TFTP協(xié)議在嵌入式系統中的實(shí)現

3．硬件實(shí)現
　　

系統使用了RTL8019AS 10M ISA網(wǎng)卡芯片接入以太網(wǎng)。RTL8019AS是一款性?xún)r(jià)比很高的網(wǎng)卡芯片：NE2000兼容，軟件移植性好；接口簡(jiǎn)單不用轉換芯片如PCI-ISA橋；價(jià)格便宜、帶寬充裕、較長(cháng)一段時(shí)間內不會(huì )停產(chǎn)。8019有3種配置模式：跳線(xiàn)方式、即插即用PP方式、串行Flash配置方式。串行模式不與NE2000兼容，PP模式用在PC機中，這里用不上。只剩下跳線(xiàn)配置模式可用。系統的MCU選擇的三星公司的S3C44B0X芯片，S3C44B0x是基于A(yíng)RM7TDMI核的處理器，沒(méi)有MMU，可以源代碼級跟蹤調試。44B0與RTL8019的電路設計相對來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單,只需要連接數據線(xiàn)、地址選通、中斷等信號線(xiàn)。簡(jiǎn)略電路圖如圖（3）: 　　　　　　　　　　　

圖3 RTL8019與S3C440X的接口電路

4．軟件設計

a.RTL8019驅動(dòng)程序
　　RTL8019驅動(dòng)程序主要包括3個(gè)函數 ：
　　i..RTL8019 初始化函數。要對網(wǎng)卡的工作參數進(jìn)行設置.以使網(wǎng)卡開(kāi)始工作。
　　其主要工作包括：復位網(wǎng)絡(luò )芯片，設置MAC地址，設置組播地址，設置DMA傳輸參數等等。
　　ii.收包函數：從網(wǎng)絡(luò )中接收數據到緩沖區。
　　iii.發(fā)包函數：從緩沖區向網(wǎng)絡(luò )中發(fā)送數據。
b.協(xié)議棧的實(shí)現
　　TFTP的實(shí)現其實(shí)就是根據各種協(xié)議，對數據打包（當發(fā)送數據時(shí)）和解包（當接收數據時(shí)）。主函數主要部分如下
…
eth_init（）;//其主要是清空ARP緩沖區.其中調用了一個(gè)功能函數[2]
arp_init（）;//清零
Mac_init（）;//設置MAC地址
ip_init（ip）; //主要功能：設置ip地址
udp_init（）; //初始化UDP協(xié)議
while （1） net_handle（）;//處理函數
　　

前5個(gè)函數主要是初始化工作接下來(lái)的int net_handle（void）就要開(kāi)始進(jìn)入網(wǎng)絡(luò )傳輸了,這里就是協(xié)議棧的核心了:
…
skb = alloc_skb（ETH_FRAME_LEN）;//選擇一個(gè) SKB
if （eth_rcv（skb） != -1） ｛
eth_hdr = （struct ethhdr ＊）（skb->data）;
skb_pull（skb, ETH_HLEN）;
if （ntohs（eth_hdr->h_proto） == ETH_P_ARP）//是否為ARP包
arp_rcv_packet（skb）; //是則進(jìn)行ARP包應答
else if（ntohs（eth_hdr->h_proto） == ETH_P_IP） //是否為IP包
ip_rcv_packet（skb）;//是則進(jìn)行IP包處理
　　

如果從MAC層收到一個(gè)以太網(wǎng)幀,先把收到的以太網(wǎng)幀轉變?yōu)橄鄳膸Y構再去掉其以太網(wǎng)偵頭部, 其中skb_pop（skb, ETH_HLEN）把數據指針往后移動(dòng)ETH_HLEN個(gè)字節,而且真正的數據長(cháng)度也做相應的變化..然后根據幀中的協(xié)議字段判斷其上層為什么協(xié)議.這里幀格式采用的是RFC894,如果其上層為arp協(xié)議,將去掉以太網(wǎng)頭部的數據交由ARP處理,同樣如果其上層協(xié)議為IP,也做類(lèi)似的處理. arp_rcv_packet（skb）只處理的ARP請求消息,如果發(fā)現其為ARP請求,則發(fā)送ARP應答. 接下來(lái)就是把這個(gè)ARP應答包發(fā)出去,發(fā)送了ARP應答后把剛才請求的者的MAC地址和其IP保存在本機中，其實(shí)現采用了簡(jiǎn)單循環(huán)區,利用數組.首先檢查緩沖區中有無(wú)此項,如果有則直接用該項的索引,如果沒(méi)有則重新分配索引, 把傳進(jìn)來(lái)的MAC 和IP 賦給新分配的索引 i,。
　　

