TCP/IP協(xié)議在VRS51單片機(jī)上的實(shí)現(xiàn)

　　uIP處于網(wǎng)絡(luò)通信的中間，其上層協(xié)議是應(yīng)用程序?qū)?，其下層硬件或固件稱為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)層。uIP并不僅僅是為以太網(wǎng)設(shè)計(jì)的，它與媒體無(wú)關(guān)。

uIP的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序接口

　　uIP中需要底層驅(qū)動(dòng)支持的函數(shù)有：uip_input( )和uip_periodic( )。uip_input( )函數(shù)是用來(lái)處理網(wǎng)絡(luò)層和設(shè)備驅(qū)動(dòng)層之間的傳送數(shù)據(jù)的，當(dāng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序從網(wǎng)絡(luò)層收到一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)會(huì)調(diào)用此函數(shù)，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序會(huì)事先把數(shù)據(jù)包存放在uip_buf[ ]緩沖區(qū)里，而把數(shù)據(jù)長(zhǎng)度放到uip_len，然后交給uip_input( )函數(shù)處理。當(dāng)函數(shù)返回時(shí)，如果uip_len不為0，則表明帶有數(shù)據(jù)。如果需要ARP支持時(shí)，則要考慮更新ARP 表或者發(fā)送ARP請(qǐng)求和回應(yīng)。

　　uip_periodic( )用于內(nèi)部時(shí)鐘事件計(jì)時(shí)，當(dāng)周期定時(shí)激發(fā)時(shí)，每一個(gè) TCP連接應(yīng)該調(diào)用uip_periodic( )函數(shù)。這個(gè)函數(shù)用于uIP內(nèi)核對(duì)各連接的定時(shí)輪循，因此需要一個(gè)硬件支持的定時(shí)程序周期性地用它輪循各連接，一般用于檢查主機(jī)是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送，如果需要?jiǎng)t構(gòu)造IP包。

　從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，uip_input( )和uip_periodic( )在內(nèi)部是一個(gè)函數(shù)，即uip_process ( )。UIP的設(shè)計(jì)者將uip_process(UIP_DATA)定義成uip_input( )，而將uip_process(UIP_TIMER)定義成uip_periodic( )，因此從代碼實(shí)現(xiàn)上來(lái)說(shuō)是完全復(fù)用的。

uIP應(yīng)用程序接口

　　uIP在接受到底層傳來(lái)的數(shù)據(jù)包后，如需送上層應(yīng)用程序處理，就會(huì)調(diào)UIP_APPCALL( )，同時(shí)uIP設(shè)置UIP_CONN結(jié)構(gòu)體指針指向當(dāng)前連接。UIP_CONN記錄一條TCP連接的所有相關(guān)信息。為了將用戶的應(yīng)用程序掛接到uIP中，必須將宏UIP_APPCALL( )定義成實(shí)際的應(yīng)用程序函數(shù)名，這樣每當(dāng)某個(gè)uIP事件發(fā)生時(shí)，內(nèi)核就會(huì)調(diào)用該應(yīng)用程序進(jìn)行處理。如果要加入應(yīng)用程序狀態(tài)的話，必須將宏UIP_APPSTATE_SIZE定義成應(yīng)用程序狀態(tài)結(jié)構(gòu)體的長(zhǎng)度。

uIP在VRS51L3074上的應(yīng)用和簡(jiǎn)單Socket通信

　　本硬件平臺(tái)是網(wǎng)絡(luò)POS機(jī)的一部分，它的工作原理是：由掃描槍采集的數(shù)據(jù)經(jīng)串口送入網(wǎng)卡內(nèi)，然后經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)端主機(jī)。

　　本系統(tǒng)的軟件部分包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、TCP/IP協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)以及簡(jiǎn)單的Socket通信程序。

