LwIP協(xié)議在μC/OS操作系統中的實(shí)現

引言

當今的信息時(shí)代，是一個(gè)構筑在網(wǎng)絡(luò )基礎之上的時(shí)代，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)滲透到人們工作和生活的各個(gè)角落。隨著(zhù)計算機的發(fā)展，嵌入式系統已成為計算機領(lǐng)域的一個(gè)重要組成部分。將嵌入式系統與Internet 結合起來(lái)，就可以在兩者之間實(shí)現方便、低廉的信息交流。

但是，目前大多數嵌入式系統的網(wǎng)絡(luò )功能還十分有限：以MCU為核心，與一些監測、伺服、指示設備配合實(shí)現一定的功能。在一些工業(yè)和汽車(chē)應用中，利用CAN、 RS-232、RS-485 等總線(xiàn)將MCU組網(wǎng)，實(shí)現多個(gè)MCU之間的信息交流，但這種網(wǎng)絡(luò )的有效半徑比較有限，有關(guān)的通信協(xié)議也比較少，并且一般是孤立于Internet以外的，所以局限性較大。把嵌入式系統連接到Internet上，已成為嵌入式系統今后發(fā)展的一個(gè)重要方向，而且也將成為今后嵌入式系統必須具備的功能之一。

嵌入式TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現方式

目前Internet上的通信實(shí)現方式大都是基于TCP/IP協(xié)議，嵌入式設備要與Internet網(wǎng)絡(luò )直接交換信息，就必須支持TCP/IP協(xié)議。嵌入式系統中TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現方式有硬件固化和軟件實(shí)現兩種。

硬件方式是指利用TCP/IP協(xié)議棧的硬件芯片，由它實(shí)現協(xié)議的轉化，從而實(shí)現相應的網(wǎng)絡(luò )功能。但這樣做的缺點(diǎn)是增加了硬件成本，對一些功能單一的嵌入式設備來(lái)說(shuō)是很大的浪費，而且所增加的成本有時(shí)是難以接受的。

本文提出了一種軟件實(shí)現嵌入式系統網(wǎng)絡(luò )化的方法，通過(guò)簡(jiǎn)化的TCP/IP協(xié)議LwIP實(shí)現嵌入式系統與網(wǎng)絡(luò )的互聯(lián)。單片機要在完成原來(lái)控制系統功能的前提下，同時(shí)實(shí)現網(wǎng)絡(luò )通信，既要發(fā)送又要接收，沒(méi)有RTOS操作系統支持簡(jiǎn)直不可想象，所以將其移植到嵌入式實(shí)時(shí)操作系統μC/OS中，由操作系統對其進(jìn)行任務(wù)的管理與調度。

LwIP 協(xié)議簡(jiǎn)介

LwIP 是Light Weight (輕型)IP協(xié)議，有無(wú)操作系統的支持都可以運行。LwIP實(shí)現的重點(diǎn)是在保持TCP協(xié)議主要功能的基礎上減少對RAM 的占用，一般它只需要幾百字節的RAM和40K左右的ROM就可以運行，這使LwIP協(xié)議棧適合在低端的嵌入式系統中使用。

其主要特性如下：

①支持多網(wǎng)絡(luò )接口下的IP轉發(fā)；
②支持ICMP協(xié)議；
③包括實(shí)驗性擴展的UDP(用戶(hù)數據報協(xié)議)；
④包括阻塞控制、RTT 估算、快速恢復和快速轉發(fā)的TCP(傳輸控制協(xié)議)；
⑤提供專(zhuān)門(mén)的內部回調接口(Raw API)，用于提高應用程序性能；
⑥可選擇的Berkeley接口A(yíng)PI (在多線(xiàn)程情況下使用) 。

μC/OS操作系統

μC/OS 是專(zhuān)門(mén)為單片機嵌入式應用設計的實(shí)時(shí)操作系統內核，被廣泛應用到各種嵌入式系統中。其特點(diǎn)可以概括為以下幾個(gè)方面：源代碼公開(kāi)，代碼結構清晰、明了，注釋詳盡；可移植性好；可裁剪，可固化；最多可以管理60個(gè)任務(wù)，覆蓋定時(shí)器、信號量、事件標志、郵箱、隊列和內存管理，還支持互斥型信號量(Mutual Exclusion Semaphore)；μC/OS除對商業(yè)應用收取少量許可費用外，其它用途的應用都是免費的。但是缺少對外圍設備和接口的支持，沒(méi)有文件系統、網(wǎng)絡(luò )協(xié)議、圖形界面，這些需要用戶(hù)自己去實(shí)現。