【文章內(nèi)容簡介】 協(xié)議棧 ，簡單易用 ，資源占用少是它的設(shè)計特點。其設(shè)計重點放在 IP、 ICMP 和 TCP 協(xié)議的實現(xiàn)上 ，協(xié)議雖然也同時實現(xiàn)了 UDP 和ARP 協(xié)議，但僅將其作為可選模塊 。UIP 處于網(wǎng)絡(luò)通信的中間層 ，其上層協(xié)議在這里被稱之為應(yīng)用程序 ，而下層硬件或固件被稱之為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動。TCP / IP 協(xié)議組11中的鏈路層協(xié)議如 PPP 等可由 uIP 之下的設(shè)備驅(qū)動實現(xiàn)；應(yīng)用層協(xié)議如 HTTP、 FTP、SMTP 等可由 ulP 之上的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)。這樣的設(shè)計方式大大減小了協(xié)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(xié)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(shù) 636 0數(shù)據(jù)包緩存 0 400總和 6258 988 協(xié)議棧接口 ulP 協(xié)議通過一系列接口函數(shù)與底層系統(tǒng)和上層應(yīng)用程序通信，它內(nèi)部的協(xié)議集合對外部系統(tǒng)來說是透明的，從而增強了該協(xié)議的通用性和獨立性，可以非常方便地移植到不同系統(tǒng)和應(yīng)用平臺。圖 1 描述了 ulP、底層系統(tǒng)和應(yīng)用程序三者之間的調(diào)用關(guān)系。其中 ulP 提供了 3 個函數(shù)給底層系統(tǒng) ： uip_init ( ) ，uip_input ( )， uip_periodic ( ) 。應(yīng)用程序向 ulP 提供一個調(diào)用函數(shù) uipappcall ( ) ，在網(wǎng)絡(luò)事件或計時事件發(fā)生時進(jìn)行調(diào)用，同時 uIP 也要向應(yīng)用程序提供一些與協(xié)議棧的接口函數(shù)，應(yīng)用程序根據(jù)接口函數(shù)提供的信息或者狀態(tài) ，執(zhí)行相應(yīng)的操作。圖 u l P 底層系統(tǒng)和應(yīng)用程序之間的調(diào)用關(guān)系12 設(shè)備驅(qū)動程序接口u I P 內(nèi)核中有兩個函數(shù)直接提供給底層設(shè)備驅(qū)動程序。一個是 uip_ input ( ) ， 當(dāng)設(shè)備驅(qū)動程序從網(wǎng)絡(luò)層收到的一個數(shù)據(jù)包時要調(diào)用這個函數(shù) ，設(shè)備驅(qū)動程序必須事先將數(shù)據(jù)包存入到 uipbur 中包長放到 uip_len，然后交由 uip_input ( ) 處理。當(dāng)函數(shù)返回時，如果 uip_ len 不為 0，則表明有帶外數(shù)據(jù)( 如 SYN，ACK 等) 要發(fā)送。當(dāng)需要 ARP 支持時，還需要考慮更新 ARP 表示 或發(fā)出 ARP 請求和回應(yīng)。以下代碼即為設(shè)備驅(qū)動程序從網(wǎng)絡(luò)層收到的一個數(shù)據(jù)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(wǎng)數(shù)據(jù)包 ( 設(shè)備驅(qū)動程序) if(uip_len0){ //收到數(shù)據(jù) if(BUFtype::HTONS(UIP_ETHTYPE_IP)){// 是 I P 包 嗎? uip_arp_ipin()； //去除以太網(wǎng)頭結(jié)構(gòu) ， 更新 A R P 表 uip_input ； //I P 包處理13if(uip_len0){ // 有帶外回應(yīng)數(shù)據(jù) uip_arpout()； // 加以太網(wǎng)頭結(jié)構(gòu)在主動連接時可能要構(gòu)造 ARP 請求 ethemet_devicedriver_send()；// 發(fā)送數(shù)據(jù)到 以太 網(wǎng)( 設(shè)備驅(qū)動程序 ) } } elseif(sottype==HTONS(UIPETHTYPEARP)){ //是 A RP 請求包 uip_arp_arpin ( ) ；// 如果是 ARP 回應(yīng)更新 ARP 表如果是請求 ，構(gòu)造回應(yīng)數(shù)據(jù)包 if(uip_len0) {// 是 ARP 請求 ，要發(fā)送回應(yīng) Ether_devicedriver_send()；// 發(fā) ARP 回應(yīng)到以太網(wǎng)上 } } 另一個 ulP 內(nèi)核直接提供給底層設(shè)備驅(qū)動程序的函數(shù)是 uip_periodic(conn) 。這個 函數(shù)用 于 ulP 內(nèi)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(shù)據(jù)要發(fā)送，如有，則構(gòu)造 I P 包。以下示例即為 u l P 內(nèi)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(zhì)上來說 uip_nput()和 uip_periodic()在內(nèi)部是一個函數(shù)，即uip_process(u8_flag) uIP 的設(shè)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(xiàn)上來說是完全復(fù)用的。 應(yīng)用程序接口 uIP 使用基于事件的程序模式，應(yīng)用程序由 c 語言函數(shù)實現(xiàn)。當(dāng)收發(fā)數(shù)據(jù) 、新連14接建立或者數(shù)據(jù)需要重新傳輸時，uIP 都會調(diào)用應(yīng)用程序。同時，應(yīng)用程序還要周期查詢是否有新的數(shù)據(jù)收發(fā)。因為應(yīng)用程序只提供了一個回調(diào)函數(shù) ，所以應(yīng)用程序還要把不同的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)映射到不同的端口和連接。