・自动化技术・ 基于ＬｗＩＰ的嵌入式以太网系统的设计与实现 胡龙腾 田雨 （电子科技大学自动化工程学院 四川成都 ６１１ ７３１） ［摘要】针对ｕＣ／ＯＳ－ＩＩ操作系统没有ＴＣＰ／ＩＰ通信功能，本文给出一种将ＬｗｌＰｌ￣栈移植到 ｕＣ／ＯＳ—ＩＩ的方法，使其具有ＴＣＰ／ＩＰ通信功能，并通过测试，实际应用效果良好。 ［关键词］ｕＣ／ＯＳ－ＩＩ操作系统［中图分类号］ＴＰ３１６ ＴＣＰ／ＩＰ ＬｗＩＰ协议 ［文献标识码］Ａ 【文章编号］ｌ００７—９４１６（２０１０）０７－００４４－０１ １ Ｉ．ｗＩＰ协议栈简介 务创建函数封装成此线程创建函数。还需 ＬｗＩＰ是瑞士计算机科学院的Ａｄａｍ 要注意的地方是创建时要为线程分配好优 Ｄｕｎｋｅｌｓ等开发的一套用于嵌入式系统的 先级。 开放源代码ＴＣＰ／ＩＰ协议栈。Ｉ ｗ／Ｐ既可移 （２）定时器函数ｓｙｓ—ａｒｃｈ ｔｉｍｅｏｕｔｓ（） 植到操作系统上。ＬｗＩＰ实现了较为完备的 ＬｗＩＰ的每个与外界网络连接的线程都 ｌＰ、ＩＣＭＰ、ＵＤＰ、ＴＣＰ协议，具有超时时间估 有自己的超时等待属性，并为每个线程都 计、快速恢复和重发、窗口调整等功能。还 分配一个ｓｙｓ—ｔｉｍｅｏｕｔ数据结构，并把这个数 有一个重要的特点就是协议栈只需要几十 据结构存放在链表ｓｙｓ—ｔｉｍｅｏｕｔｓ中。如果一 Ｋ的ＲＡＭ和４０Ｋ左右的Ｒ０Ｍ就可以运行， 个线程对应的ｓｙｓ—ｔｉｍｅｏｕｔ为空（ＮＵＬＬ），说 这样我们就可以在一些低端的嵌入式系统 明该线程对连接做永久的等待。超时等待 中使用ＬｗＩＰ协议栈。 的数据结构包括指向链表下个ｓｙｓ—ｔｉｍｅｏｕｔ 结构的指针、线程的超时时间长度，以及超 ２ ｕＣ／ＯＳ－，操作系统简介 时后应调用的ｔｉｍｅ０ｕｔ函数。 ｕＣ／ＯＳ－ＩＩ是一个开源的占先式多任务 （３）进程间通信的函数 的实时操作系统 它的执行时间可确定，内 ｓｙｓ～ｓｅｍ ｔ信号量：ｓｙｓ ｓｅＩｌｌ—ｎｅｗ（）， 核可剪裁，可移植，可固化，代码量小，这对 ｓｙｓ—ｓｅｒｅ—ｆｒｅｅ（），ｓｙｓ—ｓｅｒｌｆ—ｓｉｇｎａｌ（），ｓｙｓ 于嵌入式有限的资源是非常重要的。它支 ａｒｃｈｓｅｍ＿ｗａｉｔ（）。因为ｕＣ／ＯＳ－ＩＩ已经实现了 持ｘ８６、ＡＲＭ、ＰｏｗｅｒＰＣ、ＭＩＰＳ等众多体系 信号量ＯＳ—ＥＶＥＮＴ的各种操作，这些功能完 结构，其稳定性和可用性是经过实验验证 全可以用ｕＣ／ＯＳ－ＩＩ里一些函数封装实现。 的，因此被广泛应用于各种嵌入式设备中。 ｓｙｓ～ｍｂｏｘ ｔ消息：ｓｙｓ—ｍｂｏｘ—ｎｅｗ（）， ｓｙｓ—ｍｂ０Ｘｆｒｅｅ（），ｓｙｓ—ｍｂｏＸ—Ｐ０ｓｔ（）， ３ ＬｗｌＰ协议栈移植到ｕＣ／ＯＳ－， ｓｙｓ—ａｒｃ～ｍｂｏｘｆｅｔｃｈ（）。这些函数基本都能 操作系统的实现方法 在ＵＣ／ｏＳ—ＩＩ中实现，但要注意ｍｂＯＸ需用 整个嵌入式系统主要由ＡＲＭ微处理 ＵＣ／ＯＳ－ＩＩ中消息队列实现。ｕＣ／ＯＳ－ＩＩ没有 器、网卡芯片、网络设备驱动、１ｗｉＰ、ＵＣ／ 对消息队列中的消息进行管理，因此不能 ＯＳ—ＩＩ和应用程序组成。 直接使用，必须存ｕＣ／０Ｓ－ＩＩ的基础上重新 ＬｗＩＰ在设计时就充分考虑了移植的问 实现。 题，因此把与操作系统、硬件、编译器相关 ３．３编写与硬件的接口函数 的部分都放在源码的／ｓｒｃ／ａｒｃｈ目录下，所 主要编写ｅｔｈｅｒｎｅｔｉｆ．ｃ文件，实现底层的 以我们主要修改这目录里面的文件。 数据接收发送。数据包的发送可以采用中 ３．１编写和ＣＰＵ及编译器相关的头文件 断处理程序执行，每接收到一个数据包，向 这些头文件包括ＣＣ．ｈ、ｃｐｕ．ｈ、ｐｅｒｆ．ｈ ｔｃｐｉＰｔｈｒｅａｄ进程发送一消息。