LwIP協(xié)議在μC/OS操作系統中的實(shí)現

圖1　系統示意圖

與M.CORE 2107 接口的實(shí)現

基于X86平臺的PC機是小端字節順序，而M.CORE 2107默認為大端存儲系統。因而為了保證數據的正確傳輸，對int、uint16、uint32等多于1 字節類(lèi)型的數據變換其存儲順序。字節順序是指占內存多于一個(gè)字節類(lèi)型的數據在內存中的存放順序，通常有小端、大端兩種字節順序。小端字節序是指低字節數據存放在內存低地址處，高字節數據存放在內存高地址處；大端字節序是指高字節數據存放在低地址處，低字節數據存放在高地址處。

C編譯器修改

在LwIP中各個(gè)報頭的定義使用struct結構，默認情況下C編譯器為結構的每個(gè)成員按其自然對界條件分配空間，但是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，所以必須對編譯器進(jìn)行修改，讓它放棄字節對齊。

與μC/OS操作系統接口的實(shí)現

與操作系統相關(guān)的結構和函數主要可以分為信號量、消息隊列、定時(shí)器函數和創(chuàng )建新線(xiàn)程函數，下面從4個(gè)部分對移植的過(guò)程進(jìn)行詳細地論述。

(1) 信號量

LwIP 中需要使用信號量進(jìn)行通信，所以在sys_arch中應實(shí)現相應的信號量結構體struct sys_semt和處理函數sys_sem_new() 、sys_sem_free() 、sys_sem_signal ( ) 和sys_arch_sem_wait ( ) 。由于μC/OS已經(jīng)實(shí)現了信號量OSEVENT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/OS的函數重新包裝成上面的函數，就可直接使用。

(2) 消息隊列

LwIP 使用消息隊列來(lái)緩沖、傳遞數據報文，因此要實(shí)現消息隊列結構sys_mbox_t ，以及相應的操作函數：sys_mbox_new() 、sys_mbox_free () 、sys_mbox _post () 和sys_arch_mbox_fetch() 。μC/OS實(shí)現了消息隊列結構OSQ 及其操作，但是μC/OS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的基礎上重新實(shí)現。具體實(shí)現時(shí)，對隊列本身的管理利用μC /OS自己的OSQ操作完成，然后使用μC/OS中的內存管理模塊實(shí)現對消息的創(chuàng )建、使用、刪除和回收，兩部分綜合起來(lái)形成了LwIP的消息隊列功能。

(3) 定時(shí)器函數

LwIP 中每個(gè)和TCP/IP相關(guān)的任務(wù)的一系列定時(shí)事件組成一個(gè)單向鏈表，每個(gè)鏈表的起始指針存在lwip_timeouts 的對應表項中，如圖2所示。移植時(shí)需要實(shí)現struct sys_timeouts* sys_arch_timeouts (void) 函數，該函數返回目前正處于運行態(tài)的線(xiàn)程所對應的timeout 隊列指針。

圖2　定時(shí)事件鏈表

(4) 創(chuàng )建新線(xiàn)程函數

在 μC/OS 中，沒(méi)有線(xiàn)程(thread) 的概念，只有任務(wù)(Task) 。它提供了創(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 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。

網(wǎng)絡(luò )設備驅動(dòng)程序的移植

本系統中選擇的以太網(wǎng)控制芯片是RTL8019AS ，它是8/16 位ISA總線(xiàn)的網(wǎng)卡，遵循IEEE802. 3 協(xié)議。

RTL8019AS 內部按鏈路數的不同，可以劃分為遠程DMA通道和本地DMA 兩個(gè)部分。當主處理器要向網(wǎng)上發(fā)送數據時(shí)，先將一幀數據通過(guò)遠程DMA 通道送到RTL8019AS中的發(fā)送緩沖區，然后發(fā)送傳送命令。RTL8019AS在完成上一幀的發(fā)送后，再進(jìn)行此幀的發(fā)送。RTL8019AS接收到的數據通過(guò)MAC比較、CRC 校驗后，由FIFO存到接收緩沖區，收滿(mǎn)一幀后，以中斷或寄存器標志的方式通知主處理器，主處理器再通過(guò)遠程DMA 通道讀取這一幀數據。

在LwIP中有多個(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。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。

LwIP 協(xié)議的測試

為了進(jìn)行應用程序的測試，首先在μC/OS中初始化LwIP，創(chuàng )建相應的任務(wù)，值得注意的是LwIP的初始化必須在μC/OS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與操作系統相關(guān)的操作。

本系統使用EVB2107(Evaluation Board2107) 評估板進(jìn)行應用程序的調試，該評估板是輔助用戶(hù)開(kāi)發(fā)調試M.CORE系列中的MMC2107 微控制器的一種電路板，外擴2MB FLASH和1MB SRAM存儲器，利用EVB 2107用戶(hù)可以開(kāi)發(fā)應用程序的代碼。測試時(shí)，可以把網(wǎng)卡的IP地址設置為任意值，在CodeWarrior IDE 的控制臺窗口中運行ping IP地址-l2000-t，不間斷用長(cháng)度為2000的數據報進(jìn)行ping測試，同時(shí)使用tftp 客戶(hù)端軟件給該IP 地址下載一個(gè)幾兆的程序，發(fā)現一切工作正常，說(shuō)明ARP、ICMP、IP、TCP 協(xié)議都已正確運行。

總結

本設計方案兼顧了小容量和通用性的要求，可以在多種硬件平臺上實(shí)現，并且便于移植。