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实时操作系统uC0S II下TCPIP协议栈的实现

发布时间:2019-06-12 10:55 来源:未知 编辑:admin

  随着嵌入式系统与网络的日益结合,在嵌入式中引入栈,以支持嵌入式设备接入网络,成为嵌入式领域重要的研究方向。是近年来发展迅速的一个开放源码,但它只是一个实时的任务调度及通信内核,缺少对外围设备和接口的支持,如没有文件系统、网络协议栈LwIP为基础,给uC/0S II加上了网络支持。下面就以uC/0S II +LwIP分别在8位MCU ez80和32位MCU ARM7TDMI上的

  需要说明的是,笔者使用的ez80系统是Zilog公司的ez80190开发板,自带网络芯片。而ARM7系统是使用笔者参与开发的Skyeye,一个基于GDB的ARM7TDMI指令级软件仿真器。Skyeye小组最近为Skyeye加上了软件模拟的Ne2k兼容网络芯片,可以运行带网络支持的cLinux和uC/0S II。以下的全部相关程序和代码都可以在Skyeye网站~skyeye/)下载。

  嵌入式操作系统uC/0S II是一个公开源代码的占先式多任务的微内核RTOS,其性能和安全性可以与商业产品竞争。uC/0S II的特点可以概括为以下几个方面:公开源代码,代码结构清晰、明了,注释详尽,组织有条理,可移植性好。可裁剪,可固化。内核属于抢占式,最多可以管理60个任务。uC/0S II自1992年的第一版(uC/0S)以来已经有好几百个应用,是一个经实践证明好用且稳定可靠的内核。目前国内对uC/0S II的研究和应用都很多。

  TCP/IP是Internet的基本协议,以其实用性、高效性已经成为事实上的工业标准。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。目前嵌入式设备上TCP/IP方案有很多种,但面向低端应用的开源嵌入式网络平台还很少见。

  uC/0S II是一个富有开放色彩的RTOS,只要买一本书就可获得源代码,对学校和教育的使用完全免费,商业应用的费用相对也很低。但是它目前的一些第三方TCP/IP支持都是完全商业化的,用户需要付费才能获得,很少给出源代码,这影响了uC/0S II的研究和推广。通过把开放源代码的TCP/IP协议栈LwIP移植到uC/0S II上来,就获得了一套可免费研究、学习的嵌入式网络软件平台。

  LwIP是瑞士计算机科学院(Swedish InSTitute of Computer Science)的Adam Dunkels等开发的一套用于嵌入式系统的开放源代码TCP/IP协议栈。LwIP的含义是Light Weight(轻型)IP协议。LwIP可以移植到操作系统上,也可以在无操作系统的情况下独立运行。LwIP TCP/IP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,一般它只需要几十K的RAM和40K左右的ROM就可以运行,这使LwIP协议栈适合在低端嵌入式系统中使用。

  (4) 包括阻塞控制,RTT估算和快速恢复和快速转发的TCP(传输控制协议)

  我们目前使用的是LwIP的最新稳定版V0.5.3。有关LwIP的详细内容,可以参考其代码和网站上的文档。

  LwIP协议栈在设计时就考虑到了将来的移植问题,因此把所有与硬件、OS、编译器相关的部份独立出来,放在/src/arch目录下。因此LwIP在uC/0S II上的实现就是修改这个目录下的文件,其它的文件一般不应该修改。下面分几部份分别说明相应文件的实现原理和过程。具体的代码限于篇幅没有给出,Skyeye网站上有完整的代码和说明。

  /src/arch/include/arch目录下cc.h、CPU.h、perf.h中有一些与CPU或编译器相关的定义,如数据长度,字的高低位顺序等。这应该与用户实现uC/0S II时定义的数据长度等参数是一致的。

  此外还有一点:一般情况下C语言的结构体struct是4字节对齐的,但是在处理数据包的时候,LwIP使用的是通过结构体中不同数据的长度来读取相应的数据的,所以,一定要在定义struct的时候使用_packed关键字,让编译器放弃struct的字节对齐。LwIP也考虑到了这个问题,所以,在它的结构体定义中有几个PACKED_FIELD_xxx宏,默认的时候这几个宏都是空的,可以在移植的时候添加不同的编译器所对应的_packed关键字。比如在Skyeye(ARM7)上对应gcc编译器的定义:

  sys_arch.[ch]中的内容是与OS相关的一些结构和函数,主要可以分为四个部份:

  LwIP中需要使用信号量通信,所以在sys_arch中应实现信号量结构体和处理函数:

  由于uC/0SII已经实现了信号量OS_EVENT的各种操作,并且功能和LwIP上面几个函数的目的功能是完全一样的,所以只要把uC/0SII的函数重新包装成上面的函数,就可以直接使用了。

  LwIP使用消息队列来缓冲、传递数据报文,因此要在sys_arch中实现消息队列结构sys_mbox_t,以及相应的操作函数:linux操作系统文章专题:linux操作系统详解(linux不再难懂)

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