實(shí)時(shí)操作系統uC/0S II下TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現

sys_mbox_new() //創(chuàng )建一個(gè)消息隊列

sys_mbox_free() //釋放一個(gè)消息隊列

sys_mbox_post() //向消息隊列發(fā)送消息

sys_arch_mbox_fetch() //從消息隊列中獲取消息

uC/0SII同樣實(shí)現了消息隊列結構OSQ及其操作，但是uC/0SII沒(méi)有對消息隊列中的消息進(jìn)行管理，因此不能直接使用，必須在uC/0SII的基礎上重新實(shí)現。為了實(shí)現對消息的管理，我們定義了以下結構：

typedef struct {

OS_EVENT* pQ;

void* pvQEntries[MAX_QUEUE_ENTRIES];

} sys_mbox_t;

在以上結構中，包括OS_EVENT類(lèi)型的隊列指針(pQ)和隊列內的消息(pvQEntries)兩部分，對隊列本身的管理利用uC/0SII自己的OSQ操作完成，然后使用uC/0SII中的內存管理模塊實(shí)現對消息的創(chuàng )建、使用、刪除回收，兩部分綜合起來(lái)形成了LwIP的消息隊列功能。

(3) sys_arch_timeout 函數

LwIP中每個(gè)與外界網(wǎng)絡(luò )連接的線(xiàn)程都有自己的timeout屬性，即等待超時(shí)時(shí)間。這個(gè)屬性表現為每個(gè)線(xiàn)程都對應一個(gè)sys_timeout結構體隊列，包括這個(gè)線(xiàn)程的timeout時(shí)間長(cháng)度，以及超時(shí)后應調用的timeout函數，該函數會(huì )做一些釋放連接，回收資源的工作。如果一個(gè)線(xiàn)程對應的sys_timeout為空(NULL)，說(shuō)明該線(xiàn)程對連接做永久的等待。

timeout結構體已經(jīng)由LwIP自己在sys.h中定義好了，而且對結構體隊列的數據操作也由LwIP負責，我們所要實(shí)現的是如下函數：

struct sys_timeouts * sys_arch_timeouts(void)

這個(gè)函數的功能是返回目前正處于運行態(tài)的線(xiàn)程所對應的timeout隊列指針。timeout隊列屬于線(xiàn)程的屬性，因此是OS相關(guān)的函數，只能由用戶(hù)實(shí)現。

(4) sys_thread_new 創(chuàng )建新線(xiàn)程

LwIP可以是單線(xiàn)程運行，即只有一個(gè)tcpip線(xiàn)程(tcpip_thread)，負責處理所有的tcp/ucp連接，各種網(wǎng)絡(luò )程序都通過(guò)tcpip線(xiàn)程與網(wǎng)絡(luò )交互。但LwIP也可以多線(xiàn)程運行，以提高效率，降低編程復雜度。這時(shí)就需要用戶(hù)實(shí)現創(chuàng )建新線(xiàn)程的函數：

void sys_thread_new(void (* thread)(void *arg), void *arg);

在uC/0S II中，沒(méi)有線(xiàn)程(thread)的概念，只有任務(wù)(Task)。它已經(jīng)提供了創(chuàng )建新任務(wù)的系統API調用OSTaskCreate，因此只要把OSTaskCreate封裝一下，就可以實(shí)現sys_thread_new。需要注意的是LwIP中的thread并沒(méi)有uC/0S II中優(yōu)先級的概念，實(shí)現時(shí)要由用戶(hù)事先為L(cháng)wIP中創(chuàng )建的線(xiàn)程分配好優(yōu)先級。

4.4 lib_arch中庫函數的實(shí)現

LwIP協(xié)議棧中用到了8個(gè)外部函數，這些函數通常與用戶(hù)使用的系統或編譯器有關(guān)，因此留給用戶(hù)自己實(shí)現。如下：

u16_t htONs(u16_t n); //16位數據高低字節交換

u16_t ntohs(u16_t n);

u32_t htonl(u32_t n); //32位數據大小頭對調

u32_t ntohl(u32_t n);

int strlen(const char *str); //返回字符串長(cháng)度

int strncmp(const char *str1, const char *str2, int len); //字符串比較

void bcopy(const void *src, void *dest, int len); //內存數據塊之間的互相拷貝

void bzero(void *data, int n); //內存中指定長(cháng)度的數據塊清零

前四個(gè)函數通常由用戶(hù)自己實(shí)現。Skyeye(ARM7)中，由于使用了gcc編譯器，gcc的lib庫里已經(jīng)有了后四個(gè)函數。而ez80的編譯器函數庫中缺少bcopy和bzero兩個(gè)，需要自己編寫(xiě)。用戶(hù)在其它CPU上實(shí)現時(shí)應根據自己的編譯器來(lái)決定。

