基于OMAP平臺的TCP/IP開(kāi)發(fā)及實(shí)現

處理TCP層函數，判斷接收包的類(lèi)型，如果是TCP包，則調用TCP接收函數，TCP接收函數用指定條件進(jìn)行過(guò)濾，找到該包所屬的連接或完成一個(gè)新連接的被動(dòng)打開(kāi)，根據TCP的狀態(tài)轉換則完成11種狀態(tài)的轉移，并且實(shí)現了多路數據同時(shí)、雙向的傳輸。

TCP的發(fā)送函數包括主動(dòng)打開(kāi)、主動(dòng)關(guān)閉(由上層調用完成新連接的主動(dòng)打開(kāi)，或主動(dòng)關(guān)閉一個(gè)已建立的連接)和發(fā)送控制包(用于TCP連接的建立與終止，會(huì )在TCP接收函數中調用，從而實(shí)現TCP的轉換)三個(gè)函數。

TCP層還實(shí)現了兩個(gè)定時(shí)器，TCP重傳定時(shí)器函數可提供服務(wù)可靠性的有效保障;TCP?；疃〞r(shí)器能夠避免資源的浪費。

3.2 程序特點(diǎn)分析

(1)簡(jiǎn)單性：4.4BSD-Lite版的完整TCP/IP內核實(shí)現大約有15 000行，而本程序源代碼約有1 400行，更適合嵌入式系統的應用。

(2)可重用性：本程序分層清晰。對于不同的嵌入式系統，可能使用的CPU和以太網(wǎng)卡不同，這就需要針對其特點(diǎn)的以太網(wǎng)層設計，而ARP、IP、UDP、TCP則不需要改動(dòng)。

(3)可拓展性：TCP/IP協(xié)議是底層網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，本程序留有很好的接口，可在其上構件更高層的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，包括H.323協(xié)議、ftp、telnet。

4 在OMAP平臺上的移植

4.1 單片以太網(wǎng)控制器LAN91C96

LAN91C96是SMSC公司生產(chǎn)的專(zhuān)門(mén)用于嵌入式產(chǎn)品的10Mbps以太網(wǎng)控制器，具有性能優(yōu)良，功耗低及尺寸小的特點(diǎn)，如圖4所示。

6KB的RAM：用來(lái)存放數據包。

MMU：對RAM進(jìn)行有效管理，為接收和發(fā)送包在RAM中分配存儲空間。

ARBITE：使MMU和RAM與CPU、CSMA很好地連接。

CSMA/CD模塊：集成了IEEE 802.3 MAC層協(xié)議，負責監聽(tīng)網(wǎng)絡(luò )情況和地址過(guò)濾。若目的地址是LAN91C96的地址、廣播地址或多播地址，則接收此數據包，否則拋棄。

ENDEC：負責與10Mbps為以太網(wǎng)物理媒體的連接。

LAN91C96 采用地址映射方式，通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)Innovator為的指定地址對其存儲器訪(fǎng)問(wèn)。LAN91C96的寄存器在Innovator內存中的地址分配為：0x08000300-0x0800030F。寄存器共有4組(BANK0-BANK3)，使用相同的地址，通過(guò)BANK_SELECT寄存器選擇。

4.2 移植過(guò)程

先實(shí)現該網(wǎng)卡芯片的驅動(dòng)程序，再用它替換PC模擬器的以太網(wǎng)層，程序驅動(dòng)主要包括以下三個(gè)部分：

(1)初始化：主要為L(cháng)an91C96的各寄存器填入正確的初始值使其正常工作。

(2)接收：如圖5所示，由CSMA(載波偵聽(tīng)模塊)接收到符合地址要求的后，MMU(存儲器管理單元)為其請求在RAM中分配存儲空間并分配一個(gè)編號，DMA 將其存入RAM。接著(zhù)在接收數據的前面封裝STATUS的化COUNT字節信息，如果CRC檢測正確，則將其編號放入接收FIFO，如果接收FIFO不為空，則RCV_INT(接收中斷標識)被設置。檢查接收中斷寄存器狀態(tài)，如果就接收中斷，對應其編號，上層協(xié)議便可以取出數據了，取出后，將該數據編號從 FIFO中清除。

狀態(tài)字可以從RCR寄存器中讀取，它反應了接收過(guò)程出現的各種措施，如CRC錯誤、接收幀過(guò)長(cháng)等，數據包的編號從FIFO_PORTS寄存器中獲得，而數據指針可從POINTER寄存器中獲得，數據信息從DATA寄存器中得到，根據這些信息將接收數據包復制到CPU內存，供上層使用，接收函數的主要流程如圖6。

(3)發(fā)送：圖7描述了發(fā)送數據包FIFO中的排隊過(guò)程，首先MMU在RAM中分配一定字節的存儲空間，然后，將分配結果寄存器中的編號放入PNR 寄存器，寫(xiě)數據指針寄存器POINTER并將上層數據封裝后拷入DATA寄存器，根據其編號放入發(fā)送FIFO，排隊的包將自動(dòng)發(fā)出，發(fā)出包的編號接著(zhù)進(jìn)入發(fā)送完成FIFO。如果發(fā)送成功，則存儲空間自動(dòng)釋放;否則釋放存儲空間并將其重新排隊。

5 實(shí)驗結果

5.1 內存資源占用量

運行該TCP/IP協(xié)議棧需要3MB內存，而Innovator體32MB SDRAM 和32MB Flash，內存占用率為：3M/64M=4.7%，完全適用于嵌入式系統。

5.2 數據傳輸可靠性

TCP 利用以下機制糾錯。數據的傳輸過(guò)程中的誤碼：檢驗和機制與重傳機制，數據的重復，在接收端會(huì )自動(dòng)舍棄已經(jīng)接收過(guò)的數據包，并且不發(fā)ACK，故不會(huì )發(fā)生一個(gè)數據包接收多次的情況，數據包的丟失，接收端在接收完一段數據后，會(huì )計算下一個(gè)預期數據的序號，如果不符合就不發(fā)ACK，從而導致發(fā)端重發(fā)，避免了數據包的丟失，經(jīng)測試，在未發(fā)生擁塞情況下，傳輸的誤碼率幾乎為0。

5.3文件最大平均傳輸速率

下面就本程序所實(shí)現的利用TCP進(jìn)行文件傳輸功能，給出不同情況下的最大傳輸速率，實(shí)驗環(huán)境為10Mbps以太網(wǎng)。

理想狀態(tài)下的理論最大吞吐量：假定發(fā)送方傳輸兩個(gè)背對背、滿(mǎn)長(cháng)度的TCP數據，接收方為其發(fā)出兩個(gè)ACK，每包中用戶(hù)數據量為1460位，總數據量為1538位，故最大的用戶(hù)數據吞吐量為：

本實(shí)驗測得文件的平均傳輸速率隨著(zhù)TCP連接數的增多有如圖8所示的曲線(xiàn)變化，前半段隨著(zhù)連接數的增加成線(xiàn)性增長(cháng)，后半段由于出現了網(wǎng)絡(luò )擁塞，整體的平均速率反而有所下降。

實(shí)驗結果與理論最大吞吐量有所差距，原因在于：

(1)理論上只是一種理想的狀態(tài)，現實(shí)中難以達到。

(2)受CPU處理速度及文件傳輸過(guò)程的讀、寫(xiě)文件操作的限制。

(3)本程序采用的數據傳輸機制是當收到上一個(gè)包的ACK之后再發(fā)送下一個(gè)數據包，這樣避免了對接收數據的排序，提高了可靠性，但數據的傳輸速度會(huì )受到制約。