S3C2416裸機(jī)開發(fā)系列二二_Lwip的移植

Internet實(shí)現(xiàn)了全球范圍內(nèi)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的互連，不同主機(jī)之間必須遵循相同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議才能彼此通信。TCP/IP協(xié)議作為一種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議，在Internet中得到了最廣泛的支持以及應(yīng)用。筆者此處就輕量級TCP/IP協(xié)議Lwip的移植作一個(gè)簡單的介紹。

TCP/IP協(xié)議是Internet上使用最廣泛的通信協(xié)議，其實(shí)際上是一個(gè)協(xié)議簇，其中TCP協(xié)議和IP協(xié)議是其中兩個(gè)最重要的協(xié)議。

TCP/IP協(xié)議采用4層層級結(jié)構(gòu)：應(yīng)用層、運(yùn)輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層。相應(yīng)的層級除了能夠向上一層提供服務(wù)，還需要使用下一層所提供的服務(wù)。

數(shù)據(jù)鏈路層將網(wǎng)絡(luò)層交下來的IP數(shù)據(jù)報(bào)組裝成幀，在兩個(gè)相鄰結(jié)點(diǎn)間的鏈路上透明傳送以幀為單位的數(shù)據(jù)，另一結(jié)點(diǎn)若收到無差錯(cuò)的幀，則從收到的幀中提取出IP數(shù)據(jù)報(bào)上交上一層，否則丟棄此包。這一層級幀格式通常采用Ethernet V2，有效的MAC幀長度為64~1518字節(jié)，通常由網(wǎng)絡(luò)適配器實(shí)現(xiàn)這一層級。

網(wǎng)絡(luò)層把運(yùn)輸層產(chǎn)生的報(bào)文段或用戶數(shù)據(jù)報(bào)封裝成分組或包進(jìn)行傳送，由于網(wǎng)絡(luò)層使用無連接的網(wǎng)際協(xié)議IP，因此，分組也稱為IP數(shù)據(jù)報(bào)，并且是不可靠的。除了IP協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)層還需配套使用以下幾個(gè)協(xié)議：地址解析協(xié)議ARP、逆地址解析協(xié)議RARP、因特網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議ICMP、因特網(wǎng)組管理協(xié)議IGMP。

運(yùn)輸層向上面的應(yīng)用層提供通信服務(wù)，具有復(fù)用和分用的功能。復(fù)用就是多個(gè)應(yīng)用層進(jìn)程可同時(shí)使用運(yùn)輸層的服務(wù)，分用則為運(yùn)輸層可以把收到的數(shù)據(jù)分別交付上面應(yīng)用層中相應(yīng)的進(jìn)程。這一層級有兩個(gè)不同的協(xié)議：傳輸控制協(xié)議TCP和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP。TCP提供面向連接的服務(wù)，數(shù)據(jù)傳輸單位為報(bào)文段，能夠保證提供可靠的交付。其傳輸數(shù)據(jù)前必須先建立連接，結(jié)束傳輸后要釋放連接，不提供廣播或多播服務(wù)。UDP傳輸數(shù)據(jù)前不需要建立連接，數(shù)據(jù)傳輸單位為用戶數(shù)據(jù)報(bào)，不保證提供可靠的交付。運(yùn)輸層接收到UDP報(bào)文后，不需要給出任何確認(rèn)，可以實(shí)現(xiàn)廣播或多播服務(wù)。

應(yīng)用層根據(jù)運(yùn)輸層提供的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)不同主機(jī)中多個(gè)應(yīng)用進(jìn)程之間的通信和協(xié)同工作，由實(shí)際的應(yīng)用規(guī)劃應(yīng)用進(jìn)程在通信時(shí)所遵循的協(xié)議。在Internet中有很多標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用層協(xié)議如：域名系統(tǒng)DNS、文件傳輸協(xié)議FTP、超文本傳輸協(xié)議HTTP、遠(yuǎn)程終端協(xié)議TELNET、動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議DHCP、簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議SNMP等等。

