嵌入式微處理器第五章.ppt

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網(wǎng)絡(luò)通訊,TCP/IP協(xié)議簡介,TCP/IP協(xié)議是一套把因特網(wǎng)上的各種系統(tǒng)互連起來的協(xié)議組，保證因特網(wǎng)上數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確快速傳輸參考開放系統(tǒng)互連(OSI)模型，TCP/IP通常采用一種簡化的四層模型：應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層,ＴＣＰ協(xié)議的實(shí)現(xiàn),ＴＣＰ協(xié)議是面向連接的、端對端的可靠通信協(xié)議。它采用了許多機(jī)制來保證可靠傳輸，應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)顯得過于復(fù)雜ＴＣＰ協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸可分為三個階段：建立連接、傳輸數(shù)據(jù)和斷開連接。它的實(shí)現(xiàn)過程可以用狀態(tài)機(jī)來描述。,TCP連接建立,建立連接有兩種方法，即主動打開和被動打開服務(wù)器端是一種被動打開，它一直在偵聽連接請求而客戶端是一種主動打開，它發(fā)送連接請求以建立連接。,TCP連接斷開,斷開連接有兩種方式：一是主動斷開連接；另一是被動斷開連接被動斷開連接的處理較為簡單，但標(biāo)準(zhǔn)ＴＣＰ協(xié)議的主動斷開連接的狀態(tài)機(jī)部分過于復(fù)雜。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在需要主動斷開連接的時候，發(fā)送一個Ｆｉｎ數(shù)據(jù)報；接收到對Ｆｉｎ數(shù)據(jù)報的確認(rèn)后，再發(fā)送一個Ｒｅｓｅｔ數(shù)據(jù)報，即可順利完成一次主動斷開連接。標(biāo)準(zhǔn)的ＴＣＰ協(xié)議使用慢啟動的滑動窗口機(jī)制,ＩＰ協(xié)議,ＩＰ協(xié)議是ＴＣＰ／ＩＰ的基礎(chǔ)為不同網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)之間發(fā)送數(shù)據(jù)報的操作序列提供無連接服務(wù)通過在數(shù)據(jù)報前添加ＩＰ協(xié)議頭，使每個數(shù)據(jù)報具有尋址能力。嵌入式系統(tǒng)只把ＩＰ作為傳輸工具，進(jìn)行簡化以完成主要的操作,其它協(xié)議,ＡＲＰ協(xié)議為３２位ＩＰ地址到對應(yīng)的４８位以太網(wǎng)地址之間提供動態(tài)映射。嵌入式系統(tǒng)中僅響應(yīng)ＡＲＰ請求，發(fā)送ＡＲＰ回答包。請求者廣播出包含ＡＲＰ請求的以太幀、目的以太網(wǎng)地址為全１的廣播地址。本機(jī)收到后，由目的ＩＰ地址發(fā)現(xiàn)自己是目的主機(jī)，發(fā)送一個ＡＲＰ回答。ＩＣＭＰ通過ＩＰ協(xié)議傳輸其報文。ＩＰ協(xié)議是無連接的，它無法將報文和錯誤信息傳到最初的主機(jī)，ＩＣＭＰ將狀態(tài)信息和錯誤信息發(fā)送到發(fā)報文的主機(jī)。,嵌入式TCP/IP協(xié)議棧應(yīng)用前提,連接在互聯(lián)網(wǎng)上的電子裝置不一定比單獨(dú)使用的電子裝置具有更高的智能功能，但連通意味著提高智能化管理水平TCP/IP是一項應(yīng)用廣泛的標(biāo)準(zhǔn)，利用它可以接通并控制電子裝置，通過絕大多數(shù)傳輸媒體幾乎可以和運(yùn)行在所有操作系統(tǒng)上的軟件進(jìn)行通信通過TCP/IP與基礎(chǔ)設(shè)施連接十分簡單,嵌入式TCP/IP協(xié)議棧適用的范圍,在商業(yè)系統(tǒng)，利用它來進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視服務(wù)很有意思嵌入式TCP/IP的最大優(yōu)越性也許在于它可以使得嵌入式電子裝置支持嵌入式的萬維網(wǎng)服務(wù)器嵌入式TCP/IP的主要用途是進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測萬維網(wǎng)服務(wù)器還可以對一個電子裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程配置,存在的局限,首先嵌入式棧是建在專用的軟插座API之上的提供可靠傳輸，占用了大量的資源體積太大，許多場合不適用,實(shí)施的方法,采用軟件的方式硬件方法采用iReady的芯片或芯核，雖然使用的是4位微處理器也能夠和互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)直接連接DSP方法也可以選用DSP為基礎(chǔ)的TCP／IP協(xié)議棧,采用方法選擇,根據(jù)所設(shè)計的電子裝置的實(shí)際情況來決定使用硬件功能如何？