1、引言

　　嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)就是在嵌入式設(shè)備上實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)功能的系統(tǒng)，一般要求嵌入式設(shè)備在軟件上支持tcp/ip協(xié)議棧，實現(xiàn)有關(guān)的以太網(wǎng)通信協(xié)議。如何實現(xiàn)tcp/ip協(xié)議是嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用tcp/ip協(xié)議的關(guān)鍵是，如何設(shè)計出精簡、高效的tcp/ip協(xié)議子集，以此來減少對系統(tǒng)資源的占用。

　　目前使用廣泛的tcp/ip協(xié)議棧有l(wèi)wip(light weight)、uip、linux ip等，這些協(xié)議棧具有一定的通用性，包含的協(xié)議內(nèi)容比較全，同時也比較復(fù)雜。具體在移植到應(yīng)用系統(tǒng)的時候要考慮的問題較多，各個庫文件和全局變量相互交叉引用，若要針對特定系統(tǒng)進行精簡，則牽一發(fā)而動全身，尤其是存儲器的管理及上層協(xié)議與底層網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動的接口是兩個最大的移植難題。

　　為了能對tcp/ip協(xié)議有較深的了解，又利于后期進行深入研究，我們在實現(xiàn)一具體的internet網(wǎng)絡(luò)報警系統(tǒng)時，進行自主的嵌入式tcp/ip協(xié)議開發(fā)。下文所介紹的tcp/ip協(xié)議系統(tǒng)由于精簡而利于實現(xiàn)，且無需進行內(nèi)存管理，適合傳送數(shù)據(jù)量不大的嵌入式系統(tǒng)。在實現(xiàn)時，只要根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀格式，在各層完成相應(yīng)的功能即可。非常適合研究學(xué)習(xí)之用，為嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開發(fā)提供一個較為可行且簡單的思路。

　　2、協(xié)議的分析與選擇

　　眾所周知，tcp/ip是一個協(xié)議族，是幾百種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的集合。通用計算機系統(tǒng)有足夠的資源支持通信協(xié)議在內(nèi)核實現(xiàn)，但是嵌入式系統(tǒng)則不同，因為其cpu處理能力和系統(tǒng)存儲能力都受到成本限制，充分利用資源、提高系統(tǒng)性價比是開發(fā)嵌入式應(yīng)用的根本特點。所以要對tcp/ip協(xié)議進行精簡以適應(yīng)嵌入式系統(tǒng)。

　　下面我們以實際的internet網(wǎng)絡(luò)報警系統(tǒng)為例，設(shè)計一個較為精簡的tcp/ip協(xié)議子系統(tǒng)。此系統(tǒng)采用32位arm結(jié)構(gòu)的三星s3c440bx處理器，加smsc公司的以太網(wǎng)控制芯片lan91c113，以及另外一些外圍芯片組成。此系統(tǒng)要求經(jīng)internet傳送一些現(xiàn)場采集的報警數(shù)據(jù)到遠程站點，要求實時性好、傳輸速度快，但每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很少，只是簡單的報警信息。根據(jù)這些要求，再經(jīng)詳細分析tcp/ip各協(xié)議層實現(xiàn)的功能，精簡出的協(xié)議子集如圖1：

圖1　精簡的tcp/ip協(xié)議子集

　　首先在鏈路層上，由于采用以太網(wǎng)的接入方式，系統(tǒng)必須要實現(xiàn)ieee802.3所規(guī)定的cdma/cd協(xié)議。cdma/cd協(xié)議不需用戶實現(xiàn)，此協(xié)議只要采用通用的以太網(wǎng)接口芯片就可支持。其次，為了保證系統(tǒng)在以太網(wǎng)中的通信，系統(tǒng)還需實現(xiàn)arp應(yīng)答協(xié)議,該協(xié)議用于將ip地址映射成以太網(wǎng)mac地址。arp的執(zhí)行依靠維持一張表來完成ip地址和mac的地址的映射。

　　在網(wǎng)絡(luò)層，由于系統(tǒng)要求能夠在internet進行通信，因此系統(tǒng)要實現(xiàn)ip協(xié)議。ip層的代碼有兩個功能：驗證到來的ip報文報頭的正確性，并且對tcp和icmp報文實行分流。因為不考慮ip的分片和重組,所以 ip層的代碼非常的精簡。為了能夠測試系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)的連接，系統(tǒng)需要實現(xiàn)icmp協(xié)議中的ping應(yīng)答協(xié)議,ping應(yīng)答協(xié)議主要是檢查網(wǎng)絡(luò)是否連通

　　在傳輸層， tcp為兩臺主機提供面向連接的、可靠的、無重復(fù)的雙向數(shù)據(jù)流傳輸服務(wù)，tcp協(xié)議設(shè)計了嚴(yán)格的3次建立連接握手過程、4次關(guān)閉連接握手過程,這些過程的實現(xiàn)對系統(tǒng)資源的耗費非常大。而udp的實現(xiàn)比較簡單，它在某些嵌入式internet的應(yīng)用場合可以很好地應(yīng)用�？紤]到系統(tǒng)的簡化及速度的要求，采用了udp協(xié)議，為了確保udp數(shù)據(jù)的到達，在應(yīng)用程序中采用了重復(fù)發(fā)送、回復(fù)確認(rèn)的方式來保證數(shù)據(jù)的正確性。

　　由于本嵌入式系統(tǒng)無http、ftp等應(yīng)用，所以應(yīng)用層中的協(xié)議無需實現(xiàn)。

　　3、協(xié)議的實現(xiàn)

　　本系統(tǒng)由于協(xié)議比較精簡，只保留了必須使用的一些協(xié)議，所以實現(xiàn)過程相對簡單。實現(xiàn)過程中的一個總目標(biāo)是系統(tǒng)開銷要少，每一層之