Lwip是瑞典計(jì)算機(jī)科學(xué)院(SICS)的Adam Dunkels開發(fā)的一個(gè)小型開源TCP/IP協(xié)議棧。作為輕量級TCP/IP協(xié)議，Lwip支持有操作系統(tǒng)以及無操作系統(tǒng)運(yùn)行，其在保持TCP/IP協(xié)議主要功能的基礎(chǔ)上，減少對RAM、ROM的占用，非常適合于嵌入式系統(tǒng)使用。

對于一個(gè)可移植的開源協(xié)議棧，移植部分往往分成體系結(jié)構(gòu)相關(guān)、操作系統(tǒng)相關(guān)、驅(qū)動(dòng)接口相關(guān)這幾個(gè)部分。此處以Lwip-1.4.1版本為例說明移植的相關(guān)代碼文件。

在cc.h中需實(shí)現(xiàn)cpu以及編譯器相關(guān)的定義，Lwip為了可移植，使用了自身的數(shù)據(jù)類型，需根據(jù)使用的cpu以及編譯器進(jìn)行定義。網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序使用大端格式，并且其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)需嚴(yán)格按照字節(jié)對齊，此處定義cpu的字節(jié)序以及編譯器字節(jié)對齊宏等。

#ifndef __ARCH_CC_H__

#define __ARCH_CC_H__

#include /* printf, fflush, FILE */

#include /* abort */

#define LWIP_PROVIDE_ERRNO

/* Define platform endianness (might already bedefined) */

#define BYTE_ORDER LITTLE_ENDIAN

/* Define generic types used in lwIP */

typedef unsignedchar u8_t;

typedef signedchar s8_t;

typedef unsignedshort u16_t;

typedef signedshort s16_t;

typedef unsignedlong u32_t;

typedef signedlong s32_t;

typedef u32_t mem_ptr_t;

typedef u32_t sys_prot_t;

/* Define (sn)printf formatters for these lwIP types*/

#define U16_F "hu"

#define S16_F "hd"

#define X16_F "hx"

#define U32_F "lu"

#define S32_F "ld"

#define X32_F "lx"

/* Compiler hints for packing structures */

#define PACK_STRUCT_BEGIN

#define PACK_STRUCT_STRUCT __attribute__((__packed__))

#define PACK_STRUCT_END

#define PACK_STRUCT_FIELD(x) x

/* Plaform specific diagnostic output */

#define LWIP_PLATFORM_DIAG(x) do { printf x; } while(0)

#define LWIP_PLATFORM_ASSERT(x) do {

printf("Assertion "%s" failed at line%d in %sn",

x, __LINE__, __FILE__); fflush(NULL); abort(); }while(0)

#endif /* __ARCH_CC_H__ */

perf.h用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)和測量相關(guān)頭文件，在平時(shí)可以不用。

#ifndef __PERF_H__

#define __PERF_H__

#define PERF_START/* null definition */

#define PERF_STOP(x)/* null definition */

#endif /* __PERF_H__ */

在sys_arch.h/sys_arch.c中需實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)相關(guān)的接口，主要是提供信號量、郵箱、臨界區(qū)保護(hù)的接口實(shí)現(xiàn)，為了支持Lwip的完整功能，還需實(shí)現(xiàn)多線程接口，除此之外，Lwip還需使用系統(tǒng)時(shí)鐘來確定一些模塊(如ARP、TCP等)的超時(shí)處理。所有需在sys_arch.h/sys_arch.c中實(shí)現(xiàn)的接口函數(shù)均在sys.h中給出了原型，此處不使用操作系統(tǒng)，只需實(shí)現(xiàn)Lwip的系統(tǒng)時(shí)鐘即可。

extern volatile uint32_t SystemTick;

uint32_t sys_now(void)

{

returnSystemTick;

}

Lwip最底層需要實(shí)現(xiàn)讀寫網(wǎng)卡，其中在源碼包中ethernetif.c，已經(jīng)給出了底層驅(qū)動(dòng)接口模板的實(shí)現(xiàn)，因此只需要在模板中加入網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)接口函數(shù)即可，主要是網(wǎng)卡初始化、網(wǎng)卡接收、網(wǎng)卡發(fā)送這三個(gè)函數(shù)。筆者使用的是DM9000A，驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)在前面章節(jié)有詳細(xì)的介紹，此處不再細(xì)述。