打算如何來實(shí)現(xiàn)和互聯(lián)網(wǎng)的連接？需要發(fā)送和接收那些種類的信息？將軟件或硬件芯片整合到所設(shè)計的電子裝置中去，有沒有困難？增加一個協(xié)議棧，是否需要對所設(shè)計的電子裝置進(jìn)行重大更改等等,無線通訊介紹,現(xiàn)在無線電技術(shù)已經(jīng)非常成熟，已經(jīng)在各種場合得到非常廣泛的應(yīng)用，而嵌入式系統(tǒng)中無線通訊更是隨處可見。首先我們將概要介紹無線傳輸。所有的無線通訊都是基于無限傳輸?shù)?。然后是無線局域網(wǎng)（WirelessLocalAreaNetworks）和移動通訊。因?yàn)橐苿邮殖衷O(shè)備市場前景廣闊，我們將重點(diǎn)介紹移動通訊的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。,無線傳輸,無線傳輸?shù)拿浇槭请姶挪?，所有的信號都以電磁波的方式被發(fā)送和接收用來進(jìn)行無線傳輸?shù)碾姶挪úㄗV一般從無線電波(radio)開始到可見光部分無線電波因?yàn)轭l率不是很高，較容易產(chǎn)生，可以遠(yuǎn)距離傳輸，并能夠較容易地穿透和繞過障礙物線電波的傳播是如水波似的擴(kuò)散型的無線電波的特性跟它的頻率有關(guān),無線局域網(wǎng),無線局域網(wǎng)可以有兩種組織方式：一種是以一個基站（basestation）為中心，所有的移動設(shè)備都連接到這個基站上去，因此基站也稱為接入點(diǎn)（accesspoint）；另一種是沒有基站，移動設(shè)備之間相互連接組成局域網(wǎng),無線局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn),無線局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)802.11由IEEE制定第一個高速無限局域網(wǎng)是802.11a。1999年，IEEE802.11a標(biāo)準(zhǔn)制定完成，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定無線局域網(wǎng)工作頻段在5.15～5.825GHz，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到54Mbps/72Mbps(Turbo)，傳輸距離控制在10～100米999年9月IEEE802.11b被正式批準(zhǔn)該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定無線局域網(wǎng)工作頻段在2.4～2.4835GHz，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到11Mbps。2003年6月，IEEE推出最新版本IEEE802.11g認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)該標(biāo)準(zhǔn)提出擁有IEEE802.11a的傳輸速率，安全性較IEEE802.11b好IEEE802.11e標(biāo)準(zhǔn)對無線局域網(wǎng)MAC層協(xié)議提出改進(jìn)，以支持多媒體傳輸，以支持所有無線局域網(wǎng)無線廣播接口的服務(wù)質(zhì)量保證QoS機(jī)制。IEEE802.11f，定義訪問節(jié)點(diǎn)之間的通信，支持IEEE802.11的接入點(diǎn)互操作協(xié)議（IAPP）。IEEE802.11h用于802.11a的頻譜管理技術(shù)。IEEE802.11i標(biāo)準(zhǔn)是結(jié)合IEEE802.1x中的用戶端口身份驗(yàn)證和設(shè)備驗(yàn)證，對無線局域網(wǎng)MAC層進(jìn)行修改與整合，定義了嚴(yán)格的加密格式和鑒權(quán)機(jī)制，以改善無線局域網(wǎng)的安全性。