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uIP特性
uIP协议栈往掉了完整的TCP/IP中不常用的功能,简化了通讯流程,但保存了网络通讯必须使用的协议,设计重点放在了IP/TCP/ICMP/UDP/ARP这些网络层和传输层协议上,保证了其代码的通用性和结构的稳定性。
由于uIP协议栈专门为嵌进式系统而设计,因此还具有如下优越功能:
(1) 代码非常少,其协议栈代码不到6K,很方便阅读和移植。
(2) 占用的内存数非常少,RAM占用仅几百字节。
(3) 其硬件处理层、协议栈层和应用层共用一个全局缓存区,不存在数据的拷贝,且发送和接收都是依靠这个缓存区,极大的节省空间和时间。
(4) 支持多个主动连接和被动连接并发。
(5) 其源代码中提供一套实例程序:web服务器,web客户端,电子邮件发送程序(SMTP客户端),Telnet服务器, DNS主机名解析程序等。通用性强,移植起来基本不用修改就可以通过。
(6) 对数据的处理采用轮循机制,不需要操纵系统的支持。
由于uIP对资源的需求少和移植轻易,大部分的8位微控制器都使用过uIP协议栈, 而且很多的著名的嵌进式产品和项目(如卫星,Cisco路由器,无线传感器网络)中都在使用uIP协议栈。
uIP架构
uIP相当于一个代码库,通过一系列的函数实现与底层硬件和高层应用程序的通讯,对于整个系统来说它内部的协议组是透明的,从而增加了协议的通用性。uIP协议栈与系统底层和高层应用之间的关系如图2-1所示。
从上图可以看出,uIP协议栈主要提供了三个函数供系统底层调用。即uip_init(), uip_input() 和uip_periodic()。其与应用程序的主要接口是UIP_APPCALL( )。
uip_init()是系统初始化时调用的,主要初始化协议栈的侦听端口和默认所有连接是封闭的。
当网卡驱动收到一个输进包时,将放进全局缓冲区uip_buf中,包的大小由全局变量uip_len约束。同时将调用uip_input()函数,这个函数将会根据包首部的协议处理这个包和需要时调用应用程序。当uip_input()返回时,一个输出包同样放在全局缓冲区uip_buf里,大小赋给uip_len。假如uip_len是0,则说明没有包要发送。否则调用底层系统的发包函数将包发送到网络上。
uIP周期计时是用于驱动所有的uIP内部时钟事件。当周期计时激发,每一个TCP连接都会调用uIP函数uip_periodic()。类似于uip_input()函数。uip_periodic()函数返回时,输出的IP包要放到uip_buf中,供底层系统查询uip_len的大小发送。
由于使用TCP/IP的应用场景很多,因此应用程序作为单独的模块由用户实现。uIP协议栈提供一系列接口函数供用户程序调用,其中大部分函数是作为C的宏命令实现的,主要是为了速度、代码大小、效率和堆栈的使用。用户需要将应用层进口程序作为接口提供给uIP协议栈,并将这个函数定义为宏UIP_APPCALL()。这样,uIP在接受到底层传来的数据包后,在需要送到上层应用程序处理的地方,调用UIP_APPCALL( )。在不用修改协议栈的情况下可以适配不同的应用程序。
uIP在MCS-51单片机上的移植
1.为此项目建立一个keil C工程,建立src目录存放源文件。
2.通过阅读uip-1.0\unix\main.c,了解uIP的的主循环代码架构,并将main.c放到src目录下。
3.仿照uip-1.0\unix\tapdev.c写网卡驱动程序,与具体硬件相关。这一步比较费点时间,不过好在大部分网卡芯片的驱动程序都有代码鉴戒或移植。驱动需要提供三个函数,以RTL9019AS驱动为例。
etherdev_init():网卡初始化函数,初始化网卡的工作模式。
u16_t etherdev_read(void):读包函数。将网卡收到的数据放进全局缓存区uip_buf中,返回包的长度,赋给uip_len。
void etherdev_send(void):发包函数。将全局缓存区uip_buf里的数据(长度放在uip_len中)发送出往。
所以,收包和发包主要是操纵uip_buf和uip_len。具体驱动分析可参考《第三章 网络芯片的驱动》。
4.由于uIP协议栈需要使用时钟,为TCP和ARP的定时器服务。因此使用单片机的定时器0用作时钟,每20ms让计数TIck_cnt加1,这样,25次计数(0.5S)满了后可以调用TCP的定时处理程序。10S后可以调用ARP老化程序。对uIP1.0版本,增加了timer.c/timer.h,专门用来治理时钟,都放到src下。
5.uIP协议栈的主要内容在uip-1.0\uip\下的uip.c/uip.h中,放到src下。假如需要ARP协议,需要将uip_arp.c和uip_arp.h也放到src下。
6.uipopt.h/uip-cONf.h是配置文件,用来设置本地的IP地址、网关地址、MAC地址、全局缓冲区的大小、支持的最大连接数、侦听数、ARP表大小等。需要放在src下,并且根据需要配置。在V1.00版本中对配置做了如下修改:
(1)配置IP地址,默认先关IP,在初始化中再设定。
#define UIP_FIXEDADDR 0