　　CS8900主要包括三個(gè)部分：EtherDevInit（）函數(shù)完成CS8900A網(wǎng)絡(luò)芯片的初始化，包括初始化寄存器等，使之進(jìn)入服務(wù)狀態(tài)；EtherDevSend（）實(shí)現(xiàn)把以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中；EtherDevRecv（）完成數(shù)據(jù)的接受。在CS8900的頭文件中設(shè)置了MAC地址以及其他的一些參數(shù)。

　　網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通過兩個(gè)全局變量與uIP協(xié)議棧進(jìn)行接口：uip_buf為收發(fā)緩沖區(qū)，uip_len為數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。EtherDevSend( )函數(shù)把uip_buf里的數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中，EtherDevRecv( )函數(shù)把接受到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到uip_buf緩沖區(qū)中，同時(shí)修改uip_len的值。

　uIP協(xié)議棧承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)通信功能，一方面與底層鏈路層通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)，另一方面為上層應(yīng)用程序提供了簡(jiǎn)單的API接口。uIP基本實(shí)現(xiàn)了IP、TCP、ARP、UDP以及ICMP（ping）等協(xié)議，它包括uip.c、uip_arch.c、uip_arp.c、uip.h、uipopt.h、uip_arch.h、uip_arp.h等文件。uip.c完成主要TCP/IP功能，主要是IP和TCP協(xié)議，UDP是可選模塊；uip_arp.c完成地址解析；uip_arch.c完成校驗(yàn)；uipopt.h是uIP配置文件，它以宏的形式定義便于修改，用戶可根據(jù)自己的需要設(shè)置本地的物理地址、IP地址、網(wǎng)關(guān)地址、收發(fā)緩沖區(qū)大小、支持的最大連接數(shù)以及ARP表大小等選項(xiàng)。
VRS51L3074有3個(gè)16-bit的定時(shí)器，可以選擇一個(gè)為TCP/IP協(xié)議中與事件有關(guān)的事件定時(shí)。uIP中需要定時(shí)的事件有：為uip_periodic( )函數(shù)的執(zhí)行提供基準(zhǔn)和ARP表更新。uip_periodic( )函數(shù)每0.5秒執(zhí)行一次，ARP表每10秒更新一次。

　　添加了必需的模塊，進(jìn)行了正確的配置后，需要編寫主程序和應(yīng)用程序初始化包括定時(shí)器初始化、串口初始化、網(wǎng)卡芯片初始化、uIP協(xié)議棧初始化、用戶應(yīng)用程序初始化等，主程序初始化完成后，進(jìn)入不停查詢的狀態(tài)，如果有數(shù)據(jù)到來(lái)，則交給uip_input( )進(jìn)行處理，如果沒有則由uip_periodic( )來(lái)處理定時(shí)事件。為了將應(yīng)用程序掛接到uIP中，必須把UIP_APPCALL( )定義為實(shí)際的應(yīng)用 程序函數(shù)名，這樣每當(dāng)某個(gè)uIP事件發(fā)生時(shí)，內(nèi)核就會(huì)調(diào)用該應(yīng)用程序進(jìn)行處理。本應(yīng)用程序定義 #define UIP_APPCALL socket_appcall。

結(jié)束語(yǔ)

　　本方案成功地把嵌入式TCP/IP協(xié)議棧uIP移植到VRS51單片機(jī)上，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)通信。該方案是網(wǎng)絡(luò)POS機(jī)的一部分，目前已經(jīng)正在運(yùn)行，且狀態(tài)良好。本方案采用的單片機(jī)和網(wǎng)絡(luò)芯片不但性能良好而且價(jià)格低廉，uIP是一個(gè)性能優(yōu)良的免費(fèi)小型TCP/IP協(xié)議棧，因此本系統(tǒng)運(yùn)行速度快、穩(wěn)定可靠且價(jià)位較低。本方案可廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、傳輸，遠(yuǎn)程監(jiān)控，遠(yuǎn)程抄表以及 信息家電等領(lǐng)域。