一種uIP TCP/IP協(xié)議棧在51系列單片機上的實(shí)現

　　1.2 uIP與系統計時(shí)接口

　　TCP/IP協(xié)議要處理許多定時(shí)事件，例如包重發(fā)、ARP表項更新。系統計時(shí)用于為所有uIP內部時(shí)鐘事件計時(shí)。當周期計時(shí)激發(fā)，每一個(gè)TCP連接應該調用uIP函數uip_periodic（）。TCP連接編號作為參數傳遞給uip_periodic（）函數。uip_periodic（）函數檢查參數指定的連接的狀態(tài)，如果需要重發(fā)則將重發(fā)數據放到包緩沖區（uip_buf）中并修改uip_len的值。當uip_periodic（）函數返回后，應該檢查uip_len的值，若不為0則將uip_buf緩沖區中的數據包發(fā)送到到網(wǎng)絡(luò )上。

　　ARP協(xié)議對于構建在以太網(wǎng)上的TCP/IP協(xié)議是必須的，但對于構建與其他網(wǎng)絡(luò )接口（例如：串行鏈路）上的TCP/IP則不是必需的。為了結構化的目的，uIP將ARP協(xié)議作為一個(gè)可添加的模塊單獨實(shí)現。因此，ARP表項的定時(shí)更新要單獨處理。系統定時(shí)器對ARP表的更新進(jìn)行定時(shí)，定時(shí)時(shí)間到則調用uip_arp_timer（）函數對過(guò)期表項進(jìn)行清除。

　　2 uIP協(xié)議棧與應用程序的接口

　　應用程序作為單獨的模塊由用戶(hù)實(shí)現，uIP協(xié)議棧提供一系列接口函數供用戶(hù)程序調用。用戶(hù)需將應用層入口程序作為接口提供給uIP協(xié)議棧，定義為宏UIP_APPCALL（）。uIP在接收到底層傳來(lái)的數據包后，若需要送上層應用程序處理，它就調用UIP_APPCALL（）。uIP提供給應用程序的接口函數按功能描述如下：

　　2.1 接收數據接口：應用程序利用uip_newdata（）函數檢測是否有新數據到達。全局變量uip_appdata指針指向實(shí)際數據。數據的大小通過(guò)uip_datalen（）函數獲得。

　　2.2 發(fā)送數據接口：應用程序通過(guò)使用uIP函數uip_send（）發(fā)送數據。uip_send（）函數采用兩個(gè)參數；一個(gè)指針指向發(fā)送數據起始地址，另一個(gè)指明數據的長(cháng)度。

　　2.3 重發(fā)數據接口：應用程序通過(guò)測試函數uip_rexmit（）來(lái)判斷是否需要重發(fā)數據，如果需要重發(fā)則調用uip_send（）函數重發(fā)數據包。

　　2.4 關(guān)閉連接接口：應用程序通過(guò)調用uip_close（）函數關(guān)閉當前連接。

　　2.5 報告錯誤接口：uIP提供錯誤報告函數檢測連接中出現的錯誤。應用程序可以使用兩個(gè)測試函數uip_aborted（）和uip _timedout（） 去測試那些錯誤情況。

　　2.6 輪詢(xún)接口：當連接空閑時(shí)，uIP會(huì )周期性地輪詢(xún)應用程序，判斷是否有數據要發(fā)送。應用程序使用測試函數uip_poll（）去檢查它是否被輪詢(xún)過(guò)。

　　2.7 監聽(tīng)端口接口：uIP維持一個(gè)監聽(tīng)知名TCP端口的列表。通過(guò)uip_listen（）函數，一個(gè)新的監聽(tīng)端口打開(kāi)并添加到監聽(tīng)列表中。當在一個(gè)監聽(tīng)端口上接收到一個(gè)新的連接請求時(shí)，uIP產(chǎn)生一個(gè)新的連接和調用該端口對應的應用程序。

　　2.8 打開(kāi)連接接口：在uIP里面通過(guò)使用uip_connect（）函數打開(kāi)一個(gè)新連接。這個(gè)函數打開(kāi)一個(gè)新連接到指定的IP地址和端口，返回一個(gè)新連接的指針到uip_conn結構。如果沒(méi)有空余的連接槽，函數返回空值。

