電子科學與技術單片機tcpip論文初稿(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 協議棧 ，簡單易用 ，資源占用少是它的設計特點。其設計重點放在 IP、 ICMP 和 TCP 協議的實現上 ，協議雖然也同時實現了 UDP 和ARP 協議，但僅將其作為可選模塊 。UIP 處于網絡通信的中間層 ，其上層協議在這里被稱之為應用程序 ，而下層硬件或固件被稱之為網絡設備驅動。TCP / IP 協議組11中的鏈路層協議如 PPP 等可由 uIP 之下的設備驅動實現；應用層協議如 HTTP、 FTP、SMTP 等可由 ulP 之上的應用程序實現。這樣的設計方式大大減小了協議代碼量和 RA M 占用量。表 1 列出了 ulP 在 stc89c516rd 上代碼和 RAM 占用情況。 表 uIP 代碼和 RAM 占用情況協議模塊 代碼大小/B 使用 RAM/BARP 1324 118IP/ICMP/TCP 3304 360HTTP 994 110校驗和函數 636 0數據包緩存 0 400總和 6258 988 協議棧接口 ulP 協議通過一系列接口函數與底層系統和上層應用程序通信，它內部的協議集合對外部系統來說是透明的，從而增強了該協議的通用性和獨立性，可以非常方便地移植到不同系統和應用平臺。圖 1 描述了 ulP、底層系統和應用程序三者之間的調用關系。其中 ulP 提供了 3 個函數給底層系統 ： uip_init ( ) ，uip_input ( )， uip_periodic ( ) 。應用程序向 ulP 提供一個調用函數 uipappcall ( ) ，在網絡事件或計時事件發生時進行調用，同時 uIP 也要向應用程序提供一些與協議棧的接口函數，應用程序根據接口函數提供的信息或者狀態 ，執行相應的操作。圖 u l P 底層系統和應用程序之間的調用關系12 設備驅動程序接口u I P 內核中有兩個函數直接提供給底層設備驅動程序。一個是 uip_ input ( ) ， 當設備驅動程序從網絡層收到的一個數據包時要調用這個函數 ，設備驅動程序必須事先將數據包存入到 uipbur 中包長放到 uip_len，然后交由 uip_input ( ) 處理。當函數返回時，如果 uip_ len 不為 0，則表明有帶外數據( 如 SYN，ACK 等) 要發送。當需要 ARP 支持時，還需要考慮更新 ARP 表示 或發出 ARP 請求和回應。以下代碼即為設備驅動程序從網絡層收到的一個數據包后的處理過程 ： define BUF ( ( struet uip_ethhdr *) amp。uip_buf[ O ] ) uip _len=ethemet_devicedriver_poll ( ) ； // 接收以太網數據包 ( 設備驅動程序) if(uip_len0){ //收到數據 if(BUFtype::HTONS(UIP_ETHTYPE_IP)){// 是 I P 包 嗎? uip_arp_ipin()； //去除以太網頭結構 ， 更新 A R P 表 uip_input ； //I P 包處理13if(uip_len0){ // 有帶外回應數據 uip_arpout()； // 加以太網頭結構在主動連接時可能要構造 ARP 請求 ethemet_devicedriver_send()；// 發送數據到 以太 網( 設備驅動程序 ) } } elseif(sottype==HTONS(UIPETHTYPEARP)){ //是 A RP 請求包 uip_arp_arpin ( ) ；// 如果是 ARP 回應更新 ARP 表如果是請求 ，構造回應數據包 if(uip_len0) {// 是 ARP 請求 ，要發送回應 Ether_devicedriver_send()；// 發 ARP 回應到以太網上 } } 另一個 ulP 內核直接提供給底層設備驅動程序的函數是 uip_periodic(conn) 。這個 函數用 于 ulP 內核對各連接 的定時輪循 ，因此需要一個硬件支持的定時程序周期性地用它輪循各連接，一般用于檢查主機是 否有數據要發送，如有，則構造 I P 包。以下示例即為 u l P 內核對各連接的定時輪循過程 ：for(i=0。iUIP_CONNS。I++){uip_periodic(i)。if(uip_len0){uip_arp_out()。ethemet_devicedriver_send()。 } }從本質上來說 uip_nput()和 uip_periodic()在內部是一個函數，即uip_process(u8_flag) uIP 的設計者將 uip_process (UIPDATA)定義成 uip_input ( ) ，而將uip_process(UIP_TIMER)定義成 uip_periodic()，因此從代碼實現上來說是完全復用的。 應用程序接口 uIP 使用基于事件的程序模式，應用程序由 c 語言函數實現。當收發數據 、新連14接建立或者數據需要重新傳輸時，uIP 都會調用應用程序。同時，應用程序還要周期查詢是否有新的數據收發。因為應用程序只提供了一個回調函數 ，所以應用程序還要把不同的網絡服務映射到不同的端口和連接。uIP 在接受到底層傳來的數據包后 ，如果需要送上層應用程序 處理 ，就調用 UIP_APPCLL()。同時，uIP 設置結構體 uIP_eonn指針指向當前連接。