#define UIP_IPADDR0 192
#define UIP_IPADDR1 168
#define UIP_IPADDR2 1
#define UIP_IPADDR3 9
#define UIP_NETMASK0 255
#define UIP_NETMASK1 255
#define UIP_NETMASK2 255
#define UIP_NETMASK3 0
#define UIP_DRIPADDR0 192
#define UIP_DRIPADDR1 168
#define UIP_DRIPADDR2 1
#define UIP_DRIPADDR3 1
(2)使能MAC地址
#define UIP_FIXEDETHADDR 1
#define UIP_ETHADDR0 0x00
#define UIP_ETHADDR1 0x4f
#define UIP_ETHADDR2 0x49
#define UIP_ETHADDR3 0x12
#define UIP_ETHADDR4 0x12
#define UIP_ETHADDR5 0x13
(3)使能ping功能
#define UIP_PINGADDRCONF 1
(4)封闭主动请求连接的功能
#define UIP_ACTIVE_OPEN 0
(5)将uip_tcp_appstate_t定位u8_t类型。
(6)由于单片机是大端结构,因此宏定义需要修改
#define UIP_CONF_BYTE_ORDER UIP_BIG_ENDIAN
(7)暂时不移植打印信息,先封闭
#define UIP_CONF_LOGGING 0
(8)定义数据结构类型
typedef unsigned char u8_t;
typedef unsigned int u16_t;
typedef unsigned long u32_t;
7. 假如使用keil C的小模式编译,需要在大部分的RAM的变量前增加xdata。
8.data为keil C的关键词,代码中所有出现data的地方(主要是参数、局部变量、结构体成员)改为pucdata或ucdata。
9.解决编译过程中的错误。uIP协议栈为C语言编写,编译过程中的题目比较少,并且轻易解决。
uIP的主控制循环
通过实际的代码说明uIP协议栈的主控制循环。
void main(void)
{
timer_set(&periodic_timer, CLOCK_CONF_SECOND / 2);
timer_set(&arp_timer, CLOCK_CONF_SECOND * 10);
init_Timer();
uip_init();
uip_arp_init();
example1_init();
etherdev_init();
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_setnetmask(ipaddr);
while(1)
{
uip_len = etherdev_read();
if(uip_len > 0)
{
if(BUF->type == htons(UIP_ETHTYPE_IP))
{
uip_arp_ipin();
uip_input();
if(uip_len > 0)
{
uip_arp_out();
etherdev_send();
}
}
else if(BUF->type == htons(UIP_ETHTYPE_ARP)) {
uip_arp_arpin();
if(uip_len > 0)
{
etherdev_send();
}
}
}
else if(timer_expired(&periodic_timer))
{
timer_reset(&periodic_timer);
for(i = 0; i < UIP_CONNS; i++)
{
uip_periodic(i);
if(uip_len > 0)
{
uip_arp_out();
etherdev_send();
}
}
if(timer_expired(&arp_timer))
{
timer_reset(&arp_timer);
uip_arp_timer();
}
}
}
return;
}
uIP协议栈提供的主要接口
提供的接口在uip.h中,为了减少函数调用造成的额外支出,大部分接口函数以宏命令实现的。
1.初始化uIP协议栈:uip_init()
2.处理输进包:uip_input()
3.处理周期计时势件:uip_periodic()
4.开始监听端口:uip_listen()
5.连接到远程主机:uip_connect()
6.接收到连接请求:uip_connected()
7.主动封闭连接:uip_close()
8.连接被封闭:uip_closed()
9.发出往的数据被应答:uip_acked()
10.在当前连接发送数据:uip_send()
11.在当前连接上收到新的数据:uip_newdata()
12.告诉对方要停止连接:uip_stop()
13.连接被意外终止:uip_aborted()
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