μCOS—II网络通信功能的实现

操作， 因此其初始化工作必须在 μC/OS—II 完全启动之后， 即在 任务中进行。主函数程序框架如下： main （ ） ｛ OSInit （ ） ； 目标板初始化； OSTaskCreat （LWIP＿main （ ） ， （void * ） 0， （void * ）＆ ［STACKSIZE － 1］ ， 0 ） ； TasklwipStk OSStart （ ） ； ｝ 编译运行后， 用 ping IP 地址命令可等到 ICMP reply 回应， 用 telnet IP 地址命令可以看到 echo server 的回显效果。图 2 是 Ping 命令的测试结果图，这表明 LWIP 已成功地移植到了 μC/OS—II 中。
1
μC/OS—II
μC/OS—II 是由 Jean brosse 于 1992 年编写的一个嵌入 可移植、 固化、 裁剪的抢占 式多任务操作系统。它是一个完整的， 式实时多任务内核。 μC/OS—II 大部分代码是用 ANSIC 语言编 写， 仅少量与微处理器硬件相关的代码是用汇编语言编写， 这使 得它可以方便地移植到其他微处理器上。μC/OS—II 移植只需要 OS＿CPU＿C.C 和 修 改 与 处 理 器 相 关 的 3 个 文 件 OS＿CPU.H， OS＿CPU＿A.ASM。 本文中实现 μC/OS—II 网络通信功能的硬件平 台采用基于 ARM 的微处理器 S3C44BOX。
科技情报开发与经济 文章编号： 1005－6033 （2MATION DEVELOPMENT ＆ ECONOMY
200 9 年 第 19 卷
第 18 期
收稿日期： 2009－04－09
μC/OS—II 网络通信功能的实现 *
李彦军
（山西大学商务学院， 山西太原， 030031 ） 摘 要： 通过移植 LWIP 协议， 扩充 μC/OS—Ⅱ的内核， 实现了网络通信功能， 并对移植 结果进行了测试。 关键词： μC/OS—Ⅱ； LWIP； 移植； 网络通信功能 TP316.8 文献标识码： A 中图分类号： 随着嵌入式系统应用的普及， 我们面对的系统越来越复杂， 采用以专用计算机或单片机为核心，通过汇编语言编程对系统 进行直接控制的方式难以满足开发的需求，嵌入式操作系统的 作用正变得日益重要 。 目前国际上主流的嵌入式操作系统有 Windows CE、 嵌入式 Linux 和 μC/OS—II， 而 μC/OS—II 又以其免 费且公开源码的特点得到广泛应用。
图 2 测试结果 参考文献 ［1］ J J Labross.μC/OS—II—源码公开的实时嵌入式操作系统 .邵贝贝， 译.北京： 中国电力出版社， 2001. ［M］ ［2］ 王田苗.嵌入式系统设计与实例开发 ［M］ .北京： 清华大学出 版社， 2004. ［3］ ADAM Dunkels.Design an implementation of the lwIP TCP/IP .［2009 －03 －06］ .http://www.sics.se/～adam/lwip/doc/ Stack ［EB/OL］ lwip.pdf. （责任编辑： 李 敏 ） ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ 第一作者简介： 李彦军， 男， 1979 年 10 月生， 2006 年毕业于 中北大学 （硕士 ） ，助教，山西大学商务学院，山西省太原市， 030031. （下转第 225 页 ）
4 LWIP 移植测试
在做完相关的移植工作后， LWIP 就可以在 μC/OS—II 上运 行了。我们以 TCP 任务为例测试。S3C44B0X 的 IP 地址设置为 192.168.48.10， LWIP 的初始化用到了信号量等操作系统相关的 （上接第 89 页 ）
Study on Optimizing the Construction of Literature Resources in Small and Medium－sized Libraries —— —Taking the Library of Fushun Vocational and Technical Institute as an Example
2
LWIP
μC/OS—II 作为一个实时内核缺少对网络通信功能的支持， 本文将介绍如何在 μC/OS—II 上实现一种轻型 TCP/IP 协议栈 LWIP。LWIP 是瑞士计算机科学院的 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 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 对 RAM 的占用非常小， 通常只需要几十 kB 的 RAM 和 40 kB 左 右的 ROM 就可以运行，这使得它非常适合在嵌入式系统中使 用。 LWIP 协议类似于其 TA1 的 TCP/IP 协议，也是采用分层设 计。每个协议声明为一个模块，同时留有与其他协议的接口函 数。LWIP 协议为了提高内存的利用率， 加快处理速度， 每一个协 议都是分开声明的。为了使 LWIP 能够正确地运行， 除了 TCP/IP 协议本身固有的模块 （TCP， IP， UDP， ICMP 和 ARP ） 外还需要声 明一些系统支持模块。例如缓冲及内存管理子系统、 操作系统仿 真层 、 计算检验和函数 、 网络接口函数和应用程序接口函数等， 其结构见图 1。
信息工作研究
