LwIP協(xié)議在μC/OS操作系統(tǒng)中的實現(xiàn)

圖1　系統(tǒng)示意圖

與M.CORE 2107 接口的實現(xiàn)

基于X86平臺的PC機是小端字節(jié)順序，而M.CORE 2107默認(rèn)為大端存儲系統(tǒng)。因而為了保證數(shù)據(jù)的正確傳輸，對int、uint16、uint32等多于1 字節(jié)類型的數(shù)據(jù)變換其存儲順序。字節(jié)順序是指占內(nèi)存多于一個字節(jié)類型的數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的存放順序，通常有小端、大端兩種字節(jié)順序。小端字節(jié)序是指低字節(jié)數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存低地址處，高字節(jié)數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存高地址處；大端字節(jié)序是指高字節(jié)數(shù)據(jù)存放在低地址處，低字節(jié)數(shù)據(jù)存放在高地址處。

C編譯器修改

在LwIP中各個報頭的定義使用struct結(jié)構(gòu)，默認(rèn)情況下C編譯器為結(jié)構(gòu)的每個成員按其自然對界條件分配空間，但是LwIP使用的是通過結(jié)構(gòu)體中不同數(shù)據(jù)的長度來讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)的，所以必須對編譯器進(jìn)行修改，讓它放棄字節(jié)對齊。

與μC/OS操作系統(tǒng)接口的實現(xiàn)

與操作系統(tǒng)相關(guān)的結(jié)構(gòu)和函數(shù)主要可以分為信號量、消息隊列、定時器函數(shù)和創(chuàng)建新線程函數(shù)，下面從4個部分對移植的過程進(jìn)行詳細(xì)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(yīng)實現(xiàn)相應(yīng)的信號量結(jié)構(gòu)體struct sys_semt和處理函數(shù)sys_sem_new() 、sys_sem_free() 、sys_sem_signal ( ) 和sys_arch_sem_wait ( ) 。由于μC/OS已經(jīng)實現(xiàn)了信號量OSEVENT的各種操作，并且功能和LwIP上面幾個函數(shù)的目的功能是完全一樣的，所以只要把μC/OS的函數(shù)重新包裝成上面的函數(shù)，就可直接使用。

(2) 消息隊列

LwIP 使用消息隊列來緩沖、傳遞數(shù)據(jù)報文，因此要實現(xiàn)消息隊列結(jié)構(gòu)sys_mbox_t ，以及相應(yīng)的操作函數(shù)：sys_mbox_new() 、sys_mbox_free () 、sys_mbox _post () 和sys_arch_mbox_fetch() 。μC/OS實現(xiàn)了消息隊列結(jié)構(gòu)OSQ 及其操作，但是μC/OS沒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(chǔ)上重新實現(xiàn)。具體實現(xiàn)時，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(nèi)存管理模塊實現(xiàn)對消息的創(chuàng)建、使用、刪除和回收，兩部分綜合起來形成了LwIP的消息隊列功能。

(3) 定時器函數(shù)

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

圖2　定時事件鏈表

(4) 創(chuàng)建新線程函數(shù)

在 μC/OS 中，沒有線程(thread) 的概念，只有任務(wù)(Task) 。它提供了創(chuàng)建新任務(wù)的系統(tǒng)API調(diào)用OSTaskCreate，因此只要把OSTaskCreate封裝一下，就可以實現(xiàn) sys_thread_new。需要注意的是LwIP中的thread并沒有μC/OS 中優(yōu)先級的概念，實現(xiàn)時要由用戶事先為LwIP中創(chuàng)建的線程分配好優(yōu)先級。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序的移植

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

RTL8019AS 內(nèi)部按鏈路數(shù)的不同，可以劃分為遠(yuǎn)程DMA通道和本地DMA 兩個部分。當(dāng)主處理器要向網(wǎng)上發(fā)送數(shù)據(jù)時，先將一幀數(shù)據(jù)通過遠(yuǎn)程DMA 通道送到RTL8019AS中的發(fā)送緩沖區(qū)，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(shù)據(jù)通過MAC比較、CRC 校驗后，由FIFO存到接收緩沖區(qū)，收滿一幀后，以中斷或寄存器標(biāo)志的方式通知主處理器，主處理器再通過遠(yuǎn)程DMA 通道讀取這一幀數(shù)據(jù)。

在LwIP中有多個網(wǎng)絡(luò)接口，每個網(wǎng)絡(luò)接口都對應(yīng)了一個struct netif，這個netif包含了相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)接口的屬性、收發(fā)函數(shù)。LwIP 調(diào)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(qū)動有一定的模型，/src/netif/ethernetif.c 文件即為驅(qū)動的模板，用戶為自己的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實現(xiàn)驅(qū)動時應(yīng)參照此模板。

LwIP 協(xié)議的測試

為了進(jìn)行應(yīng)用程序的測試，首先在μC/OS中初始化LwIP，創(chuàng)建相應(yīng)的任務(wù)，值得注意的是LwIP的初始化必須在μC/OS完全啟動之后，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(tǒng)相關(guān)的操作。

本系統(tǒng)使用EVB2107(Evaluation Board2107) 評估板進(jìn)行應(yīng)用程序的調(diào)試，該評估板是輔助用戶開發(fā)調(diào)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用戶可以開發(fā)應(yīng)用程序的代碼。測試時，可以把網(wǎng)卡的IP地址設(shè)置為任意值，在CodeWarrior IDE 的控制臺窗口中運行ping IP地址-l2000-t，不間斷用長度為2000的數(shù)據(jù)報進(jìn)行ping測試，同時使用tftp 客戶端軟件給該IP 地址下載一個幾兆的程序，發(fā)現(xiàn)一切工作正常，說明ARP、ICMP、IP、TCP 協(xié)議都已正確運行。

總結(jié)

本設(shè)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現(xiàn)，并且便于移植。