本科毕业设计开题报告

时间：2022-10-09 21:03:39 开题报告我要投稿

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本科毕业设计开题报告精选

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本科毕业设计开题报告精选

　　1 课题的目的及意义

　　用串口进行数据传输不仅速度慢，而且还受到距离的限制，采用以太网传输数据则不仅速度快，更可以远距离传输。随着互联网的快速发展，在我们的日常生活中我们越来越离不开互联网，与其相关的终端产品也越来越多，因而基于各种终端的网络数据传输也越来越被重视，其中嵌入式网络数据的传输就是非常热门的一种传输方式。

　　嵌入式系统主要是针对我们所常见的通用计算机相对而言，是设计特定的计算机系统用于一些特定应用的总称;国内普遍认同的定义是：“以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。”嵌入式系统一般指非PC系统，它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等。软件部分包括操作系统软件(OS要求实时和多任务操作)和应用程序编程，有时设计人员把这两种软件组合在一起。应用程序控制着系统的运作和行为;而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。

　　由于嵌入式系统是应用于特定环境下，面对专业领域的应用系统，所以与通用计算机系统的多样化和适应性不同。嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必须与具体应用相结合才会更具有优势和生命力。嵌入式系统是与应用紧密结合的，它具有很强的专用性，必须结合实际系统需求对软硬件进行裁剪，满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。

　　自从20世纪70年代初出现嵌入式系统的概念以来，嵌入式系统以其高性能、低功耗等特点高速发展。20世纪70年末开始陆续出现了一些嵌入式操作系统，比较著名的有vxworks、windowsCE、Linux和ecos等，这些操作系统被广泛的应用于交通、教育、医疗、航天等诸多领域。20世纪90年代后，由于生产工艺的进步，嵌入式系统设计有了本质的变化，出现了SOC(System on a Chip)，SOC将系统的功能集成在一个单一的芯片中，同以往的系统相比这样的芯片便于运用而且还具有功耗低、价格低、尺寸小、高可靠等优点，因此目前嵌入式系统已经进入以SOC为核心的设计阶段，并逐步实用化和规范化。同时由于近几年嵌入式设计重心转向消费电子，以手机、数码相机、PDA等为代表的手持设备已成为嵌入式应用最大的市场，对于传统的8位微控制器无法满足这些要求，而32位因为成熟的技术、优越的性能以及越来越低廉的价格，使得32位迅速的成为该领域应用上的主流，市场的占有率也不断的提升，特别是原来高端8位、16位微控制器主导的应用空间逐渐的被32位处理器占据。当然8位的微控制器为核心的嵌入式技术也是在不断的发展，性能也不断提高，仍然是具有很大的市场，其目标市场是巨大的低端电子产品市场。由于与ARM架构相关的第三方开发工具可以很容易地获得并且具有价格竞争力，在过去的两年里基于ARM体系结构的芯片嵌入式应用的使用率已经超过了x86系列而成为最常用的嵌入式微处理器体系。另一方面基于Internet为标志的嵌入式系统发展也形成一种新的趋势。虽然目前大多数嵌入式系统还孤立于Internet之外，但随着Internet的发展以及Internet技术与信息家电、工业控制技术等结合日益密切，相信不久的将来嵌入式设备与Internet的结合将成为嵌入式技术的新的发展方向。因而本系统采用ARM架构进行设计，并与Internet相结合，实现ARM下的网络数据传输。为适应嵌入式分布处理和应用上网需求，面向21世纪的嵌入式系统要求配有标准的一种或多种网络通信接口。嵌入式设备必须配Ethernet网口，以及相应地需要TCP/IP协议软件支持。传统的TCP/IP协议实现在实时性方面做得不太好，把大量的精力放在保证数据传送的可靠性以及数据流量的控制方面上。因此，在实时性要求比较高的嵌入式领域，传统的TCP/IP并不能满足其实性需要。另外，传统的TCP/IP的实现过于复杂，需占用大量系统资源，而嵌入式应用的系统资源往往都比较有限。所以，需要把传统的TCP/IP在不违背协议标准的前提下加以改进实现，可以让实时性得到提高，尽可能少的占用存储空间，能满足嵌入式系统应用的要求。

　　在20世纪90年代中期，称为快速以太网(100 Mbps)的技术作为一项标准出现在市场上，并迅速被那些看到了市场对于更高性能网络的需求的企业所接受。数据传输速率为100Mbps的快速以太网是一种高速局域网技术，能够为桌面用户以及服务器或者服务器集群等提供更高的网络带宽。电气和电子工程师协会(IEEE)专门成立了快速以太网研究组评估以太网传输速率提升到100Mbps的可行性。该研究组织为快速以太网的发展确立了重要目标，但是在采用哪一种媒体访问方法的问题上却产生了严重的分歧，最终导致研究小组分化为快速以太网联盟和100VG-AnyLAN(也是一种使用集线器的100Mb/s高速局域网,它综合了现有以太网和令牌环的优点形成标准802.12)论坛两个不同的组织。每一个组织都制定了自己的以太网高速运行规范，即100Base-T和100VG-AnyLAN(适用于令牌环网)。2001年初IEEE成立了802.3EFM工作组(EFM的意思是“以太网第一哩"，即以太网接入网)，发展制定以太网接入网标准。现有的、各种可以用做接入网的传输媒体，都被用来发展以太网接入网(如电话线、CATV的HFC网、无源光网PON、无线电RF和空中激光等)。随着标准的制定完成，将有一批采用不同传输媒体的以太网接入网。由于以太网不但具有很好的扩展性，其速率可以从10Mb/s、100Mb/s、1Gb/s一直扩展至10Gb/s，而且，以太网还是一种非常简单和成熟的解决方案，并为用户熟悉。另外，以太网的互换互操作性好，具有广泛的软硬件支持，可以透明的与铜线对、电缆和各种光纤等不同的传输媒体接口，避免重新布线的成本。这些特性，使以太网成为城域网建设的很好的解决方案。