系统调度 等，在这里都定义了和使用的ＣＰＵ以及编 ｔｃｐｉｐｔｈｒｅａｄ进程对消息进行处理，并根据 译器相关的内容，如数据类型，存储模式的 数据包的类型转向相应的协议处理程序。 选择等。 本次使用的是ＲｅａｌＶＪｅｗ ＭＤＫ编译器。 ４ ＬｗｌＰ在ｕＣ／ＯＳ－．上应用测试 ＬＰＣ２１４８是３２位微处理器，ｉｎｔ和ｌｏｎｇ类型长 系统运行时，首先调用ＯＳＩｎｉｔ（）初始化 度为３２位，ｓｈｏｒｔ类型长度为１６位，ｃｈａｒ类型 操作系统的变量和结构，再调用ＴａｒｇｅｔＩｎｉｔ（） 长度为８位，处理器内核为小端存储系统， 设置处理器外设时钟等，然后创建一个测 定义为 试任务１ｗｉｐ—ｔｅｓｔ（），优先级设为２，再调用ＯＳ ＃ｄ ｅ ｆ ｉ ｎ ｅ Ｂ Ｙ Ｔ Ｅ—Ｏ Ｒ Ｄ Ｅ Ｒ Ｓｔａｒｔ（）启动系统，进入测试任务。 ＬＩＴＴＬＥ—ＥＮＤＩＡＮ 测试任务中先进行调用１ｗｉｐ＿ｉｎｉｔ０函数对 ３．２编写与操作系统相关的函数 ｓｙｓ，ｍｅｍ，ｍｅｍｐ，ｐｂｕｆ，Ｆａｗ，ｔｃｐｉｐ进行初始化， 按协议栈要求，需要在操作系统中实 特别地，在对ｔｃｐｉｐ初始化过程中需要创建前 现以下函数： 面提到的ｔｃｐｉｐ—ｔｈｒｅａｄ（）进程，优先级设为４。 （１）线程创建函数ｓｙｓ—ｔｈｒｅａｄ—ｎｅｗ（） Ｌｗｉｐ初始化完成后，需要对１ｗｉｐ进行设 在ｕＣ／０Ｓ—ＩＩ中没有线程概念，只有任 置，即调用１ｗｉｐ—ｓｅｔ（）函数，执行网卡初始 务，故可把ｕＣ／ＯＳ－ＩＩ中的０ＳＴａｓｋＣｒｅａｔｅ０任 化，网络接口链表初始化（Ｆｉｅｔｉｆ结构体链 ４４ 数字技术与应用 表），这罩需要创建测试的最后一个进程 ｅｔｈｅｒｎｅｔｉｆｉｎｐｕｔ（），优先级设为５，此进程负 责底层的数据接收与发送。 测试使用１ｗｉｐ自带的ＡＰＩ函数，先调用 ｎｅｔｃｏｎｎｎｅｗ（）函数建立一个ＴＣＰ连接，再 调用ｎｅｔｃｏｎｎ—ｂｉｎｄ（）绑定到８０端口，接着调 用ｎ ｅｔ Ｃ ０ ｎ ｎ—ｌ ｉ Ｓｔ ｅ ｎ（）进入监听调用 ｎｅｔｃｏｎｎ ａｃｃｅｐｔ（）阻塞测试进程直到等到外 界的连接。如果连接成功，则可调用 ｎｅｔｃｏｎｎ ｒｅｃｖ（）和ｎｅｔｃｏｎｎ—ｗｒｉｔｅ（）进行数据 收发工作。本次测试上位机使用ＴＣＰ测试 工具软件，要求ＰＣ端的ＩＰ地址与下位机网 卡ＩＰ地址存同一网段。当ＰＣ端与下位机连 接成功时，上位机发送一组数组给下位机， 下位机收到数据后不做处理直接把数据发 回上位机，通过上位机检查发送和接收到 的数据是否一致来判断协议栈是否移植成 功。也可以在连接后，在ＰＣ命令提示符里输 入ｐｉｎｇ—ｔ １９２．１６８．１．２５，可看到ＩＣＭＰ ｒｅｐｌｙＰｌ￣ｌ应，得出ｔｉｍｅ＝１ｍｓ，说明本次移植成 功，且效果良好。 ５结语 本设计详细阐述了ＬｗＩＰ协议栈移植到 ｕＣ／０Ｓ－ＩＩ操作系统的方法，提出较为方便 的测试方法，并且选用了成本较为低廉的 硬件平台，测试结果较为满意，达到预期效 果。本设计已成功应用于实验室传感器网 络项目。 【参考文献】 ［１】ＬＡＢＲＯＳＳＥ ＪＪ．嵌入式实时操作系 统ｕＣ／ＯＳ一１Ｉ［Ｍ］．２版．邵贝贝，译．北京：北 京航空航天大学出版社，２００５． 【２］李鸿强，苗长云．ＬｗｌＰ移植到ＵＣ／ ＯＳＩＩ中的实现［Ｊ】．天津工业大学学报， ２００６，２５（４）：３８．４０． ［３］刘冬明，李正明，刘军良．电网远程 监控的实现［Ｊ】．电力自动化设备，２００５，８． ［４］刘健康，焦海波．嵌入式网络系统 设计：基于Ａｔｍｅｌ ＡＲＭ７系列［Ｍ】．北京：北 京航空航天大学出版社，２００８． 【作者简介】 胡龙腾（１９８５－），男，四ＪＩＩ安岳人，硕士研 究生，主要从事嵌入式网络系统研究。 田雨（１ ９ ８０－），男，四川Ｉ成都人，讲师， 主要从事微波测量，无线传感器网络研究。