/* Define those to better describe your networkinterface. */

#define IFNAME0 'e'

#define IFNAME1 'n'

struct ethernetif {

structeth_addr *ethaddr;

/* Addwhatever per-interface state that is needed here. */

};

struct netifDM9000_netif;

static void low_level_init(struct netif *netif)

{

/* set MAC hardware address length */

netif->hwaddr_len = ETHARP_HWADDR_LEN;

/* set MAC hardware address */

netif->hwaddr[0] = default_enetaddr[0];

netif->hwaddr[1] = default_enetaddr[1];

netif->hwaddr[2] = default_enetaddr[2];

netif->hwaddr[3] = default_enetaddr[3];

netif->hwaddr[4] = default_enetaddr[4];

netif->hwaddr[5] = default_enetaddr[5];

/* maximum transfer unit */

netif->mtu = 1500;

/* device capabilities */

/* don't set NETIF_FLAG_ETHARP if this device is notan ethernet one */

netif->flags = NETIF_FLAG_BROADCAST |NETIF_FLAG_ETHARP | NETIF_FLAG_LINK_UP;

/* Do whatever else is needed to initialize interface.*/

DM9000_Init();

}

static err_t low_level_output(struct netif *netif,struct pbuf *p)

{

struct pbuf*q;

uint16_tBuffer[1514/2];

uint8_t*pBuffer;

#if ETH_PAD_SIZE

pbuf_header(p,-ETH_PAD_SIZE); /* drop the padding word */

#endif

pBuffer =(uint8_t *)Buffer;

for(q = p; q!= NULL; q = q->next) {

memcpy(pBuffer, q->payload, q->len);

pBuffer +=q->len;

}

// signal thatpacket should be sent();

DM9000_SendPacket(Buffer, p->tot_len);

#if ETH_PAD_SIZE

pbuf_header(p,ETH_PAD_SIZE); /* reclaim the padding word */

#endif

LINK_STATS_INC(link.xmit);

return ERR_OK;

}

static struct pbuf * low_level_input(struct netif*netif)

{

struct pbuf*p, *q;

uint16_tBuffer[1514/2];

uint8_t*pBuffer;

int16_t len;

/* Obtain thesize of the packet and put it into the "len" variable. */

len =DM90000_ReceivePacket(Buffer);

if (len <=0) {

return NULL;

}

#if ETH_PAD_SIZE

len +=ETH_PAD_SIZE; /* allow room for Ethernet padding */

#endif

/* We allocatea pbuf chain of pbufs from the pool. */

p =pbuf_alloc(PBUF_RAW, len, PBUF_POOL);

if (p != NULL){

#if ETH_PAD_SIZE

pbuf_header(p, -ETH_PAD_SIZE); /* drop the padding word */

#endif

pBuffer =(uint8_t *)Buffer;

for(q = p; q!= NULL; q = q->next) {

memcpy(q->payload, pBuffer, q->len);

pBuffer+= q->len;

}

#if ETH_PAD_SIZE

pbuf_header(p, ETH_PAD_SIZE); /* reclaim the padding word */

#endif

LINK_STATS_INC(link.recv);

} else {

LINK_STATS_INC(link.memerr);

LINK_STATS_INC(link.drop);

}

return p;

}

void ethernetif_input(struct netif *netif)

{

struct eth_hdr*ethhdr;

struct pbuf*p;

/* movereceived packet into a new pbuf */

p =low_level_input(netif);

/* no packetcould be read, silently ignore this */

if (p == NULL)return;

/* points topacket payload, which starts with an Ethernet header */

ethhdr =p->payload;

switch(htons(ethhdr->type)) {

/* IP or ARPpacket? */

caseETHTYPE_IP:

caseETHTYPE_ARP:

#if PPPOE_SUPPORT

/* PPPoEpacket? */

caseETHTYPE_PPPOEDISC:

caseETHTYPE_PPPOE:

#endif /* PPPOE_SUPPORT */

if(netif->input(p, netif)!=ERR_OK) {

LWIP_DEBUGF(NETIF_DEBUG, ("e