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基于8位MCU的嵌入式IPv6协议栈的研究与实现

作　者: 马爱萍
导　师: 潘琢金
学　校: 沈阳航空工业学院
专　业: 计算机应用技术
关键词: 嵌入式系统 IPv6协议栈性能分析 MCU CP2200
分类号: TP393.04
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着计算机技术的迅猛发展,IPv4的地址空间已近枯竭,致使价格低廉、体积小巧的嵌入式设备无法大量接入网络。IPv6协议作为下一代网络的核心协议,较好地解决了当前IPv4协议所面临的问题,适应了未来网络基础设施在数量和质量上的要求。目前国内外还没有成熟的针对8位MCU的嵌入式IPv6协议栈,所以在嵌入式系统中引入IPv6协议,实现低端嵌入式设备联网的功能,具有很高的科研价值和经济效益。本文介绍了一个基于8位单片机的嵌入式IPv6协议栈的设计与实现,包括IPv6、ICMPv6、邻居发现和TCP协议以及网络接口模块。该协议栈采用层次化的体系结构,针对单片机资源有限的特点,对复杂的IPv6协议进行相应的裁剪,力求做到精简。同时,协议栈采用模块化的方法,结构清晰,便于扩充。另外,协议栈在数据结构、内存管理等方面针对8位MCU的特点也作了充分的考虑。本文还介绍了系统实现的硬件平台和以太网控制器驱动程序的设计。最后,在协议栈实现的基础上与已有的IPv4协议栈LwIP进行对比,通过性能测试结果与协议机制相结合的方法对协议栈的性能进行分析。协议栈以微控制器C8051F020作为硬件控制平台,通过以太网控制器CP2200与Internet相连,运行稳定。该协议栈具备代码尺寸小,运行时占用内存空间小等适合低端嵌入式设备的特点,具备很好的移植性和扩展性。本文中的性能分析结果对在低端嵌入式设备上实现IPv6协议的研发人员具有重要的理论指导意义。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-17
  1.1 嵌入式系统及其网络化趋势  11-13
    1.1.1 嵌入式系统  11-12
    1.1.2 嵌入式Internet  12-13
  1.2 课题的提出及可行性分析  13-15
    1.2.1 IPv6 的出现  13
    1.2.2 嵌入式IPv6 协议栈的提出  13-14
    1.2.3 8 位微控制器上实现嵌入式IPv6 协议栈的可行性  14-15
  1.3 课题研究的主要内容及目标  15-17
    1.3.1 课题研究的主要内容及工作  15-16
    1.3.2 课题研究的目标及论文组织结构  16-17
第2章 IPV6 协议介绍  17-27
  2.1 IPV6 的国内外发展现状  17-18
  2.2 IPV4 与IPV6 的比较  18-19
  2.3 IPV6 的地址类型  19-20
  2.4 IPV6 的报头  20-22
    2.4.1 IPv6 的基本报头  20-21
    2.4.2 IPv6 的扩展报头  21-22
  2.5 ICMPV6 及相关协议  22-27
    2.5.1 ICMPv6 差错报文  24
    2.5.2 ICMPv6 信息报文  24-25
    2.5.3 邻居发现协议  25-27
第3章嵌入式IPV6 协议栈的设计  27-41
  3.1 IPV6 接入嵌入式INTERNET 的方案  27
  3.2 嵌入式IPV6 协议栈的总体设计思想  27-28
  3.3 软件设计  28-34
    3.3.1 协议栈的裁剪  28-29
    3.3.2 协议栈进程模型的选择  29-30
    3.3.3 协议栈的存储管理  30-33
    3.3.4 基于缓冲队列的嵌入式网络接口  33-34
  3.4 硬件设计  34-41
    3.4.1 系统硬件框图  34-35
    3.4.2 微控制器的选择  35-36
    3.4.3 以太网控制器的选择  36
    3.4.4 以太网控制器驱动的设计  36-41
第4章嵌入式IPV6 协议栈的实现  41-59
  4.1 协议栈的数据流程  41-42
  4.2 IPV6 协议的实现  42-46
    4.2.1 IPv6 模块的功能  42-43
    4.2.2 主要数据结构设计  43-44
    4.2.3 IPv6 协议模块的函数实现  44-46
  4.3 ICMPV6 协议的实现  46-50
    4.3.1 ICMPv6 模块的功能  46-47
    4.3.2 ICMPv6 的数据结构  47-48
    4.3.3 ICMPv6 协议模块的函数实现  48-50
  4.4 邻居发现协议的实现  50-55
    4.4.1 邻居发现模块的数据结构  51-52
    4.4.2 邻居缓存的实现  52
    4.4.3 邻居请求的实现  52-54
    4.4.4 邻居宣告的实现  54-55
  4.5 TCP 协议的简化实现  55-57
    4.5.1 TCP 连接的建立和关闭  55-56
    4.5.2 TCP 函数实现  56-57
  4.6 PING6 的实现  57-58
  4.7 网络接口层的实现  58-59
第5章系统测试与性能分析  59-72
  5.1 代码量统计分析  59-60
  5.2 系统测试  60-66
    5.2.1 测试方案  60-61
    5.2.2 测试结果  61-66
  5.3 系统性能分析  66-72
    5.3.1 资源占用分析  66-67
    5.3.2 数据链路层性能  67-68
    5.3.3 网络层性能  68-71
    5.3.4 结论  71-72
结论  72-73
参考文献  73-75
致谢  75-76
攻读硕士期间发表(含录用)的学术论文  76

基于8位MCU的嵌入式IPv6协议栈的研究与实现

内容摘要

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