LwIP協(xié)議在μC/OS操作系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)

發(fā)布時(shí)間:2008/5/28 0:00:00 訪問(wèn)次數(shù):1081

　　引言

　　當(dāng)今的信息時(shí)代，是一個(gè)構(gòu)筑在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上的時(shí)代，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)滲透到人們工作和生活的各個(gè)角落。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已成為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的一個(gè)重要組成部分。將嵌入式系統(tǒng)與internet 結(jié)合起來(lái)，就可以在兩者之間實(shí)現(xiàn)方便、低廉的信息交流。

　　但是，目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)功能還十分有限：以mcu為核心，與一些監(jiān)測(cè)、伺服、指示設(shè)備配合實(shí)現(xiàn)一定的功能。在一些工業(yè)和汽車應(yīng)用中，利用can、rs-232、rs-485 等總線將mcu組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)mcu之間的信息交流，但這種網(wǎng)絡(luò)的有效半徑比較有限，有關(guān)的通信協(xié)議也比較少，并且一般是孤立于internet以外的，所以局限性較大。把嵌入式系統(tǒng)連接到internet上，已成為嵌入式系統(tǒng)今后發(fā)展的一個(gè)重要方向，而且也將成為今后嵌入式系統(tǒng)必須具備的功能之一。

　　嵌入式tcp/ip協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)方式

　　目前internet上的通信實(shí)現(xiàn)方式大都是基于tcp/ip協(xié)議，嵌入式設(shè)備要與internet網(wǎng)絡(luò)直接交換信息，就必須支持tcp/ip協(xié)議。嵌入式系統(tǒng)中tcp/ip協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)方式有硬件固化和軟件實(shí)現(xiàn)兩種。

　　硬件方式是指利用tcp/ip協(xié)議棧的硬件芯片，由它實(shí)現(xiàn)協(xié)議的轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)功能。但這樣做的缺點(diǎn)是增加了硬件成本，對(duì)一些功能單一的嵌入式設(shè)備來(lái)說(shuō)是很大的浪費(fèi)，而且所增加的成本有時(shí)是難以接受的。

　　本文提出了一種軟件實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的方法，通過(guò)簡(jiǎn)化的tcp/ip協(xié)議lwip實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。單片機(jī)要在完成原來(lái)控制系統(tǒng)功能的前提下，同時(shí)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，既要發(fā)送又要接收，沒有rtos操作系統(tǒng)支持簡(jiǎn)直不可想象，所以將其移植到嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μc/os中，由操作系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行任務(wù)的管理與調(diào)度。

　　lwip 協(xié)議簡(jiǎn)介

　　lwip是light weight (輕型)ip協(xié)議，有無(wú)操作系統(tǒng)的支持都可以運(yùn)行。lwip實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)是在保持tcp協(xié)議主要功能的基礎(chǔ)上減少對(duì)ram 的占用，一般它只需要幾百字節(jié)的ram和40k左右的rom就可以運(yùn)行，這使lwip協(xié)議棧適合在低端的嵌入式系統(tǒng)中使用。

　　其主要特性如下：

　�、僦С侄嗑W(wǎng)絡(luò)接口下的ip轉(zhuǎn)發(fā)；

　�、谥С謎cmp協(xié)議；

　�、郯▽�(shí)驗(yàn)性擴(kuò)展的udp(用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)；

　�、馨ㄗ枞刂�、rtt 估算、快速恢復(fù)和快速轉(zhuǎn)發(fā)的tcp(傳輸控制協(xié)議)；

　　⑤提供專門的內(nèi)部回調(diào)接口(raw api)，用于提高應(yīng)用程序性能；

　　⑥可選擇的berkeley接口api (在多線程情況下使用) 。

　　μc/os操作系統(tǒng)

　　μc/os是專門為單片機(jī)嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核，被廣泛應(yīng)用到各種嵌入式系統(tǒng)中。其特點(diǎn)可以概括為以下幾個(gè)方面：源代碼公開，代碼結(jié)構(gòu)清晰、明了，注釋詳盡；可移植性好；可裁剪，可固化；最多可以管理60個(gè)任務(wù)，覆蓋定時(shí)器、信號(hào)量、事件標(biāo)志、郵箱、隊(duì)列和內(nèi)存管理，還支持互斥型信號(hào)量(mutual exclusion semaphore)；μc/os除對(duì)商業(yè)應(yīng)用收取少量許可費(fèi)用外，其它用途的應(yīng)用都是免費(fèi)的。但是缺少對(duì)外圍設(shè)備和接口的支持，沒有文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、圖形界面，這些需要用戶自己去實(shí)現(xiàn)。

　　由于lwip 會(huì)為每個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接動(dòng)態(tài)分配一些信號(hào)量和消息隊(duì)列，當(dāng)連接斷開時(shí)會(huì)刪掉這些信號(hào)量和消息隊(duì)列。較低的版本如μc/os-2.0不支持信號(hào)量和消息隊(duì)列的刪除，所以要選擇高一些的版本，本文中選用的是μc/os-2.51版本。

　　lwip協(xié)議的移植

　　整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由mcu、網(wǎng)卡、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)、μc/os操作系統(tǒng)、lwip協(xié)議棧和應(yīng)用程序6 個(gè)部分組成。下面從與mcu 的接口、與網(wǎng)卡接口、與高層應(yīng)用程序接口等幾部分，說(shuō)明lwip 移植的具體方法和實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

圖1　系統(tǒng)示意圖

　　與m.core 2107 接口的實(shí)現(xiàn)

　　基于x86平臺(tái)的pc機(jī)是小端字節(jié)順序，而m.core 2107默認(rèn)為大端存儲(chǔ)系統(tǒng)。因而為了保證數(shù)據(jù)的正確傳輸，對(duì)int、uint16、uint32等多于1 字節(jié)類型的數(shù)據(jù)變換其存儲(chǔ)順序。