個人無線局域網(wǎng)（wirelesspersonalareanetworks）標(biāo)準(zhǔn)802.15，這就是藍(lán)牙的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),無線移動通訊概述,無線通訊分為兩類，一類是無線局域網(wǎng)，另一類是無線移動通訊無線設(shè)備可以是單向的，也可以是雙向的。單向通信包括只接收信號的BP機(jī)。雙向通信系統(tǒng)包括分組無線電網(wǎng)絡(luò)和蜂窩系統(tǒng)分組無線電通信（Packet－RadioCommunication）。分組無線電通信將一次傳輸分解成許多小的包含源地址和目的地址，以及錯誤檢測信息的數(shù)字分組。這些分組被上聯(lián)到一個衛(wèi)星，然后再進(jìn)行廣播。接收設(shè)備只接收編址到它的數(shù)字分組。由于這種傳輸是雙向的，因而要使用查錯和糾錯技術(shù)。蜂窩數(shù)字分組通信（CellularDigitalPacketCommunication）。蜂窩通信是一種提供用戶和他們的家庭、辦公室或網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行雙向通信的移動計算設(shè)備這些設(shè)備具有電子函件處理能力，并且可以傳輸文件和其它信息,GSM,GSM：“全球移動通信系統(tǒng)”（GlobalSystemforMobilecommunications）蜂窩概念GSM使用時分多址方法GSM移動臺分為兩部分一部分包含無線接口特有的軟件和硬件另一部分是用戶數(shù)據(jù)——用戶識別卡（SIM）GSM支持這么多數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，但是它基本上還是為了話音業(yè)務(wù)和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)設(shè)計的,GRPS,GRPS是GeneralPacketRadioServiceGPRS是一項高速數(shù)據(jù)處理的科技，即以分組的“形式”把數(shù)據(jù)傳送到用戶手上GPRS擁有171.2kbps的訪問速度GPRS是基于包轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制的GPRS是根據(jù)數(shù)據(jù)流量收費(fèi)的GPRS完全支持了移動Internet的功能GPRS的缺點(diǎn)是：一個蜂窩小區(qū)內(nèi)用于容量有限，并且實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速度遠(yuǎn)低于理論值,CDMA,CDMA全稱碼分多址接入技術(shù)（CodeDivisionMultipleAccess）建立在正交編碼、相關(guān)接收的理論基礎(chǔ)上運(yùn)用擴(kuò)頻通信技術(shù)解決無線通信的選址問題的多址接入方式在CDMA技術(shù)中，先用一個擴(kuò)頻碼（spreadingcode）對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，然后傳輸CDMA還有一個非常顯著的優(yōu)點(diǎn)是它能充分利用多路衰減現(xiàn)象,CDMA與FDMA、TDMA比較,CDMA與GSM/GPRS比較,GSM/GPRS系統(tǒng)有一個缺點(diǎn)，就是移動臺在跨越兩個蜂窩小區(qū)的時候，要先跟原來所在的小區(qū)的基站斷開連接，然后跟后來所在的小區(qū)的基站進(jìn)行連接，這個稱為先斷后連的轉(zhuǎn)臺（handover），又稱為硬轉(zhuǎn)臺（hardhandover）。這種情況下，正在進(jìn)行的通話就要被斷開了。而這種情況在CDMA技術(shù)中就不存在了，因?yàn)樗械幕径际褂孟嗤念l道，所以完全可以在斷開之前先跟下一個基站連接好，這稱為先連后斷的轉(zhuǎn)臺，又稱為（softhandover）。CDMA的信號功率遠(yuǎn)小于GSM等系統(tǒng)的功率，所以其輻射也很小，這對人體健康可能有一定好處,從1G到3G,隨著對通信業(yè)務(wù)種類和數(shù)量需求的劇增業(yè)務(wù)類型主要限于語音和低速數(shù)據(jù)的第二代移動通信系統(tǒng)已不能滿足需要大容量、高速率、全方位的第三代移動通信系統(tǒng)（3G）應(yīng)運(yùn)而生1G網(wǎng)絡(luò)(NMT,C-Nets,AMPS,TACS)是最早的模擬蜂窩系統(tǒng)2G網(wǎng)絡(luò)(GSM,cdmaOne,DAMPS)是最早的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)3G網(wǎng)絡(luò)(UMTSFDDandTDD,cdma20001xEVDO,cdma20003x,TD-SCDMA,AribWCDMA,EDGE,IMT-2000DECT)是目前已投入商用的帶寬最高的無線通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)4G目前基本上還只是個概念性的名詞,3G的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)范圍,移動音頻業(yè)務(wù)通過互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議傳送聲音靜態(tài)圖像移動圖像虛擬本地環(huán)境電子代理未來的移動手持設(shè)備將不僅是現(xiàn)在的移動電話一樣以通話作為主要功能，而將是一種移動通訊設(shè)備跟移動計算設(shè)備的結(jié)合，也就是智能手機(jī)（IntelligentCellPhone）,構(gòu)件化協(xié)議框架概述,TCP/IP協(xié)議是發(fā)展至今最成功的通信協(xié)議路由器則是Internet的基石目前的路由器大部分都支持多個協(xié)議，即多協(xié)議路由器目前的通訊設(shè)備逐步向著多CPU發(fā)展協(xié)議構(gòu)件化框架NSPCF（NetworksSub-ProtocolComponentFrame），應(yīng)用構(gòu)件技術(shù)將通訊協(xié)議劃分為子構(gòu)件，完成高性能路由器上的高效通訊構(gòu)件技術(shù)把單個的應(yīng)用程序分割成多個獨(dú)立的構(gòu)件，某一塊構(gòu)件可獨(dú)立的被新的構(gòu)件更新、替換,NSPCF網(wǎng)絡(luò)子協(xié)議構(gòu)件框架組成,傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和服務(wù)設(shè)計模式（面對過程）越來越不能滿足網(wǎng)絡(luò)增長和發(fā)展的需求NSPCF主要由四個部分組成：協(xié)議構(gòu)件、構(gòu)件庫、協(xié)議構(gòu)件操作系統(tǒng)、構(gòu)件開發(fā)平臺,NSPCF模型,,需求分析,協(xié)議模塊化,程序員,協(xié)議構(gòu)件,構(gòu)件開發(fā)平臺,構(gòu)件庫,構(gòu)件操作系統(tǒng),協(xié)議運(yùn)行，提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù),,,,,,,,NSPCF特征,NSPCF具有傳統(tǒng)CBSD具有的一切特征，包括封裝性、復(fù)用性、擴(kuò)展性，同時提供一組擴(kuò)展特性，諸如系統(tǒng)安全、動態(tài)加載、跨平臺、分布式、開放性NSPCF框架繼承于CBSD，基本執(zhí)行模塊是與對象等價的構(gòu)件NSPCF的復(fù)用模型是要建立一種基于代碼和二進(jìn)制級的復(fù)用模型在NPCF框架中，有三種類型的成員public、private、protected通過設(shè)計一個安全進(jìn)程SP（securityprocess）對系統(tǒng)安全性進(jìn)行管理跨平臺性,構(gòu)件跨平臺實(shí)現(xiàn),網(wǎng)絡(luò)協(xié)議構(gòu)件化拆分,對于傳統(tǒng)的按層次劃分的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，我們必須先進(jìn)行模塊化，然后才能構(gòu)件化，組裝成協(xié)議構(gòu)件協(xié)議模塊化的目的在于控制協(xié)議的粒度構(gòu)件的粒度越小，協(xié)議劃分得越細(xì)，協(xié)議構(gòu)件越多；構(gòu)件粒度越大，協(xié)議劃分得越粗，協(xié)議構(gòu)件就越少按層次構(gòu)件化、按功能構(gòu)件化、按使用對象構(gòu)件化,協(xié)議構(gòu)件的組裝,按層次構(gòu)件化,按功能構(gòu)件化,按使用對象構(gòu)件化,還可以按照協(xié)議構(gòu)件的使用對象對協(xié)議進(jìn)行構(gòu)件化。對于某一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，使用對象可以分為多種，有服務(wù)端使用，有客戶端使用；有給同一層協(xié)議使用的，有給上一層協(xié)議使用的；有給一般用戶使用的，也有給超級用戶使用的，這些使用對象的特性，都可以用來對協(xié)議進(jìn)行構(gòu)件化。