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

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(lèi)型的數(shù)據(jù)變換其存儲(chǔ)順序。字節(jié)順序是指占內(nèi)存多于一個(gè)字節(jié)類(lèi)型的數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的存放順序，通常有小端、大端兩種字節(jié)順序。小端字節(jié)序是指低字節(jié)數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存低地址處，高字節(jié)數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存高地址處；大端字節(jié)序是指高字節(jié)數(shù)據(jù)存放在低地址處，低字節(jié)數(shù)據(jù)存放在高地址處。

C編譯器修改

在LwIP中各個(gè)報(bào)頭的定義使用struct結(jié)構(gòu)，默認(rèn)情況下C編譯器為結(jié)構(gòu)的每個(gè)成員按其自然對(duì)界條件分配空間，但是LwIP使用的是通過(guò)結(jié)構(gòu)體中不同數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度來(lái)讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)的，所以必須對(duì)編譯器進(jìn)行修改，讓它放棄字節(jié)對(duì)齊。

與μC/OS操作系統(tǒng)接口的實(shí)現(xiàn)

與操作系統(tǒng)相關(guān)的結(jié)構(gòu)和函數(shù)主要可以分為信號(hào)量、消息隊(duì)列、定時(shí)器函數(shù)和創(chuàng)建新線程函數(shù)，下面從4個(gè)部分對(duì)移植的過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)地論述。

(1) 信號(hào)量

LwIP 中需要使用信號(hào)量進(jìn)行通信，所以在sys_arch中應(yīng)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的信號(hào)量結(jié)構(gòu)體struct sys_semt和處理函數(shù)sys_sem_new() 、sys_sem_free() 、sys_sem_signal ( ) 和sys_arch_sem_wait ( ) 。由于μC/OS已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了信號(hào)量OSEVENT的各種操作，并且功能和LwIP上面幾個(gè)函數(shù)的目的功能是完全一樣的，所以只要把μC/OS的函數(shù)重新包裝成上面的函數(shù)，就可直接使用。

(2) 消息隊(duì)列

LwIP 使用消息隊(duì)列來(lái)緩沖、傳遞數(shù)據(jù)報(bào)文，因此要實(shí)現(xiàn)消息隊(duì)列結(jié)構(gòu)sys_mbox_t ，以及相應(yīng)的操作函數(shù)：sys_mbox_new() 、sys_mbox_free () 、sys_mbox _post () 和sys_arch_mbox_fetch() 。μC/OS實(shí)現(xiàn)了消息隊(duì)列結(jié)構(gòu)OSQ 及其操作，但是μC/OS沒(méi)有對(duì)消息隊(duì)列中的消息進(jìn)行管理，因此不能直接使用，必須在μC/OS的基礎(chǔ)上重新實(shí)現(xiàn)。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，對(duì)隊(duì)列本身的管理利用μC /OS自己的OSQ操作完成，然后使用μC/OS中的內(nèi)存管理模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)消息的創(chuàng)建、使用、刪除和回收，兩部分綜合起來(lái)形成了LwIP的消息隊(duì)列功能。

(3) 定時(shí)器函數(shù)

LwIP 中每個(gè)和TCP/IP相關(guān)的任務(wù)的一系列定時(shí)事件組成一個(gè)單向鏈表，每個(gè)鏈表的起始指針存在lwip_timeouts 的對(duì)應(yīng)表項(xiàng)中，如圖2所示。移植時(shí)需要實(shí)現(xiàn)struct sys_timeouts* sys_arch_timeouts (void) 函數(shù)，該函數(shù)返回目前正處于運(yùn)行態(tài)的線程所對(duì)應(yīng)的timeout 隊(duì)列指針。

圖2　定時(shí)事件鏈表

(4) 創(chuàng)建新線程函數(shù)

在 μC/OS 中，沒(méi)有線程(thread) 的概念，只有任務(wù)(Task) 。它提供了創(chuàng)建新任務(wù)的系統(tǒng)API調(diào)用OSTaskCreate，因此只要把OSTaskCreate封裝一下，就可以實(shí)現(xiàn) sys_thread_new。需要注意的是LwIP中的thread并沒(méi)有μC/OS 中優(yōu)先級(jí)的概念，實(shí)現(xiàn)時(shí)要由用戶事先為L(zhǎng)wIP中創(chuàng)建的線程分配好優(yōu)先級(jí)。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的移植

本系統(tǒng)中選擇的以太網(wǎng)控制芯片是RTL8019AS ，它是8/16 位ISA總線的網(wǎng)卡，遵循IEEE802. 3 協(xié)議。

RTL8019AS 內(nèi)部按鏈路數(shù)的不同，可以劃分為遠(yuǎn)程DMA通道和本地DMA 兩個(gè)部分。當(dāng)主處理器要向網(wǎng)上發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，先將一幀數(shù)據(jù)通過(guò)遠(yuǎn)程DMA 通道送到RTL8019AS中的發(fā)送緩沖區(qū)，然后發(fā)送傳送命令。RTL8019AS在完成上一幀的發(fā)送后，再進(jìn)行此幀的發(fā)送。RTL8019AS接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)MAC比較、CRC 校驗(yàn)后，由FIFO存到接收緩沖區(qū)，收滿一幀后，以中斷或寄存器標(biāo)志的方式通知主處理器，主處理器再通過(guò)遠(yuǎn)程DMA 通道讀取這一幀數(shù)據(jù)。

在LwIP中有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口都對(duì)應(yīng)了一個(gè)struct netif，這個(gè)netif包含了相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)接口的屬性、收發(fā)函數(shù)。LwIP 調(diào)用netif 的方法netif->input() 及netif->output() 進(jìn)行以太網(wǎng)packet的收、發(fā)等操作。LwIP的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)有一定的模型，/src/netif/ethernetif.c 文件即為驅(qū)動(dòng)的模板，用戶為自己的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)時(shí)應(yīng)參照此模板。

LwIP 協(xié)議的測(cè)試

為了進(jìn)行應(yīng)用程序的測(cè)試，首先在μC/OS中初始化LwIP，創(chuàng)建相應(yīng)的任務(wù)，值得注意的是LwIP的初始化必須在μC/OS完全啟動(dòng)之后，也就是在任務(wù)中進(jìn)行，因?yàn)樗某跏蓟玫搅诵盘?hào)量等與操作系統(tǒng)相關(guān)的操作。

本系統(tǒng)使用EVB2107(Evaluation Board2107) 評(píng)估板進(jìn)行應(yīng)用程序的調(diào)試，該評(píng)估板是輔助用戶開(kāi)發(fā)調(diào)試M.CORE系列中的MMC2107 微控制器的一種電路板，外擴(kuò)2MB FLASH和1MB SRAM存儲(chǔ)器，利用EVB 2107用戶可以開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序的代碼。測(cè)試時(shí)，可以把網(wǎng)卡的IP地址設(shè)置為任意值，在CodeWarrior IDE 的控制臺(tái)窗口中運(yùn)行ping IP地址-l2000-t，不間斷用長(zhǎng)度為2000的數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行ping測(cè)試，同時(shí)使用tftp 客戶端軟件給該IP 地址下載一個(gè)幾兆的程序，發(fā)現(xiàn)一切工作正常，說(shuō)明ARP、ICMP、IP、TCP 協(xié)議都已正確運(yùn)行。

總結(jié)

本設(shè)計(jì)方案兼顧了小容量和通用性的要求，可以在多種硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，并且便于移植。