4.5 網(wǎng)絡(luò )設備驅動(dòng)程序

ez80開(kāi)發(fā)板自帶的網(wǎng)絡(luò )芯片為RealTek的8019as芯片，這是ISA 10BASE-T的以太網(wǎng)芯片，與Ne2k兼容。而我們在A(yíng)T91模擬器Skyeye中所仿真的網(wǎng)絡(luò )芯片也是Ne2k，所以目前實(shí)現的網(wǎng)絡(luò )設備驅動(dòng)是針對Ne2k的，其它類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò )芯片驅動(dòng)可以在LwIP的網(wǎng)站上找到。LwIP的網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)有一定的模型，/src/netif/ethernetif.c 文件即為驅動(dòng)的模板，用戶(hù)為自己的網(wǎng)絡(luò )設備實(shí)現驅動(dòng)時(shí)應參照此模板。

在LwIP中可以有多個(gè)網(wǎng)絡(luò )接口，每個(gè)網(wǎng)絡(luò )接口都對應了一個(gè)struct netif，這個(gè)netif包含了相應網(wǎng)絡(luò )接口的屬性、收發(fā)函數。LwIP調用netif的方法netif->input()及netif->output()進(jìn)行以太網(wǎng)packet的收、發(fā)等操作。在驅動(dòng)中主要做的，就是實(shí)現網(wǎng)絡(luò )接口的收、發(fā)、初始化以及中斷處理函數。驅動(dòng)程序工作在IP協(xié)議模型的網(wǎng)絡(luò )接口層，它提供給上層(IP層)的接口函數如下：

//網(wǎng)卡初始化函數

void ethernetif_init(struct netif *netif)

//網(wǎng)卡接收函數，從網(wǎng)絡(luò )接口接收以太網(wǎng)數據包并把其中的IP報文向IP層發(fā)送

//在中斷方式下由網(wǎng)卡ISR調用

void ethernetif_input(struct netif *netif)

//網(wǎng)卡發(fā)送函數，給IP層傳過(guò)來(lái)的IP報文加上以太網(wǎng)包頭并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )接口發(fā)送

err_t ethernetif_output(struct netif *netif, struct pbuf *p, struct ip_addr *ipaddr)

//網(wǎng)卡中斷處理函數ISR

void ethernetif_isr(void);

以上的函數都可以分為協(xié)議棧本身的處理和對網(wǎng)絡(luò )接口硬件的操作兩部份，但硬件操作是對上層屏蔽的，具體參見(jiàn)RTL8019as、DM9008等Ne2k網(wǎng)絡(luò )芯片的數據手冊。驅動(dòng)程序可以到Skyeye或LwIP的網(wǎng)站下載。

5 應用實(shí)例的建立和測試

做完上面的移植修改工作以后，就可以在uC/0SII中初始化LwIP，并創(chuàng )建TCP或UDP任務(wù)進(jìn)行測試了。這部份完全是C語(yǔ)言的實(shí)現，因此這部份在ez80和ARM7上基本都是一樣的。值得注意的是LwIP的初始化必須在uC/0SII完全啟動(dòng)之后也就是在任務(wù)中進(jìn)行，因為它的初始化用到了信號量等OS相關(guān)的操作。關(guān)鍵部份的代碼和說(shuō)明如下：

main(){

OSInit();

OSTaskCreate(lwip_init_task, LineNo11, lwip_init_stk[TASK_STK_SIZE-1], 0);

OSTaskCreate(usr_task,LineNo12,usr_stk[TASK_STK_SIZE-1],1);

OSStart();

}

主程序中創(chuàng )建了lwip_init_task初始化LwIP任務(wù)(優(yōu)先級0)和usr_task用戶(hù)任務(wù)(優(yōu)先級1)。lwip_init_task任務(wù)中除了初始化硬件時(shí)鐘和LwIP之外，還創(chuàng )建了tcpip_thread(優(yōu)先級5)和tcpecho_thread(優(yōu)先級6)。實(shí)際上tcpip_thread才是LwIP的主線(xiàn)程，多線(xiàn)程的Berkley API也是基于這個(gè)線(xiàn)程實(shí)現的，即上面的tcpecho_thread線(xiàn)程也要依靠tcpip_thread線(xiàn)程來(lái)與外界通信，這樣做的好處是編程簡(jiǎn)單，結構清晰。