應(yīng)用程序在使用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議時，有可能只是使用到了協(xié)議的某一個模塊，例如客戶端模塊。這時候，就可以提供協(xié)議構(gòu)件中的客戶端構(gòu)件給應(yīng)用程序。,協(xié)議構(gòu)件庫設(shè)計,所有的協(xié)議構(gòu)件都被統(tǒng)一放置在構(gòu)件庫PCB（ProtocolComponentBase）中進(jìn)行統(tǒng)一管理協(xié)議構(gòu)件庫是針對網(wǎng)絡(luò)通訊需求特點(diǎn)開發(fā)的、不斷完善改進(jìn)的、用來對構(gòu)件化的協(xié)議進(jìn)行使用、管理和維護(hù)的軟件構(gòu)件庫管理和維護(hù)涉及一系列問題：構(gòu)件的有效分類、快捷檢索和準(zhǔn)確理解機(jī)制；用戶權(quán)限控制能力；構(gòu)件庫體系的可定制性與庫間互操作性技術(shù)問題。協(xié)議構(gòu)件庫是一個由構(gòu)件數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信模塊等組成的一個完整的體系。,構(gòu)件庫結(jié)構(gòu),,構(gòu)件索引,基于層次的構(gòu)件索引在協(xié)議構(gòu)件化時，按照OSI參考模型的層次，對每層的協(xié)議進(jìn)行構(gòu)件化。構(gòu)件化的協(xié)議放在不同的層次中?；诠δ艿臉?gòu)件索引在協(xié)議構(gòu)件化時，按照協(xié)議不同組成部分的功能進(jìn)行劃分和構(gòu)件化。此時，構(gòu)件化的協(xié)議沒有層次的要求，但是被構(gòu)件化的協(xié)議應(yīng)該可以劃分出獨(dú)立的功能模塊?；谑褂脤ο蟮臉?gòu)件索引在協(xié)議構(gòu)件化時，按照服務(wù)、協(xié)議，對每層的協(xié)議進(jìn)行構(gòu)件化。構(gòu)件化的協(xié)議放在不同的層次中。,構(gòu)件分類,基本構(gòu)件?；緲?gòu)件是整個協(xié)議構(gòu)件庫的根本，協(xié)議和服務(wù)最終由基本構(gòu)件組裝而成，因此，在構(gòu)件庫中的實(shí)際上是基本構(gòu)件。協(xié)議構(gòu)件。協(xié)議構(gòu)件是一種虛擬的構(gòu)件。即在構(gòu)件庫中實(shí)際不存在這種構(gòu)件，但是為了更方便快捷的檢索，建立索引，將常用的協(xié)議看成是一種構(gòu)件。服務(wù)構(gòu)件。與協(xié)議構(gòu)件一樣，它也是一種虛擬的構(gòu)件，同樣，也是對常用的服務(wù)建立索引表。,協(xié)議組裝,協(xié)議構(gòu)件本身是無法單獨(dú)為通信設(shè)備提供服務(wù)的，因此需要一種機(jī)制，能夠?qū)⑦@些被拆分的對象進(jìn)行組合，以提供通信服務(wù)。針對網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件化之后，協(xié)議棧的動態(tài)重構(gòu)的情況，通過建立構(gòu)件化協(xié)議組裝模型來達(dá)到協(xié)議組裝重用和定制通信服務(wù)的目的。構(gòu)件化協(xié)議組裝模型從各種協(xié)議構(gòu)件中選擇符合需求的模塊，按照協(xié)議層次重新組裝使用。采用構(gòu)件化和封裝方法后，在對協(xié)議進(jìn)行拆分后產(chǎn)生的構(gòu)件，將在某一時刻在重新組成協(xié)議棧、協(xié)議和服務(wù)。在進(jìn)行這個重組時，采用組裝模型來完成這個工作,協(xié)議組裝模型作用,組裝模型與操作系統(tǒng)和構(gòu)件庫的通信，通信設(shè)備端與構(gòu)件庫端的通信。對服務(wù)對象性能參數(shù)的跟蹤、選擇和協(xié)商。對服務(wù)對象的組裝工作。組裝完成的服務(wù)對象的檢測和初始化。服務(wù)對象的管理工作。,組裝模型體系結(jié)構(gòu),用戶：用戶說明需要的目標(biāo)服務(wù)通信器：負(fù)責(zé)與用戶和其他模塊的通信和交流組裝器：負(fù)責(zé)將各個構(gòu)件組裝成對應(yīng)的協(xié)議，協(xié)調(diào)構(gòu)件關(guān)系測試器：對組裝好的服務(wù)對象使用典型測試數(shù)據(jù)進(jìn)行測試監(jiān)控器：負(fù)責(zé)監(jiān)控和記錄構(gòu)件執(zhí)行的各項參數(shù)，在適當(dāng)?shù)臅r候反饋給構(gòu)件庫管理器：負(fù)責(zé)控制和維護(hù)不同的通信服務(wù),