源码公开的TCPIP协议栈在远程监测中的应用

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1、源码公开的TCP/IP协议栈在远程监测中的应用作者：■上海大学张懿慧陈泉林摘要：介绍一个适用于8/16位单片机的嵌入式TCP/IP协议栈（uIP）在发电机远程监测系统中的应用。重点阐述uIP的功能特性、体系结构和相关接口，并详细介绍如何在该协议栈上实现一个嵌入式Web服务器。目前uIP已成功地移植到51单片机上。关键词：TCP/IP协议栈uIP嵌入式Web服务器远程监测引言：　　目前，随着互联网的发展，越来越多的工业测控设备已经将网络接入功能作为其默认配置，以实现设备的远程监控和信息分布式处理。笔者曾参与某发电机射频监测仪的开发，该设备主要用于诊断和预警发

2、电机早期故障，并通过RS232接口定时输出电平和状态数据，现场专门设一台PC作接收、显示及存储。每年都要有专家到各发电厂对以往数据作检查和诊断，不胜其烦。因此有必要设计一个RS232到Internet的数据传输模块，以便对发电机的运行状况作远程监测。设计该模块的关键在于如何实现一个嵌入式TCP/IP协议栈，根据以往的经验，自己设计一个协议栈的难度很可能超过应用本身，而采用商业的协议栈似乎又无必要(功能过于复杂)，最后笔者选用一种功能简易的免费TCP/IP协议栈uIP0.9作为设计核心。1嵌入式TCP/IP协议栈　　目前，市面上几乎所有的嵌入式TCP/IP协

3、议栈都是根据BSD版的TCP/IP协议栈改写的。在商业嵌入式TCP/IP协议栈大都相当昂贵的情况下，很多人转而使用一些源代码公开的免费协议栈，并加以改造应用。目前较为著名的免费协议栈有：　　lwIP(LightweightTCP/IPStack)——支持的协议比较完整，一般需要多任务环境支持，代码占用ROM>40KB，不适合8位机系统，没有完整的应用文档；　　uC/IP(TCP/IPstackforuC/OS)——基于uC/OS的任务管理，接口较复杂，没有说明文档。　　笔者采用的协议栈系瑞典计算机科学研究所AdamDunkels开发的uIP0.9。其功能特

4、性总结如下：◇完整的说明文档和公开的源代码(全部用C语言编写，并附有详细注释)；◇极少的代码占用量和RAM资源要求，尤其适用于8/16位单片机(见表1)；◇高度可配置性，以适应不同资源条件和应用场合；◇支持ARP、IP、ICMP、TCP、UDP(可选)等必要的功能特性；◇支持多个主动连接和被动连接并发，支持连接的动态分配和释放；◇简易的应用层接口和设备驱动层接口；◇完善的示例程序和应用协议实现范例。　　　　　　　　　　正是由于uIP所具有的显著特点，自从0.6版本以来就被移植到多种处理器上，包括MSP430、AVR和Z80等。笔者使用的uIP0.9是200

5、3年11月发布的版本。目前，笔者已将它成功移植到MCS-51上了。2uIP0.9的体系结构　　uIP0.9是一个适用于8/16位机上的小型嵌入式TCP/IP协议栈，简单易用，资源占用少是它的设计特点。它去掉了许多全功能协议栈中不常用的功能，而保留网络通信所必要的协议机制。其设计重点放在IP、ICMP和TCP协议的实现上，将这三个模块合为一个有机的整体，而将UDP和ARP协议实现作为可选模块。uIP0.9的体系结构如图1所示。　　　　　　　　　　　uIP0.9处于网络通信的中间层，其上层协议在这里被称之为应用程序，而下层硬件或固件被称之为网络设备驱动。显然，

6、uIP0.9并不是仅仅针对以太网设计的，它具有媒体无关性。为了节省资源占用，简化应用接口，uIP0.9在内部实现上作了特殊的处理。①注意各模块的融合，减少处理函数的个数和调用次数，提高代码复用率，以减少ROM占用。②基于单一全局数组的收发数据缓冲区，不支持内存动态分配，由应用负责处理收发的数据。③基于事件驱动的应用程序接口，各并发连接采用轮循处理，仅当网络事件发生时，由uIP内核唤起应用程序处理。这样，uIP用户只须关注特定应用就可以了。传统的TCP/IP实现一般要基于多任务处理环境，而大多数8位机系统不具备这个条件。④应用程序主动参与部分协议栈功能的实现

7、(如TCP的重发机制，数据包分段和流量控制)，由uIP内核设置重发事件，应用程序重新生成数据提交发送，免去了大量内部缓存的占用。基于事件驱动的应用接口使得这些实现较为简单。3uIP的设备驱动程序接口　　uIP内核中有两个函数直接需要底层设备驱动程序的支持。　　一是uip_input()。当设备驱动程序从网络层收到一个数据包时要调用这个函数，设备驱动程序必须事先将数据包存放到uip_buf[]中，包长放到uip_len，然后交由uip_input()处理。当函数返回时，如果uip_len不为0，则表明有带外数据(如SYN，ACK等)要发送。当需要ARP支持时

8、，还需要考虑更新ARP表或发出ARP请求和回应，示例如下。#def