　　基于嵌入式以太网网络传输的主要功能是提供以太网的传输，在进行硬件设计之前必须选择合适的系统核心器件——嵌入式ARM微处理器。对于嵌入式ARM微处理器的选择主要集中在以下几个方面：

　　(1)ARM微处理器内核结构的选择。ARM微处理器包含一系列的内核结构，以适应于不同的应用领域，设计选择的是ARM7TDMI的内核结构，属于ARM7系列其内核结构是ARMv4T架构，其中的TDMI意思是：T为支持Thumb指令集、D表示支持片上Debug、M表示内嵌硬件乘法器(multiplier)、I表示ICE即支持内部回路仿真。另外还须考虑所选的微处理器内核和即将要选择的操作系统是否搭配，例如设计中使用的是ARM7TDMI内核，由于没有带内存管理单元(MMU)，因此就不能使用WindowsCE和标准的Linux操作系统，但可以使用uCOSⅡ操作系统，因为uCOSⅡ很好的对无MMU的支持。

　　(2)系统的工作频率。系统的工作频率在很大程度上决定了ARM微处理器的处理能力。但另一方面高的工作频率也给电路设计中的电磁干扰及电磁兼容增加了难度，综合考虑后，设计中选用S3C44BOX，其系统时钟最高为66MHZ，适合一般的嵌入式应用。

　　(3)芯片内部存储器的容量。为了对成本进行控制，大多数的ARM微处理器片内存储器的容量都比较小，需要用户在设计系统时外扩存储器，但也有部分芯片具有较大的片内存储空间，如ATMEL的AT91F40162就具有高达2MB的片内程序存储空间。这样就可以节省电路设计和调试的工作量，不过价格也随之增加。设计使用的S3C44BOX无内部存储空间(即无程序存储空间也无RAM空间)，需要对其进行外扩。

　　综合考虑，本课题选择S3C44BOX作为主控芯片。另外本设计在以太网控制器的选择上采用了RTL8019AS芯片，由于该芯片是在嵌入式领域应用广泛且性价比很高的网络控制芯片，在进行软硬件开发时有许多可用的文档资料作参考，这能大大降低设计的工作量，并且在S3C44BOX 微处理器上配合RTL8019AS芯片是目前价格最低廉的设计方式, 却有很高的性能。RTL8019AS的主要性能有：符合

　　Ethernet Ⅱ与IEEE 802.3 (10Base5、10Base2、10BaseT)标准;全双工，收发可同时达到10 Mbit/ s的速率;内置16kB的SRAM，用于收发缓冲，降低对主处理器的速度要求;支持8 /16位数据总线，8个中断申请线以及16 个I/O 基地址选择;支持UTP、AUI、BNC自动检测，还支持对10BaseT拓扑结构的自动极性修正;允许4个诊断LED引脚可编程输出。由于系统使用的是带有嵌入式操作系统的软件平台，

　　因此在外部存储的容量上要根据内核的大小来选定，由于uCOSⅡ压缩的内核及内核工具大小在800K以下，romfs的文件系统大小也不高于900K，另外bootloader大小也不高于200K，因此初步分析后本设计选用2MB的FLASH存储器即可保证有足够的空间存储内核镜像、bootloader、romfs文件系统，并且使用8MB的SDRAM存储器保证系统的操作系统和应用软件有足够的空间运行。

　　2、课题任务

　　1) 通过查阅资料，完成开题报告和外文资料翻译;

　　2) 熟悉开发环境ADS以及开发板ARM7的相关技术文档;

　　3) 理解LWIP协议栈和TCP/IP的原理;

　　4) 用C语言编程数据的网络传输;

　　通过本课题的研究，要学习基于ARM7技术的S3C44B0X芯片结构;理解网卡驱动、LWIP协议栈、TCP/IP的网络数据传输原理，用仿真开发系统设计调试ARM7嵌入式系统并将IO接口程序下载到开发板进行调试;了解基于ARM和uCOSⅡ的以太网数据的传输、基于ARM平台的嵌入式RTL8019AS网卡芯片数据通信的设计与实现、基于ARM嵌入式的TCP/IP协议栈和LWIP协议栈在实时操作系统中的移植和应用。

　　3、重点研究内容

　　重点研究内容包括了解ARM芯片以及其他相关芯片的结构、ARM开发板的硬件连接、功能模块的电路设计、程序的下载以及如何使用ADS软件进行调试和u-boot在目标平台下的移植以及uCOSⅡ实时操作系统在目标平台的移植，uCOSⅡ中的以太网卡驱动设计与分析。

　　4、实现途径

　　本课题为基于ARM7的开发应用，ARM7的嵌入式CPU连接一片RTL8019AS芯片，由CPU控制以太网芯片对数据进行加工处理使其能够满足TCP/IP协议传输和接受的要求，并控制数据的传输和接受，实现数据的网络传输。

　　硬件方面：主电路模块为一片S3C44B0X连接一片8MB的flash(HY57V641620)和一片2MB的SDRAM(HY29LV160)以及网络芯片等并整理出GPIO接口作为通用口用以以后做不同的开发。功能模块由一片RTL8019AS和一个隔离变压器FB2022以及RJ45组成，由GPIO接口用排线和主电路模块连接起来。

　　软件方面：本设计的软件主要包括三个部分：操作系统的引导程序、uCOSⅡ

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