LwIP协议在μC/OS操作系统中的实现

发布时间:2008/5/28 0:00:00 访问次数:1066

　　引言

　　当今的信息时代，是一个构筑在网络基础之上的时代，互联网已经渗透到人们工作和生活的各个角落。随着计算机的发展，嵌入式系统已成为计算机领域的一个重要组成部分。将嵌入式系统与internet 结合起来，就可以在两者之间实现方便、低廉的信息交流。

　　但是，目前大多数嵌入式系统的网络功能还十分有限：以mcu为核心，与一些监测、伺服、指示设备配合实现一定的功能。在一些工业和汽车应用中，利用can、rs-232、rs-485 等总线将mcu组网，实现多个mcu之间的信息交流，但这种网络的有效半径比较有限，有关的通信协议也比较少，并且一般是孤立于internet以外的，所以局限性较大。把嵌入式系统连接到internet上，已成为嵌入式系统今后发展的一个重要方向，而且也将成为今后嵌入式系统必须具备的功能之一。

　　嵌入式tcp/ip协议栈的实现方式

　　目前internet上的通信实现方式大都是基于tcp/ip协议，嵌入式设备要与internet网络直接交换信息，就必须支持tcp/ip协议。嵌入式系统中tcp/ip协议栈的实现方式有硬件固化和软件实现两种。

　　硬件方式是指利用tcp/ip协议栈的硬件芯片，由它实现协议的转化，从而实现相应的网络功能。但这样做的缺点是增加了硬件成本，对一些功能单一的嵌入式设备来说是很大的浪费，而且所增加的成本有时是难以接受的。

　　本文提出了一种软件实现嵌入式系统网络化的方法，通过简化的tcp/ip协议lwip实现嵌入式系统与网络的互联。单片机要在完成原来控制系统功能的前提下，同时实现网络通信，既要发送又要接收，没有rtos操作系统支持简直不可想象，所以将其移植到嵌入式实时操作系统μc/os中，由操作系统对其进行任务的管理与调度。

　　lwip 协议简介

　　lwip是light weight (轻型)ip协议，有无操作系统的支持都可以运行。lwip实现的重点是在保持tcp协议主要功能的基础上减少对ram 的占用，一般它只需要几百字节的ram和40k左右的rom就可以运行，这使lwip协议栈适合在低端的嵌入式系统中使用。

　　其主要特性如下：

　　①支持多网络接口下的ip转发；

　　②支持icmp协议；

　　③包括实验性扩展的udp(用户数据报协议)；

　　④包括阻塞控制、rtt 估算、快速恢复和快速转发的tcp(传输控制协议)；

　　⑤提供专门的内部回调接口(raw api)，用于提高应用程序性能；

　　⑥可选择的berkeley接口api (在多线程情况下使用) 。

　　μc/os操作系统

　　μc/os是专门为单片机嵌入式应用设计的实时操作系统内核，被广泛应用到各种嵌入式系统中。其特点可以概括为以下几个方面：源代码公开，代码结构清晰、明了，注释详尽；可移植性好；可裁剪，可固化；最多可以管理60个任务，覆盖定时器、信号量、事件标志、邮箱、队列和内存管理，还支持互斥型信号量(mutual exclusion semaphore)；μc/os除对商业应用收取少量许可费用外，其它用途的应用都是免费的。但是缺少对外围设备和接口的支持，没有文件系统、网络协议、图形界面，这些需要用户自己去实现。

　　由于lwip 会为每个网络连接动态分配一些信号量和消息队列，当连接断开时会删掉这些信号量和消息队列。较低的版本如μc/os-2.0不支持信号量和消息队列的删除，所以要选择高一些的版本，本文中选用的是μc/os-2.51版本。

　　lwip协议的移植

　　整个系统的结构如图1所示，由mcu、网卡、网络设备驱动、μc/os操作系统、lwip协议栈和应用程序6 个部分组成。下面从与mcu 的接口、与网卡接口、与高层应用程序接口等几部分，说明lwip 移植的具体方法和实现过程。

图1　系统示意图

　　与m.core 2107 接口的实现

　　基于x86平台的pc机是小端字节顺序，而m.core 2107默认为大端存储系统。因而为了保证数据的正确传输，对int、uint16、uint32等多于1 字节类型的数据变换其存储顺序。