位ARM语言和16位的THUMB语言，特别利于程序员学习和使用。
TCP/IP协议，或称为TCP/IP协议栈，或互联网协议系列，包含了一系列构成互联网基础的网络协议。这些协议最早发源于美国国防部的DARPA互联网项目。TCP/IP字面上代表了两个协议:TCP传输控制协议和IP互联网协议。
TCP/IP协议组件的四个层次，每一层负责不同的功能：
1. 链路层，有时也称作数据链路层或网络接口层，通常包括操作系统中的设备驱
动程序和计算机中对应的网络接口卡。它们一起处理与电缆（或其他任何传输媒介）的
物理接口细节。
2. 网络层，有时也称作互连网层，处理分组在网络中的活动，例如分组的路由选
择。在TCP/IP协议组件中，网络层协议包括IP协议（网际协议），ICMP协议（Internet
互连网控制报文协议），以及IGMP协议（Internet组管理协议）。
3. 运输层主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。在TCP/IP协议组件中，
有两个互不相同的传输协议：TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。
TCP为两台主机提供高可靠性的数据通信。它所做的工作包括把应用程序交给它的
数据分成合适的小块交给下面的网络层，确认接收到的分组，设置发送最后确认分组的
超时时钟等。由于运输层提供了高可靠性的端到端的通信，因此应用层可以忽略所有这
些细节。
而另一方面，UDP则为应用层提供一种非常简单的服务。它只是把称作数据报的分
组从一台主机发送到另一台主机，但并不保证该数据报能到达另一端。任何必需的可靠
性必须由应用层来提供。
这两种运输层协议分别在不同的应用程序中有不同的用途，这一点我们将在后面看
到。
4. 应用层负责处理特定的应用程序细节。几乎各种不同的TCP/IP实现都会提供下
面这些通用的应用程序：
·Telnet 远程登录
·FTP 文件传输协议
·SMTP 用于电子邮件的简单邮件传输协议
·SNMP 简单网络管理协议
TCP/IP的结构
TCP/IP协议族的结构
TCP/IP作为一种成熟的通信体制和通信系统已经成功地在世界上建立了大部分的INTERNET连接，越来越多的设备和系统需要使用TCP/IP的方式接入以太网。而且大量的旧设备如老的数字化设备：数控机床、模拟或数字方式的智能传感器、旧的图形工作站等等都需要作为一个子部分或子系统接入以太网。而全部以新的带TCP/IP以太网接入的换代设备来进行全部取代也是不可行的，这样做会造成资源极大的浪费。所以研究一种精简的、模块化的智能TCP/IP接口是对这一问题的比较合适的解决。而ARM芯片的推出则为这种智能接口提供了良好的硬件基础。以PHILIP公司的LPC2114ARM7芯片结合TCP/IP的控制芯片（如REALTALK8139）制作一块智能机板，整和标准的RS232串口，是我的整个毕业设计的思路。
串口通信技术在数据通信中的应用极为广泛。但是，其固有的通信距离小、抗干扰能力差等缺点使其无法满足对实时性要求较高的现代工业控制。随着近年来网络技术和以ARM为代表的32位处理器的发展，通过网络实现ARM与PC机高速、可靠的通信已成为可能。
利用ARM我们可以把把现有的RS232接口的数据转化成端口的数据，然后进行IP化的管理，IP化的数据存取，这样就能将传统的串行数据送上流行的IP通道，而无需过早淘汰原有的设备，从而提高了现有设备的利用率，节约了投资，还可在既有的网络基础上简化布线复杂度。ARM完成的是一个面向连接的RS232链路和面向无连接以太网之间的通信数据的存储控制，系统对各种数据进行处理，处理来自串口设备的串口数据流，并进行格式转换，使之成为可以在以太网中传播的数据帧；对来自以太网的数据帧进行判断，并转换成串行数据送达响应的串口设备
参考文献：
1．《单片微机原理及应用》 丁元杰 机械工业出版社
2．《计算机网络》 Andrew S.Tanenbaum 清华大学出版社
3．《LPC2106/2105/2104使用手册》
4． ARM简介及编程 http://drew.nease.net/processor/arm.htm
5． 网络协议 http://drew.nease.net/mypage/network.htm
6．32位RISC CPU ARM芯片的应用和选型
http://www.cvtech.com.cn/cvtech/tech_detail.asp?newsid=152
7．《TCP/IP详解》 http://ljh.host01.com/ljh
8.《ARM系列内核介绍》 http://www.arm.com/miscPDFs/1635.pdf
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二、主要研究（设计）内容、研究（设计）思想及工作方法或工作流程
研究内容: （1）ARM控制器的硬件体系
（2）对TCP/IP协议的解析和网卡设备的底层解析
（3）设计ARM-TCP/IP系统 该课题综合性、系统性、实践性强。
工作流程 （a）提出对ARM控制器系统的TCP/IP改造方案
（b）设计实现所提出方案的硬件体系
（c）设计ARM控制程序，能够将通用的2/16进制数据转换成标准的TCP/IP数据报，通过网络传输
（d）联调通过
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三、毕业设计（论文）工作进度安排
3月1日～3月10日看TCP/IP详解,了解TCP/IP参考模型，查找相关的资料。提出对ARM控制器系统的TCP/IP改造方案。
3月10日～3月12日完成开题报告。
3月13日～3月20日研究对TCP/IP协议的解析和网卡设备的底层解析，试着运用ARM-TCP/IP系统。
3月21日～4月5日制作数据转换表，测试将通用的2/16进制数据转换成标准的TCP/IP数据报，通过网络传输。
4月5日～4月10日对接口进行调试通过。
4月10日～4月15日完成毕业设计报告。
4月15日～4月20日根据导师意见进行修改。
4月21日～4月30日对毕业设计进行评审。
5月毕业设计答辩
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指 导
教 师
意 见
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指导教师签字___________
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院 系
毕 业
设 计
领 导
小 组
审 核
意 见
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难 度
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综合训
练程度
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是否隶属科研项目
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教学院长（公章）___________
年 月 日
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