LWIP 中每个与外界网络连接的线程都有自己的 timeout 属 性，即等待超时时间 。 这个属性表现为每个线程都对应一个 sys＿timeout 结构体队列， 该队列包括这个线程的 timeout 时间长度 以及超时后调用的 timeout 函数。timeout 该函数会做一些释放连 接、 回收资源的工作。 如果一个线程对应的 sys＿timeout 为空， 那么 该线程对连接做永久等待。 LWIP 已在 sys.h 中定义好了 timeout 结 构体， 我们的工作是实现函数 sys＿arch＿timeouts （ ） ， 该函数将返回 目前正处于运行态的线程所对应的 timeout 队列指针。 LWIP 可以是单线程运行， 也可以是多线程运行， 这有助于提 高运行效率，降低编程复杂度。我们主要实现新线程的创建函数 sys＿thread＿new （ ） ， 而 μC/OS—II 没有线程的概念， 只有任务。μC/ OS—II 已经提供了创建新任务的函数 OSTaskCreate （ ） ， 通过把任 务创建重新封装来实现线程创建。LWIP 的线程中没有优先级的 概念， 因此实现时要事先为 LWIP 中创建的线程分配好优先级。 3.3 外部库函数的实现 LWIP 协议栈中用到了 8 个外部函数， 这些函数通常与用户 使用的系统或编译器有关。 它们是： 16 位数据高低字节交换函数 u16＿t htons （u16＿t n ） 和 u16＿t ntohs（u16＿t n ） ， 32 位数据高低字 （u32＿t n ） 和 u32＿t ntohs（u32＿t n ） ， 字符 节交换函数 u32＿t htons 串比较函数 strcmp （ ） ， 内存数据块之间拷贝函数 bcopy （ ） ， 内存 （ ） 。其中 16 位与 32 位的数 中指定长度的数据块清 0 函数 bzero 据高低字节交换函数由用户实现， 其余的函数由编译器确定。 3.4 网络设备的驱动程序 它与 NE2000 兼 本设计中网络接口芯片采用了 RTIB019AS， 容，实现驱动程序时可参考开源软件 Linux 相关驱动程序的编 LWIP 在 ＼src＼netif＼ethernetif。C 有一个驱动模型， 实现时对照 写， 该模板。 从编程的角度看， RTL8019AS 工作流程非常简单， 驱动程序 将要发送的数据包按指定格式写入芯片并启动发送命令， RTL8019AS 自动把数据包转换成物理帧格式在物理信道上传 RTL8019AS 收到物理信号后将其还原成数据， 按指定 输。反之， 格式存放在芯片 RAM 中以便主机程序取用。驱动程序的主要功 能是实现网卡 RTL8019AS 以下函数：初始化函数 ethernetif＿init （ ） ， 数 据 接 收 函 数 ethernetif＿recv （ ） ，数据发送函数 ethernetif＿send （ ） 和中断服务函数 ethernetif＿isr （ ） 。
3
LWIP 在 μC/OS—II 中的实现
3.1 CPU 或编译器相关的 include 文件的实现 ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ * 本文为山西大学商务学院科研基金项目 （项目编号： 2008006 ） 资助。
李彦军 μC/OS—II 网络通信功能的实现
本刊 E-mail:bjb＠sxinfo．net
缓冲及内存 管理子系统 操作系统 仿真层 TCP/IP 协议模块， TCP， IP， UDP， ICMP 与 ARP
应用程序 接口函数 网络接口 函数
图 1 LWIP 总体结构图 cpu.h， perf.h 中 有 一 些 在/src/arch/include/arch 目 录 下 cc.h， 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 μC/OS—II 时定义的数据长度等参数是一致 的。 在 C 语言中结构体 （Struct ） 是 4 字节对齐的， 但是 LWIP 在处 理数据包时，是通过结构体中不同数据的长度来读取相应数据 让编译器放 的， 所以在定义 Struct 的时候使用 ＿packed 关键字， 弃 Struct 的字节对齐。 3.2 操作系统相关内容的实现 sys＿arch.h 中的内容是与操作系统相关的一些结构和函数， 主要可以分为 5 个部分：系统初始化函数 sys＿init （ ） ， sys＿sem＿t 信号量实现， sys＿mbox＿t 消息队列实现， sys＿arch＿timeout （ ）函数， 新线程创建函数 sys＿thread＿new （ ） 。 sys＿init （ ） 是系统初始化函数，它必须在 TCP/IP 协议栈 tcpip＿thread 任务创建前被调用。 LWIP 在内部通信中需要使用信号量，因此我们需要在 sys＿arch.h 中实现信号量结构体和处理函数。它们包括创建信号 量 sys＿sem＿new （ ） ， 释 放 信 号 量 sys＿ sem ＿free （ ） ， 发送信号量 sys＿ sem ＿signal （ ） ， 请求信号量 sys＿ arch＿sem ＿wait （ ） 。 而 μC / OS—II 已经实现了信号量 OS＿EVENT 的各种操作，因此我们的 主要工作是修改以上函数， 使它们能够被 LWIP 调用。 LWIP 使用消息队列来缓冲 、 传递数据报文，因此要在 sys＿arch.h 中实现与之适应消息队列的数据结构及相应的操作函 数。μC/OS—II 仅实现相应的数据结构及操作函数， 但是没有对 消息队列中的消息进行管理。为了实现对消息的管理， 我们定义 如下数据结构： typedef struct｛ OS＿EVENT* pQ； void* pvQEntries ［MAX＿QUEUE＿ENTRIES］ ； ｝sys＿mbox＿t； 对消息队列本身的管理利用 μC/OS—II 自带的操作完成， 对 消息的创建、使用和删除结合 μC/OS—II 中的内存管理模块实 现， 两部分综合起来实现 LWIP 中的消息队列。我们主要实现以 下函数： 创建一个消息队列 sys＿mbox＿new （ ） ， 删除一个消息队列 sys＿mbox＿free （ ） ， 给消息队列发送一条消息 mbox （sys＿mbox＿post （ ） ， 从消息队列中读取一条消息 sys＿arch＿mbox＿fetch （ ） 。 121