基于ARM的嵌入式TCP/IP協(xié)議的實現(xiàn)

ＡＲＰ協(xié)議為３２位ＩＰ地址到對應(yīng)的４８位以太網(wǎng)地址之間提供動態(tài)映射。嵌入式系統(tǒng)中僅響應(yīng)ＡＲＰ請求，發(fā)送ＡＲＰ回答包。請求者廣播出包含ＡＲＰ請求的以太幀、目的以太網(wǎng)地址為全１的廣播地址。本機(jī)收到后，由目的ＩＰ地址發(fā)現(xiàn)自己是目的主機(jī)，發(fā)送一個ＡＲＰ回答。ＩＣＭＰ通過ＩＰ協(xié)議傳輸其報文。ＩＰ協(xié)議是無連接的，它無法將報文和錯誤信息傳到最初的主機(jī)，ＩＣＭＰ將狀態(tài)信息和錯誤信息發(fā)送到發(fā)報文的主機(jī)。

２ 前端設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)計

ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議擴(kuò)展到工業(yè)控制級，將企業(yè)內(nèi)部計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場實時信息的發(fā)布和顯示，通過Ｉｎｔｅｒｎｅｔ瀏覽器對現(xiàn)場工業(yè)信息進(jìn)行動態(tài)監(jiān)視。下面是筆者在某公司一分布式監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用實例?；冢裕茫校桑袇f(xié)議的前端設(shè)備系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖３。前端嵌入式設(shè)備處理器是Ｓａｍｓｕｎｇ公司的Ｓ３Ｃ４５１０Ｂ（ＡＲＭ核）。該芯片是用在基于以太網(wǎng)系統(tǒng)的高性價比、高性能的１６／３２位ＲＩＳＣ微控制器。通信部分采用ＢＮＣ接口方式，信號輸出經(jīng)耦合隔離變壓器由ＲＪ４５接頭聯(lián)入集線器，此外還設(shè)計了液晶顯示和鍵盤輸入當(dāng)?shù)亟涌诠δ堋?/P>

在ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議中多處用到超時和重發(fā)機(jī)制。這種機(jī)制對于確保兩個或多個彼此獨立的通信結(jié)點從通信錯誤或故障狀態(tài)自動恢復(fù)到正常狀態(tài)是非常有效的，但也增加了軟件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。因為對超時的處理通常獨立于正常程序流程，也就是與正常的程序流程異步。要實現(xiàn)的ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議軟件中有四處要用到定時器：第一是在ＡＲＰ高速緩存的維護(hù)中，被添加到ＡＲＰ高速緩存中的表項在一段時間后要置為無效；第二是在等待對發(fā)出的ＡＲＰ請求返回響應(yīng)時，可能會在指定的超時時間內(nèi)還未收到返回的響應(yīng)；第三是在ＩＰ組裝收到分片時，由于部分分片在一定時間內(nèi)沒有收到而丟棄整個ＩＰ包；第四是在ＴＣＰ等待接收方對數(shù)據(jù)段的確認(rèn)時。如果在指定時間內(nèi)還未收到對某個數(shù)據(jù)段的確認(rèn)，需重新發(fā)送。從上述可見，要實現(xiàn)的定時器具備以下特點：

·對定時的精度要求都不是很高，基本都是秒級的精度。這樣，完全可以稍滯后一些來處理定時器超時，不把超時處理放在時鐘中斷處理程序中。

·對同一類超時處理可以由同一處理程序來完成，只是傳入到相應(yīng)的處理程序中的參數(shù)不同而已。例如一個ＡＲＰ高速緩存中的表項超時時，需要將其置為無效，可以統(tǒng)一用一個處理程序，參數(shù)中放入相應(yīng)的表項地址即可。

首先，定義一定時器的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如圖４所示。每一類超時都是由一個超時控制塊和其所屬的一個由超時事件項組成的鏈表管理。整個鏈表按超時事件將要發(fā)生的時間順序排列，先發(fā)生的超時事件排列在前。超時控制塊中的ｈｅａｄ＿ｐｔｒ用以指向一個超時事件項鏈表的首項；ｔｉｍｅｏｕｔ＿ｐｒｏｃｅｓｓ是超時事件發(fā)生時處理程序的入口地址。在每個超時事件項中，ｎｅｘｔ＿ｐｔｒ指向鏈表中的下一項；ｒｅｌａｔｉｖｅ＿ｔｉｍｅ是本表項的超時事件相對于上一表項的超時事件發(fā)生的相對時間。所以某個表項表示的超時事件距離當(dāng)前的時間是它以前所有表項（包括自身）中的ｒｅｌａｔｉｖｅ＿ｔｉｍｅ的和。ｒｅｌａｔｉｖｅ＿ｔｉｍｅ的基本單位是ｇｒａｎｕｌａｒｉｔｙ。

定時器任務(wù)使用一個信號量作同步。信號量有兩個變量：ｃｏｕｎｔ和ｗａｉｔｉｎｇ＿ｔａｓｋ。ｃｏｕｎｔ對事件計數(shù)，當(dāng)ｃｏｕｎｔ大于０時，表示有ｃｏｕｎｔ個事件發(fā)生并等待處理；當(dāng)ｃｏｕｎｔ小于０時，表示有某個任務(wù)在等待事件的發(fā)生，此時ｗａｉｔｉｎｔ＿ｔａｓｋ保存相應(yīng)任務(wù)控制塊的地址。信號量有兩個操作：ｓｅｍ＿ｕｐ和ｓｅｍ＿ｄｏｗｎ。ｓｅｍ＿ｕｐ首先使ｃｏｕｎｔ加１，然后看ｃｏｕｎｔ是否為０，若為０表示有任務(wù)在等待，通過ｗａｉｔｉｎｇ＿ｔａｓｋ中記錄的任務(wù)控制塊的地址把等待任務(wù)的狀態(tài)設(shè)為就緒，否則返回。ｓｅｍ＿ｄｏｗｎ首先使ｃｏｕｎｔ減１然后看ｃｏｕｎｔ是否小于０，若小于０會使當(dāng)前任務(wù)成為等待狀態(tài)并引發(fā)任務(wù)管理器對任務(wù)的調(diào)度，否則返回。

每當(dāng)時鐘中斷服務(wù)程序計數(shù)到ｇｒａｎｕｌａｒｉｔｙ個時鐘中斷，給定時器任務(wù)使用的信號燈作ｓｅｍ＿ｕｐ操作。當(dāng)定時器任務(wù)被調(diào)度執(zhí)行時，它遍歷每一個超時控制塊，對每一個超時控制塊作如圖５所示的處理，最后對信號燈調(diào)用ｓｅｍ＿ｄｏｗｎ。