LwIP協(xié)議棧在uCOS II下的實(shí)現

1、概述：
LwIP協(xié)議棧在設計時(shí)就考慮到了將來(lái)的移植問(wèn)題，因此把所有與硬件、OS、編譯器相關(guān)的部份獨立出來(lái)，放在ucosiiLwIPsource etlwiparch目錄下。因此LwIP在uCOS II上的實(shí)現就是修改這個(gè)目錄下的文件，其它的文件一般不應該修改。下面分幾部份分別說(shuō)明相應文件的實(shí)現原理和過(guò)程。

2、與CPU或編譯器相關(guān)的include文件：
ucosiiLwIPsource etlwiparchucosIIincludearch目錄下cc.h、cpu.h、perf.h中有一些與CPU或編譯器相關(guān)的定義，如數據長(cháng)度，字的高低位順序等。這應該與用戶(hù)實(shí)現µC/OS II時(shí)定義的數據長(cháng)度等參數是一致的。
#define BYTE_ORDER LITTLE_ENDIAN //C33209默認為小端存儲系統
//數據類(lèi)型長(cháng)度的定義
typedef unsigned char u8_t;
typedef signed char s8_t;
typedef unsigned short u16_t;
typedef signed short s16_t;
typedef unsigned int u32_t;
typedef signed int s32_t;
此外還有一點(diǎn)：一般情況下C語(yǔ)言的結構體struct是4字節對齊的，但是在處理數據包的時(shí)候，LwIP使用的是通過(guò)結構體中不同數據的長(cháng)度來(lái)讀取相應的數據的，所以，一定要在定義struct的時(shí)候使用_packed關(guān)鍵字，讓編譯器放棄struct的字節對齊。LwIP也考慮到了這個(gè)問(wèn)題，所以，在它的結構體定義中有幾個(gè)PACKED_FIELD_xxx宏，默認的時(shí)候這幾個(gè)宏都是空的，可以在移植的時(shí)候添加不同的編譯器所對應的_packed關(guān)鍵字。比如在Skyeye（C33209）上對應gcc編譯器的定義：
#define PACK_STRUCT_FIELD(x) x __attribute__((packed))
#define PACK_STRUCT_STRUCT __attribute__((packed))
#define PACK_STRUCT_BEGIN
#define PACK_STRUCT_END

3、sys_arch操作系統相關(guān)部份：
sys_arch.[ch]中的內容是與OS相關(guān)的一些結構和函數，主要可以分為四個(gè)部份：
(1) sys_sem_t 信號量
LwIP中需要使用信號量通信，所以在sys_arch中應實(shí)現信號量結構體和處理函數：
struct sys_sem_t
sys_sem_new（） //創(chuàng )建一個(gè)信號量結構
sys_ sem _free（） //釋放一個(gè)信號量結構
sys_ sem _signal（） //發(fā)送信號量
sys_ arch_sem _wait（） //請求信號量
由于µC/OSII已經(jīng)實(shí)現了信號量OS_EVENT的各種操作，并且功能和LwIP上面幾個(gè)函數的目的功能是完全一樣的，所以只要把µC/OSII的函數重新包裝成上面的函數，就可以直接使用了。
(2) sys_mbox_t 消息
LwIP使用消息隊列來(lái)緩沖、傳遞數據報文，因此要在sys_arch中實(shí)現消息隊列結構sys_mbox_t，以及相應的操作函數：
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
µC/OSII同樣實(shí)現了消息隊列結構OSQ及其操作，但是µC/OS-II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µC/OS-II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µC/OS-II自己的OSQ操作完成，然后使用µC/OS-II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µC/OS 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µC/OS 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、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。在我的系統中，由于使用了gcc編譯器，gcc的lib庫里已經(jīng)有了兩個(gè)字符串操作函數。若用戶(hù)的編譯器的庫中沒(méi)有這些函數，需要自己編寫(xiě)。

5、網(wǎng)絡(luò )設備驅動(dòng)程序：
在我的系統中使用的網(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。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，ucosiiLwIPsource etlwiparchucosII etif 中的ne2kif.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)ne2kif包含了相應網(wǎng)絡(luò )接口的屬性、收發(fā)函數。LwIP調用ne2kif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 low_level_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 ne2k_recv_packet (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 ne2k_send_packet (struct netif *netif, struct pbuf *p, struct ip_addr *ipaddr)
//網(wǎng)卡中斷處理函數ISR
void ne2k_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LwIP的網(wǎng)站下載。