一種協(xié)議棧設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

　基于驅(qū)動(dòng)程序的協(xié)議棧設(shè)計(jì)，相比于傳統(tǒng)的基于任務(wù)的協(xié)議棧設(shè)計(jì)來說有兩點(diǎn)好處：（1）效率更高；（2）對(duì)于有多個(gè)協(xié)議棧的系統(tǒng)來說，有更大的兼容性。

　　協(xié)議棧是指網(wǎng)絡(luò)中各層協(xié)議的總和，其形象的反映了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中文件傳輸?shù)倪^程：由上層協(xié)議到底層協(xié)議，再由底層協(xié)議到上層協(xié)議。使用最廣泛的是英特網(wǎng)協(xié)議棧。協(xié)議棧是指網(wǎng)絡(luò)中各層協(xié)議的總和，其形象的反映了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中文件傳輸?shù)倪^程：由上層協(xié)議到底層協(xié)議，再由底層協(xié)議到上層協(xié)議。使用最廣泛的是英特網(wǎng)協(xié)議棧，由上到下的協(xié)議分別是：應(yīng)用層（HTTP,TELNET,DNS,EMAIL等），運(yùn)輸層（TCP,UDP），網(wǎng)絡(luò)層（IP），鏈路層（WI-FI,以太網(wǎng)，令牌環(huán)，F(xiàn)DDI等），物理層。

　　1 基于任務(wù)的方式

　　在我們比較兩種設(shè)計(jì)方式的技術(shù)細(xì)節(jié)之前，我們必須了解它們。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式包括將協(xié)議棧置于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)或內(nèi)核之上，但是大多數(shù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)不提供網(wǎng)絡(luò)互連的框架。所以，協(xié)議棧的設(shè)計(jì)者們不得不利用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)提供的機(jī)制--Task.圖1說明了如何利用任務(wù)來實(shí)現(xiàn)一個(gè)三層間通信的協(xié)議。每一層被作為一個(gè)單獨(dú)的任務(wù)，外加任務(wù)間通信機(jī)制負(fù)責(zé)傳送數(shù)據(jù)和控制包上下通過協(xié)議棧，程序設(shè)計(jì)者負(fù)責(zé)定義層與層之間的接口和一個(gè)應(yīng)用程序接口（API），以利于應(yīng)用程序員傳送和接收數(shù)據(jù)。

　　在這里存在幾個(gè)效率不高的來源：首先，正如圖1中點(diǎn)線所說明的，當(dāng)包在應(yīng)用程序、上層的通信協(xié)議，以及網(wǎng)絡(luò)接口的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序之間交換時(shí)，下層的操作系統(tǒng)正忙于上下文切換，每一次實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)掛起其中一個(gè)任務(wù)，恢復(fù)執(zhí)行另一個(gè)任務(wù)，時(shí)間都浪費(fèi)在存取任務(wù)上下文中，考慮到每一個(gè)包無論是發(fā)還是收，都要通過協(xié)議棧的每一層，上下文切換的確造成了巨大的浪費(fèi)。另外，當(dāng)數(shù)據(jù)和控制包在應(yīng)用程序任務(wù)和網(wǎng)絡(luò)接口之間流動(dòng)時(shí)，包含此類信息的緩沖區(qū)必然重復(fù)在任務(wù)間通信隊(duì)列加入或刪除。然而，這個(gè)系統(tǒng)開銷是很大的，這本身是由于系統(tǒng)在隊(duì)列操作時(shí)必然包括需與中斷和上下文切換隔離的臨界區(qū)。因此，不僅時(shí)間浪費(fèi)于隊(duì)列操作，而且整個(gè)系統(tǒng)對(duì)一些重要的事件例如中斷的響應(yīng)變得延遲。

　　2 基于驅(qū)動(dòng)程序的方法

　　英文名為Device Driver,全稱為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是一種可以使計(jì)算機(jī)和設(shè)備通信的特殊程序，可以 說相當(dāng)于硬件的接口，操作系統(tǒng)只有通過這個(gè)接口，才能控制硬件設(shè)備的工作，假如某設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序未能正確安裝，便不能正常工作。 因此，驅(qū)動(dòng)程序被譽(yù)為 硬件的靈魂、硬件的主宰、和硬件和系統(tǒng)之間的橋梁等。

　　另外一種選擇是將協(xié)議棧各層置于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)之中，圖2說明了基于此種方案，同樣的三層間通信協(xié)議是如何實(shí)施的。兩者之間的顯著區(qū)別在于：各個(gè)協(xié)議層是作為驅(qū)動(dòng)程序模塊，而不是任務(wù)來實(shí)現(xiàn)的。

　　另外一個(gè)改變?cè)谟冢簠f(xié)議棧之上還有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模塊。加入這個(gè)模塊的目的在于將與協(xié)議無關(guān)的網(wǎng)絡(luò)特性抽象化。也就是說，它將應(yīng)用程序設(shè)計(jì)者用來在協(xié)議棧間收發(fā)數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序接口（API）標(biāo)準(zhǔn)化，例如：你的嵌入式系統(tǒng)可能需要同時(shí)支持基于調(diào)制解調(diào)器接口的PPP連到一臺(tái)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)和一個(gè)紅外接口用來與本地計(jì)算機(jī)通信。然而程序設(shè)計(jì)者不必為兩個(gè)事件各自編程，它只需用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模塊提供API與其它計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，唯一的區(qū)別在于通過哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口而已。