TCP/IP協(xié)議在VRS51單片機上的實(shí)現

　　uIP處于網(wǎng)絡(luò )通信的中間，其上層協(xié)議是應用程序層，其下層硬件或固件稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò )設備驅動(dòng)層。uIP并不僅僅是為以太網(wǎng)設計的，它與媒體無(wú)關(guān)。

uIP的設備驅動(dòng)程序接口

　　uIP中需要底層驅動(dòng)支持的函數有：uip_input( )和uip_periodic( )。uip_input( )函數是用來(lái)處理網(wǎng)絡(luò )層和設備驅動(dòng)層之間的傳送數據的，當設備驅動(dòng)程序從網(wǎng)絡(luò )層收到一個(gè)數據包時(shí)會(huì )調用此函數，設備驅動(dòng)程序會(huì )事先把數據包存放在uip_buf[ ]緩沖區里，而把數據長(cháng)度放到uip_len，然后交給uip_input( )函數處理。當函數返回時(shí)，如果uip_len不為0，則表明帶有數據。如果需要ARP支持時(shí)，則要考慮更新ARP 表或者發(fā)送ARP請求和回應。

　　uip_periodic( )用于內部時(shí)鐘事件計時(shí)，當周期定時(shí)激發(fā)時(shí)，每一個(gè) TCP連接應該調用uip_periodic( )函數。這個(gè)函數用于uIP內核對各連接的定時(shí)輪循，因此需要一個(gè)硬件支持的定時(shí)程序周期性地用它輪循各連接，一般用于檢查主機是否有數據要發(fā)送，如果需要則構造IP包。

　從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，uip_input( )和uip_periodic( )在內部是一個(gè)函數，即uip_process ( )。UIP的設計者將uip_process(UIP_DATA)定義成uip_input( )，而將uip_process(UIP_TIMER)定義成uip_periodic( )，因此從代碼實(shí)現上來(lái)說(shuō)是完全復用的。

uIP應用程序接口

　　uIP在接受到底層傳來(lái)的數據包后，如需送上層應用程序處理，就會(huì )調UIP_APPCALL( )，同時(shí)uIP設置UIP_CONN結構體指針指向當前連接。UIP_CONN記錄一條TCP連接的所有相關(guān)信息。為了將用戶(hù)的應用程序掛接到uIP中，必須將宏UIP_APPCALL( )定義成實(shí)際的應用程序函數名，這樣每當某個(gè)uIP事件發(fā)生時(shí)，內核就會(huì )調用該應用程序進(jìn)行處理。如果要加入應用程序狀態(tài)的話(huà)，必須將宏UIP_APPSTATE_SIZE定義成應用程序狀態(tài)結構體的長(cháng)度。

uIP在VRS51L3074上的應用和簡(jiǎn)單Socket通信

　　本硬件平臺是網(wǎng)絡(luò )POS機的一部分，它的工作原理是：由掃描槍采集的數據經(jīng)串口送入網(wǎng)卡內，然后經(jīng)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送到遠端主機。

　　本系統的軟件部分包括網(wǎng)絡(luò )設備驅動(dòng)程序、TCP/IP協(xié)議棧實(shí)現以及簡(jiǎn)單的Socket通信程序。

　　CS8900主要包括三個(gè)部分：EtherDevInit（）函數完成CS8900A網(wǎng)絡(luò )芯片的初始化，包括初始化寄存器等，使之進(jìn)入服務(wù)狀態(tài)；EtherDevSend（）實(shí)現把以太網(wǎng)數據包發(fā)送到網(wǎng)絡(luò )中；EtherDevRecv（）完成數據的接受。在CS8900的頭文件中設置了MAC地址以及其他的一些參數。

　　網(wǎng)絡(luò )設備驅動(dòng)程序通過(guò)兩個(gè)全局變量與uIP協(xié)議棧進(jìn)行接口：uip_buf為收發(fā)緩沖區，uip_len為數據的長(cháng)度。EtherDevSend( )函數把uip_buf里的數據發(fā)送到網(wǎng)絡(luò )中，EtherDevRecv( )函數把接受到的數據存儲到uip_buf緩沖區中，同時(shí)修改uip_len的值。

　uIP協(xié)議棧承擔網(wǎng)絡(luò )通信功能，一方面與底層鏈路層通信實(shí)現數據收發(fā)，另一方面為上層應用程序提供了簡(jiǎn)單的API接口。uIP基本實(shí)現了IP、TCP、ARP、UDP以及ICMP（ping）等協(xié)議，它包括uip.c、uip_arch.c、uip_arp.c、uip.h、uipopt.h、uip_arch.h、uip_arp.h等文件。uip.c完成主要TCP/IP功能，主要是IP和TCP協(xié)議，UDP是可選模塊；uip_arp.c完成地址解析；uip_arch.c完成校驗；uipopt.h是uIP配置文件，它以宏的形式定義便于修改，用戶(hù)可根據自己的需要設置本地的物理地址、IP地址、網(wǎng)關(guān)地址、收發(fā)緩沖區大小、支持的最大連接數以及ARP表大小等選項。
VRS51L3074有3個(gè)16-bit的定時(shí)器，可以選擇一個(gè)為T(mén)CP/IP協(xié)議中與事件有關(guān)的事件定時(shí)。uIP中需要定時(shí)的事件有：為uip_periodic( )函數的執行提供基準和ARP表更新。uip_periodic( )函數每0.5秒執行一次，ARP表每10秒更新一次。

　　添加了必需的模塊，進(jìn)行了正確的配置后，需要編寫(xiě)主程序和應用程序初始化包括定時(shí)器初始化、串口初始化、網(wǎng)卡芯片初始化、uIP協(xié)議棧初始化、用戶(hù)應用程序初始化等，主程序初始化完成后，進(jìn)入不停查詢(xún)的狀態(tài)，如果有數據到來(lái)，則交給uip_input( )進(jìn)行處理，如果沒(méi)有則由uip_periodic( )來(lái)處理定時(shí)事件。為了將應用程序掛接到uIP中，必須把UIP_APPCALL( )定義為實(shí)際的應用 程序函數名，這樣每當某個(gè)uIP事件發(fā)生時(shí)，內核就會(huì )調用該應用程序進(jìn)行處理。本應用程序定義 #define UIP_APPCALL socket_appcall。

結束語(yǔ)

　　本方案成功地把嵌入式TCP/IP協(xié)議棧uIP移植到VRS51單片機上，實(shí)現了網(wǎng)絡(luò )通信。該方案是網(wǎng)絡(luò )POS機的一部分，目前已經(jīng)正在運行，且狀態(tài)良好。本方案采用的單片機和網(wǎng)絡(luò )芯片不但性能良好而且價(jià)格低廉，uIP是一個(gè)性能優(yōu)良的免費小型TCP/IP協(xié)議棧，因此本系統運行速度快、穩定可靠且價(jià)位較低。本方案可廣泛應用于遠程數據采集、傳輸，遠程監控，遠程抄表以及 信息家電等領(lǐng)域。