如果MAC層發(fā)現收到的包上層協(xié)議為IP,則執行[1]:
if（ntohs（eth_hdr->h_proto） == ETH_P_IP）
ip_rcv_packet（skb）;
　　

首先檢查接受者是不是本機IP,通過(guò)檢查后,去掉IP頭部,再檢查其上層協(xié)議類(lèi)型,如果為UDP,則將包轉交給上層的UDP協(xié)議處理其中udp_rcv_packet（skb）先去掉UDP頭部,再檢查其對應的上層協(xié)議,這里只實(shí)現了TFTP協(xié)議,對應語(yǔ)句為skb_pop（skb, sizeof（struct udphdr））;
if （ntohs（udp_hdr->dest） == TFTP）
tftp_rcv_packet（skb）;

其中tftp_rcv_packet（skb）根據TFTP頭部中操作類(lèi)型而采取不同的動(dòng)作.對應代碼為:
switch （ntohs（tftp_hdr->th_opcode）） ｛
/＊ 只處理寫(xiě)請求和DATA ＊/
case WRQ:
tftp_rcv_wrq（skb）; break;
case DATA:
tftp_rcv_data（skb）; break;
…｝
　　

其中tftp_rcv_wrq（skb）先得到請求者的IP和PORT,再發(fā)送塊編號為0的ACK包.然后為數據傳輸做些初始化工作,具體為設置接受緩沖區和接受數據長(cháng)度。:因為T(mén)FTP是包裝在UDP里面的,所以首先欲留出UDP頭部的空間，這里要注意的是在UDP層除了為自己留空間外其又會(huì )欲留出IP頭的空間,而在IP層除了為自己留空間外其又會(huì )欲留出MAC頭的空間.如此便留出了整個(gè)協(xié)議棧所要求的頭部空間.調用關(guān)系為
　　udp_skb_reserve（skb）—ip_skb_reserve（skb）—eth_skb_reserve（skb）;
　　

然后該函數按照ACK包的格式（在TCP/IP祥解 I 協(xié)議>160）賦相應的值.最后將此包交由下層的UDP協(xié)議處理.那么此時(shí)UDP層是怎么處理的呢?udp_send（skb, client_ip, TFTP, client_port）;和TFTP層處理有些類(lèi)似,先加入自己的頭部信息并賦相應的值.然后再交由下層處理, 在IP層其處理的思路也大致差不多,其中ip_send（skb, ip, UDP）定義在ip/_ip.c.其先查看ARP緩沖區中有無(wú)此項,如無(wú)則返回錯誤.對應代碼為，然后先加入自己的頭部信息并賦相應的值.然后再交由下層處理。
　　

tftp_rcv_data（skb）首先判斷接受到的包的目的IP和PORT是不是本機的TFTP協(xié)議,通過(guò)判斷后,再看接受到的包的確認序列號是不是和本機TFTP要求的一致,即看是不是發(fā)生了丟包.如果沒(méi)有則當前接受到的包有效,存入緩沖區,并發(fā)送確認序號對應代碼為:
if （client_block == ntohs（tftp_hdr->th_block）） ｛
/＊ 接受一個(gè)數據分組 ＊/
len = skb->len - sizeof（struct tftphdr）;
memcpy（buf + data_len, tftp_hdr->th_data, len）;
data_len += len;
tftp_send_ack（tftp_hdr, client_block）;
client_block++;
…
如果當前接受到的數據小于512字節,則說(shuō)明傳送完畢,但是當發(fā)生丟包時(shí),就要求對方重傳.采用的機制很簡(jiǎn)單,就是要求重傳確認序號小的分組。

5.結束語(yǔ)
　　

本文對S3C44B0X+RTL8019開(kāi)發(fā)，實(shí)現了系統通過(guò)網(wǎng)絡(luò )與PC機通信，充分滿(mǎn)足嵌入式小系統網(wǎng)絡(luò )通信需要，改善了了一般嵌入式系統通過(guò)串口通信速度慢、可靠性低的弊端。并且適當調整程序，可實(shí)現基于UDP的其它上層協(xié)議。