基于ARM的嵌入式TCP／IP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)
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傳輸層主要是在2臺(tái)主機(jī)之間提供端到端的通信。傳輸層有2種不相同的傳輸協(xié)議：TCP(傳輸控制協(xié)議)和UDP(用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)。TCP是面向連接的，在不可靠的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)上提供端到端的可靠字節(jié)流。TCP協(xié)議設(shè)計(jì)了嚴(yán)格的3次建立連接握手過(guò)程、4次關(guān)閉連接握手過(guò)程以及捎帶確認(rèn)信息并通過(guò)滑動(dòng)窗口進(jìn)行流量控制的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程。UDP協(xié)議是不面向連接的，它只是簡(jiǎn)單地把數(shù)據(jù)報(bào)從一臺(tái)主機(jī)發(fā)送到另一臺(tái)主機(jī)，但并不保證該數(shù)據(jù)報(bào)能到達(dá)另一端，可靠性必須由應(yīng)用層來(lái)提供?？紤]到系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，這里采用TCP協(xié)議。應(yīng)用層協(xié)議主要是指用戶(hù)進(jìn)程。其包括：HTTP協(xié)議、FTP協(xié)議、POP3協(xié)議、SMTP協(xié)議、SNMP協(xié)議。本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/152520.htm
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
該TCP／IP網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)為了具有較好的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性，采用μC／OS一Ⅱ設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件。在μC／OS一Ⅱ平臺(tái)上，軟件設(shè)計(jì)工作主要包括：μC／OS一Ⅱ在LPC2210上的移植和TCP／IP協(xié)議在μC／OS一Ⅱ上的實(shí)現(xiàn)以及系統(tǒng)應(yīng)用程序的編寫(xiě)。μC／OS一Ⅱ的移植工作主要集中在下面幾個(gè)文件中：OS_CPU．H，OS_CPU_A．ASM，OS_CPU_C．C。另外，在INCLUDES．H中必須包括LPC2210文件LPC2210．H；OS_CFG．H用于系統(tǒng)應(yīng)用μC／OS一Ⅱ中的初始化配置。OS_CPU．H主要包括一些與處理器和編譯器相關(guān)的常量和類(lèi)型定義等，而且需注意LPC2210的堆棧方向是由高到低，用OS_STK_GROWTH來(lái)設(shè)置堆棧的增長(zhǎng)方向。因此將OS_STK_GROWTH設(shè)為1。OS_CPU_A．ASM中需編寫(xiě)4個(gè)匯編語(yǔ)言函數(shù)：OS_TASK_SW()，OS_IntCtxSw()，OSStartHighRdy()和OSTieklSR()。
以太網(wǎng)鏈路層遵循的IEEE802．3協(xié)議的CSMA／CD和CRC校驗(yàn)等功能由網(wǎng)絡(luò)控制芯片Rtl8019AS完成，LPC2210芯片則完成其他TCP／IP協(xié)議的解釋和執(zhí)行。LPC2210控制RTL8019AS完成通信任務(wù)時(shí)，首先要對(duì)RTL8019AS復(fù)位，并對(duì)RTL8019As的寄存器進(jìn)行初始化，確定發(fā)送和接收的條件，然后才能發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)。當(dāng)一幀數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束、接收到1幀數(shù)據(jù)或出錯(cuò)等事件發(fā)生時(shí)，RTL8019As向LPC2210申請(qǐng)中斷，LPC2210響應(yīng)中斷后根據(jù)中斷狀態(tài)寄存器的內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的處理。
在LPC2210內(nèi)部，ARM程序完成對(duì)數(shù)據(jù)的打包解包。系統(tǒng)復(fù)位后，系統(tǒng)首先發(fā)送ARP請(qǐng)求，建立地址映射，并內(nèi)部中斷進(jìn)行定時(shí)更新。ARM芯片根據(jù)情況將采集或收集到數(shù)據(jù)按照TCP協(xié)議或UDP協(xié)議格式打包，送入網(wǎng)卡芯片，由網(wǎng)卡芯片將數(shù)據(jù)輸出到局域網(wǎng)中。ARM芯片對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行分析，如果是ARP(物理地址解析)數(shù)據(jù)包，則程序轉(zhuǎn)入ARP處理程序。如果是IP數(shù)據(jù)包則進(jìn)一步判斷是哪個(gè)協(xié)議向IP傳送數(shù)據(jù)。如果是ICMP協(xié)議，判斷是否為Ping請(qǐng)求，是則應(yīng)答，不是丟棄該數(shù)據(jù)包；如果是TCP或UDP協(xié)議，且端口正確則按相應(yīng)的協(xié)議處理數(shù)據(jù)，端口不正確丟棄數(shù)據(jù)包。TCP／IP系統(tǒng)框圖如圖3所示。
TCP／IP在μC／OS一Ⅱ上的設(shè)計(jì)結(jié)束后，剩下的工作就是編寫(xiě)應(yīng)用程序。將系統(tǒng)劃分成若干個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的無(wú)限循環(huán)的主程序，完成一個(gè)特定的功能。為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，應(yīng)用程序采用靜態(tài)優(yōu)先級(jí)，即應(yīng)用程序在執(zhí)行的過(guò)程中各個(gè)任務(wù)優(yōu)先級(jí)保持不變。
4 結(jié) 語(yǔ)
基于ARM的嵌入式TCP／IP協(xié)議的設(shè)計(jì)方案，論述了軟、硬件的設(shè)計(jì)方法和協(xié)議的選擇。該設(shè)計(jì)方案在硬件實(shí)現(xiàn)上簡(jiǎn)潔可靠；軟件實(shí)現(xiàn)上可維護(hù)性好；可擴(kuò)展性好，有利于系統(tǒng)的后續(xù)開(kāi)發(fā)，降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。實(shí)驗(yàn)證明該方案可行性強(qiáng)，可以直接把系統(tǒng)的處理數(shù)據(jù)送到以太網(wǎng)上傳輸?？梢钥闯?，ARM和嵌入式TCP／IP協(xié)議將會(huì)得到更大的發(fā)展和更廣闊的應(yīng)用。
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