uIP 在接受到底層傳來的數(shù)據(jù)包后 ，如果需要送上層應(yīng)用程序 處理 ，就調(diào)用 UIP_APPCLL()。同時，uIP 設(shè)置結(jié)構(gòu)體 uIP_eonn指針指向當(dāng)前連接。uIP_conn 記錄一條 TCP 連接的所有相關(guān)信息，它是維持 uIP 運行的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，定義如下 ： struct tcp_conn{ u8_t tcpstateflags；// T C P 的狀態(tài)和標(biāo)志 u16_t lport,rpert ；// 當(dāng)?shù)睾瓦h(yuǎn)端端口 u16_t fipodar[ 2 ] ；// 遠(yuǎn)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(fā)送的序列號 u8_t aek nxt [ 4 ] ；//對端下一個應(yīng)答序列號 u8_t timer ；// 重傳時間 u8_t nrtx ；//計算特殊段的重發(fā)數(shù)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(yīng)用程序掛接到 uIP 中， 必須將宏 UIP_APPCALL ( ) 定義成實際的應(yīng)用程序函數(shù)名，這樣每當(dāng)某個 ulP 事件發(fā)生時，內(nèi)核就會調(diào)用該應(yīng)用程序進(jìn)行處理 。如果要加入應(yīng)用程序狀態(tài)的話 ，必須將宏 UIP_APPSTATE_SIZE 定義成應(yīng)用程序狀態(tài)結(jié)構(gòu)體的長度。在應(yīng)用程序函數(shù)中，依靠 ulP 事件檢測函數(shù)來決定處理的方法，另外可以通過判斷當(dāng)前連接的端 口號來區(qū)分處理不同的連接。 uIP 協(xié)議棧提供的主要接口匯總提供的接口在 中，為了減少函數(shù)調(diào)用造成的額外支出，大部分接口函數(shù)以宏命令實現(xiàn)的。 151．初始化 uIP 協(xié)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(jiān)聽端口：uip_listen() 5．連接到遠(yuǎn)程主機：uip_connect() 6．接收到連接請求：uip_connected() 7．主動關(guān)閉連接：uip_close() 8．連接被關(guān)閉：uip_closed()9．發(fā)出去的數(shù)據(jù)被應(yīng)答：uip_acked() 10．在當(dāng)前連接發(fā)送數(shù)據(jù)：uip_send() 11．在當(dāng)前連接上收到新的數(shù)據(jù)：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(huán)代碼架構(gòu)并改寫 main 函數(shù)下面是 uIP 協(xié)議棧的主控制循環(huán)。void main(void){ /*省略部分代碼*/ 16 /*設(shè)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(xié)議棧初始化*/ uip_init()。 uip_arp_init()。 /*應(yīng)用層初始化*/ exam ple1_init()。 /*驅(qū)動層初始化*/ etherdev_init()。 /*IP 地址、網(wǎng)關(guān)、掩碼設(shè)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(huán)*/ while(1) { /*從網(wǎng)卡讀數(shù)據(jù)*/ uip_len = etherdev_read()。 /*如果存在數(shù)據(jù)則按協(xié)議處理*/ if(uip_len 0) { /*收到的是 IP 數(shù)據(jù)，調(diào)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(shù)據(jù)，則調(diào)用 etherdev_send 發(fā)送出去*/ if(uip_len 0) { uip_arp_out()。 etherdev_send()。 } } /*收到的是 ARP 數(shù)據(jù)，調(diào)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(diào)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(diào)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(wǎng)卡驅(qū)動程序 使用以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)下面以 IEEE 數(shù)據(jù)幀來分析數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)卡的工作內(nèi)容。IEEE 是電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE ）制定的一種描述物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的實現(xiàn)方法的網(wǎng)絡(luò)協(xié)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(guī)定的幀結(jié)構(gòu)如下： 表 以太網(wǎng)（ ）幀結(jié)構(gòu)PR（前導(dǎo)碼） ：包括了 7 個字節(jié)的二進(jìn)制“1” 、 “0”間隔的代碼，即 1010…10共 56 位。當(dāng)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?shù)乃俾剩?0M 和 100M 的方波頻率不一樣，所以 100M 網(wǎng)卡可以兼容 10M 網(wǎng)卡） 。19 SD（幀數(shù)據(jù)定界符） ：它是長度為 1 個字節(jié)的 10101011 二進(jìn)制序列，此碼表示表示下面跟著的是真正的數(shù)據(jù)。 DA（目的地址） ：目的以太網(wǎng)的物理地址，由 48 位二進(jìn)制組成(6 個字節(jié))，說明該幀傳輸給哪個網(wǎng)卡。如果地址為 FFFFFF