　　2.9 數據流控制接口：uIP提供函數uip_stop（）和uip_restart（）用于TCP連接的數據流控制。應用程序可以通過(guò)函數uip_stop（）停止遠程主機發(fā)送數據。當應用程序準備好接收更多數據，調用函數uip_restart（）通知遠程終端再次發(fā)送數據。函數uip_stopped（）可以用于檢查當前連接是否停止。

　　四 uIP在51系列單片機上的應用

　　51系列單片機具有悠久的歷史和廣泛的應用，許多公司推出了具有更高的處理速度的51內核的8位單片機，被應用在各個(gè)領(lǐng)域內。因此使用uIP這種免費的TCP/IP協(xié)議棧解決由51內核的單片機構建的低端嵌入式設備的網(wǎng)絡(luò )接入問(wèn)題具有一定的代表性。下面將討論利用uIP協(xié)議棧在51單片機上實(shí)現簡(jiǎn)單的WEB SERVER,遠端用戶(hù)可以通過(guò)瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)存儲在單片機系統上的WEB頁(yè)面。

　　硬件平臺結構如圖（二）所示：其中單片機選用PHILIPS公司的P89C51RD2,64K字節的串行EEPROM可以用于存儲WEB頁(yè)面。采用ISA接口的以太網(wǎng)接口芯片RTL8019AS連接到以太網(wǎng)上。通過(guò)MAX232實(shí)現與PC機的串行連接，可以顯示調試信息。

　　uIP協(xié)議棧是以函數庫的形式提供的，本身不提供底層網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)和上層應用程序。因此為了完成指定的功能，開(kāi)發(fā)者必須添加以下幾個(gè)模塊：底層RTL8019AS網(wǎng)卡芯片的驅動(dòng)、應用層基于HTTP協(xié)議的WEB SERVER的實(shí)現、系統定時(shí)器。

　　RTL8019AS的驅動(dòng)主要包括三部分：init_8019as（）函數完成網(wǎng)卡芯片的上電初始化，包括設定網(wǎng)卡物理地址，設定收發(fā)緩沖區位置和大小等；eth_send（）函數完成數據的發(fā)送；eth_rcve（）函數完成以太網(wǎng)數據的接收。底層網(wǎng)絡(luò )設備驅動(dòng)程序與uIP協(xié)議棧通過(guò)兩個(gè)全局變量進(jìn)行接口：變量uip_buf為收發(fā)緩沖區的首地址；uip_len為收發(fā)的數據長(cháng)度。eth_send（）函數將uip_buf里的uip_len長(cháng)度的數據發(fā)送到以太網(wǎng)上。eth_rcve（）函數將接收到的數據存儲到uip_buf指定的緩沖區中，同時(shí)修改uip_len的值。

　　uIP提供的源代碼中包括一個(gè)基于HTTP協(xié)議的WEB SERVER示例，該WEB SERVER通過(guò)簡(jiǎn)單的文件系統在數據存儲器中存儲靜態(tài)頁(yè)面，同時(shí)具有CGI功能。用戶(hù)可以參照該示例以及uIP提供給應用程序的接口函數說(shuō)明實(shí)現自己的應用層功能。用戶(hù)的應用程序中必須將 UIP_APPCALL宏定義為該層的服務(wù)程序。例如：在示例程序中WEB SERVER的處理程序為httpd（）函數，則要進(jìn)行如下的宏定義#define UIP_APPCALL httpd.

　　51系列單片機上都有2到3個(gè)定時(shí)計數器，可以選擇其中的一個(gè)來(lái)為T(mén)CP/IP協(xié)議中與時(shí)間有關(guān)的事件定時(shí)。需要由用戶(hù)處理的定時(shí)事件包括：為uip_periodic（）函數的執行提供基準，還要為ARP表項的更新定時(shí)。uip_periodic（）函數每0.5秒執行一次，ARP表項每10秒更新一次。

　　uIP的設置單獨包含在一個(gè)叫uipopt.h的頭文件里，都是以宏的形式定義方便于修改。用戶(hù)應根據自己的應用在uipopt.h文件里設置本地的物理地址、IP地址、網(wǎng)關(guān)地址、收發(fā)緩沖區的大小、支持的最大連接數、ARP表大小等等選項。