uIP_conn 記錄一條 TCP 連接的所有相關信息，它是維持 uIP 運行的關鍵結構，定義如下 ： struct tcp_conn{ u8_t tcpstateflags；// T C P 的狀態和標志 u16_t lport,rpert ；// 當地和遠端端口 u16_t fipodar[ 2 ] ；// 遠端的地址 u8_t rcv_nxt [ 4 ] ； // 下一個要接收的序列號 u8_t sod _xt [ 4 ] ；//上一個已發送的序列號 u8_t aek nxt [ 4 ] ；//對端下一個應答序列號 u8_t timer ；// 重傳時間 u8_t nrtx ；//計算特殊段的重發數量 u8_t mss ；// 連接中最大分段的大小 u8_t appstate [ UIP_APPSTATE_SIZE] ； } 為了將用戶的應用程序掛接到 uIP 中， 必須將宏 UIP_APPCALL ( ) 定義成實際的應用程序函數名，這樣每當某個 ulP 事件發生時，內核就會調用該應用程序進行處理 。如果要加入應用程序狀態的話 ，必須將宏 UIP_APPSTATE_SIZE 定義成應用程序狀態結構體的長度。在應用程序函數中，依靠 ulP 事件檢測函數來決定處理的方法，另外可以通過判斷當前連接的端 口號來區分處理不同的連接。 uIP 協議棧提供的主要接口匯總提供的接口在 中，為了減少函數調用造成的額外支出，大部分接口函數以宏命令實現的。 151．初始化 uIP 協議棧：uip_init() 2．處理輸入包：uip_input() 3．處理周期計時事件：uip_periodic() 4．開始監聽端口：uip_listen() 5．連接到遠程主機：uip_connect() 6．接收到連接請求：uip_connected() 7．主動關閉連接：uip_close() 8．連接被關閉：uip_closed()9．發出去的數據被應答：uip_acked() 10．在當前連接發送數據：uip_send() 11．在當前連接上收到新的數據：uip_newdata() 12．告訴對方要停止連接：uip_stop() 13．連接被意外終止：uip_aborted()4 在單片機上移植 uIP 了解 uIP 的的主循環代碼架構并改寫 main 函數下面是 uIP 協議棧的主控制循環。void main(void){ /*省略部分代碼*/ 16 /*設置 TCP 超時處理時間和 ARP 老化時間*/ tim er_set(amp。periodic_timer, CLOCK_CONF_SECOND / 2)。 tim er_set(amp。arp_timer, CLOCK_CONF_SECOND * 10)。 /*定時器初始化*/ init_T imer()。 /*協議棧初始化*/ uip_init()。 uip_arp_init()。 /*應用層初始化*/ exam ple1_init()。 /*驅動層初始化*/ etherdev_init()。 /*IP 地址、網關、掩碼設置*/ uip_ipaddr(ipaddr , 192,168,1,9)。 uip_sethostaddr(ipaddr)。 uip_ipaddr(ipaddr , 192,168,1,16)。 uip_setdraddr(ipaddr)。 uip_ipaddr(ipaddr , 255,255,255,0)。 uip_setm ask(ipaddr)。 /*主循環*/ while(1) { /*從網卡讀數據*/ uip_len = etherdev_read()。 /*如果存在數據則按協議處理*/ if(uip_len 0) { /*收到的是 IP 數據，調用 uip_input()處理*/ if(BUFtype == htons(UIP_ETHTYPE_IP)) 17 { uip_arp_ipin()。 uip_input()。 /*處理完成后，如果 uip_buf 中有數據，則調用 etherdev_send 發送出去*/ if(uip_len 0) { uip_arp_out()。 etherdev_send()。 } } /*收到的是 ARP 數據，調用 uip_arp_arpin()處理*/ else if(BUFtype == htons(UIP_ETHTYPE_ARP)) { uip_arp_arpin()。 if(uip_len 0) { etherdev_send()。 } } } /*查看 是否到了，到了則調用 uip_periodic 處理 TCP 超時程序*/ els e if(timer_expired(amp。periodic_timer)) { timer_reset(amp。periodic_timer)。 for(i = 0。 i UIP_CONNS。 i++) { uip_periodic(i)。 if(uip_len 0) {18 uip_arp_out()。 etherdev_send()。 } } /*查看 10S 是否到了，到了則調用 ARP 處理程序*/ if(tim er_expired(amp。arp_timer)) { timer_reset(amp。arp_timer)。 uip_arp_ timer()。 } } } return 。 } 仿照 \unix\ 寫網卡驅動程序 使用以太網的幀結構下面以 IEEE 數據幀來分析數據鏈路層和網卡的工作內容。IEEE 是電氣和電子工程師協會（IEEE ）制定的一種描述物理層和數據鏈路層的實現方法的網絡協議，主題是在多種物理媒體上以多種速率采用 CSMA/CD 訪問方式。其規定的幀結構如下： 表 以太網（ ）幀結構PR（前導碼） ：包括了 7 個字節的二進制“1” 、 “0”間隔的代碼，即 1010…10共 56 位。當幀在鏈路上傳輸時，接收方就能建立起同步，因為這種“1” 、 “0”間隔的傳輸波形為一個周期性方波。同時也指明了傳輸的速率（10M 和 100M 的方波頻率不一樣，所以 100M 網卡可以兼容 10M 網卡） 。19 SD（幀數據定界符） ：它是長度為 1 個字節的 10101011 二進制序列，此碼表示表示下面跟著的是真正的數據。 DA（目的地址） ：目的以太網的物理地址，由 48 位二進制組成(6 個字節)，說明該幀傳輸給哪個網卡。如果地址為 FFFFFF