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基于SOPC的嵌入式TCP/IP网络的关键技术研究

作　者: 储娜敏
导　师: 袁国良
学　校: 上海海事大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 片上可编程系统(SOPC) Nios II软核处理器 μC/OS-II操作系统 TCP/IP协议栈 轻量级IP(LwIP)
分类号: TP393.04
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


随着计算机网络、通信技术以及多媒体技术的发展，传统的PC机加视频压缩卡的监控系统方案，由于本身的局限性，已不能满足某些应用的要求。目前，嵌入式系统应用于视频监控领域已成为趋势。基于嵌入式技术的网络视频监控系统具有良好的应用与发展前景。 本文在总结分析前人的研究成果的基础上，以视频监控系统为背景，构建了基于SOPC技术的嵌入式TCP／IP网络，并对其关键技术进行了研究。利用Altera公司的Nios Ⅱ软核处理器以及SOPC技术构建嵌入式网络硬件平台，然后在此平台上将前端处理过的视频数据打包通过以太网控制芯片DM9000A发送到互联网。 嵌入式系统与TCP／IP协议栈的结合是嵌入式系统接入网络的基础，本文根据μC／OS-Ⅱ和LwIP协议栈对嵌入式系统的网络连接进行了分析和实现。μC／OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统具有开源，内核简单高效，实时性好的优点，广泛应用于嵌入式系统。LwIP是一个比较完备的嵌入式TCP／IP协议栈，具有开源、易移植的优点。通过在μC／OS-Ⅱ上移植LwIP，实现嵌入式系统的网络连接。 本文的主要设计内容：选用Altera公司的CycloneⅡ EP2C35 FPGA芯片(内嵌Nios Ⅱ CPU)为核心处理芯片，并以Altera公司的Quartus Ⅱ 5.0、Nios Ⅱ IDE作为开发工具，利用SOPC技术构建嵌入式网络硬件开发平台；DAVICOM公司的高速以太网接口芯片DM9000A控制以太网传输；嵌入式实时操作系统μC／OS-Ⅱ在Nios Ⅱ上的移植；在μC／OS-Ⅱ上实现LwIP协议栈，网络编程；嵌入式TCP／IP网络实现视频数据传输。 此课题应用于基于TCP／IP网络的视频实时监控，涉及到网络通信技术、多媒体技术、视频压缩技术，实现对图像、视频和数据的实时监视和控制，同时包括服务质量的保证，较强的安全性和一定的网络管理功能。整个系统建立在比较完善的Internet基础上，可以充分利用现有的物理网络，具有较强的适应性和延展性。

全文目录


第一章 绪论  9-15
  1.1 引言  9
  1.2 视频监控系统的发展概况  9-12
    1.2.1 本地模拟视频监控系统  9-10
    1.2.2 基于PC的视频监控系统  10-11
    1.2.3 基于嵌入式技术的网络视频监控系统  11-12
  1.3 视频监控系统的发展趋势  12
  1.4 课题背景及研究意义  12-13
  1.5 论文的主要内容  13-15
第二章 SOC/SOPC技术及Nios II软核处理器简介  15-22
  2.1 SOC/SOPC技术  15-18
    2.1.1 SOC单片系统  15-16
    2.1.2 SOPC及其技术  16-17
    2.1.3 基于FPGA和SOPC技术的处理器  17-18
  2.2 Nios II软核处理器  18-22
    2.2.1 Nios II嵌入式处理器简介  18
    2.2.2 Nios II总线结构  18-19
    2.2.3 Nios II处理器系统的性能特点  19-21
    2.2.4 Nios II IDE及开发流程  21-22
第三章 系统的构成和硬件平台设计  22-32
  3.1 基于Nios II软核的嵌入式网络视频监控系统  22-23
  3.2 SOPC Builder构建的系统  23-24
  3.3 DMA传输  24-25
  3.4 以太网控制器DM9000A  25-32
    3.4.1 DM9000A简介  25-27
    3.4.2 DM9000A与处理器的接口设计  27-28
    3.4.3 DM9000A相关寄存器介绍  28-32
第四章 嵌入式硬件平台上实时操作系统的实现  32-50
  4.1 实时操作系统概念  32-33
  4.2 嵌入式实时操作系统μC/OS-II  33
  4.3 μC/OS-II的内核原理  33-44
    4.3.1 任务管理  34-37
    4.3.2 任务调度  37-39
    4.3.3 时钟处理  39-40
    4.3.4 中断处理  40-41
    4.3.5 通信机制  41-44
  4.4 μC/OS-II在NiosII软核上的移植  44-50
    4.4.1 μC/OS-II移植的条件  44-45
    4.4.2 移植的实现过程  45-50
第五章 嵌入式TCP/IP网络协议栈的实现  50-75
  5.1 TCP/IP协议体系结构  50
  5.2 局域网体系结构  50-53
    5.2.1 IEEE 802参考模型  50-51
    5.2.2 逻辑链路控制LLC子层  51-52
    5.2.3 媒体接入控制MAC子层  52
    5.2.4 局域网数据的封装  52-53
  5.3 开源TCP/IP协议栈LwIP简介  53-54
  5.4 LwIP的进程模型及实现  54-56
    5.4.1 LwIP的进程模型  54
    5.4.2 LwIP协议找的实现  54-56
  5.S LwIP的应用程序接口  56-57
  5.6 LwIP的内存管理机制  57-59
    5.6.1 内存需求分析  57-58
    5.6.2 内存管理的实现  58-59
  5.7 LwIP的移植  59-64
    5.7.1 CPU及编译器相关部分  59
    5.7.2 库函数的实现  59-60
    5.7.3 操作系统相关部分  60-62
    5.7.4 LwIP的定时机制  62-64
    5.7.5 LwIP的网络接口  64
  5.8 以太网驱动程序设计  64-69
    5.8.1 初始化程序  65-66
    5.8.2 数据发送程序  66-67
    5.8.3 数据接收程序  67-68
    5.8.4 中断处理子程序  68-69
  5.9 SOCKET API程序的编写  69-75
    5.9.1 SOCKET API公共函数  69-72
    5.9.2 SOCKBT API的UDP连接函数  72-74
    5.9.3 SOCKET API函数在UDP通信中的应用  74-75
第六章 系统调试和结论  75-80
  6.1 系统调试  75-79
  6.2 结论  79-80
致谢  80-81
参考文献  81-83
附录  83

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 计算机网络 > 一般性问题 > 通信规程、通信协议
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