一種uIP TCP/IP協(xié)議棧在51系列單片機(jī)上的實(shí)現(xiàn)

　　1.2 uIP與系統(tǒng)計(jì)時(shí)接口

　　TCP/IP協(xié)議要處理許多定時(shí)事件，例如包重發(fā)、ARP表項(xiàng)更新。系統(tǒng)計(jì)時(shí)用于為所有uIP內(nèi)部時(shí)鐘事件計(jì)時(shí)。當(dāng)周期計(jì)時(shí)激發(fā)，每一個(gè)TCP連接應(yīng)該調(diào)用uIP函數(shù)uip_periodic（）。TCP連接編號(hào)作為參數(shù)傳遞給uip_periodic（）函數(shù)。uip_periodic（）函數(shù)檢查參數(shù)指定的連接的狀態(tài)，如果需要重發(fā)則將重發(fā)數(shù)據(jù)放到包緩沖區(qū)（uip_buf）中并修改uip_len的值。當(dāng)uip_periodic（）函數(shù)返回后，應(yīng)該檢查uip_len的值，若不為0則將uip_buf緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)包發(fā)送到到網(wǎng)絡(luò)上。

　　ARP協(xié)議對(duì)于構(gòu)建在以太網(wǎng)上的TCP/IP協(xié)議是必須的，但對(duì)于構(gòu)建與其他網(wǎng)絡(luò)接口（例如：串行鏈路）上的TCP/IP則不是必需的。為了結(jié)構(gòu)化的目的，uIP將ARP協(xié)議作為一個(gè)可添加的模塊單獨(dú)實(shí)現(xiàn)。因此，ARP表項(xiàng)的定時(shí)更新要單獨(dú)處理。系統(tǒng)定時(shí)器對(duì)ARP表的更新進(jìn)行定時(shí)，定時(shí)時(shí)間到則調(diào)用uip_arp_timer（）函數(shù)對(duì)過期表項(xiàng)進(jìn)行清除。

　　2 uIP協(xié)議棧與應(yīng)用程序的接口

　　應(yīng)用程序作為單獨(dú)的模塊由用戶實(shí)現(xiàn)，uIP協(xié)議棧提供一系列接口函數(shù)供用戶程序調(diào)用。用戶需將應(yīng)用層入口程序作為接口提供給uIP協(xié)議棧，定義為宏UIP_APPCALL（）。uIP在接收到底層傳來的數(shù)據(jù)包后，若需要送上層應(yīng)用程序處理，它就調(diào)用UIP_APPCALL（）。uIP提供給應(yīng)用程序的接口函數(shù)按功能描述如下：

　　2.1 接收數(shù)據(jù)接口：應(yīng)用程序利用uip_newdata（）函數(shù)檢測是否有新數(shù)據(jù)到達(dá)。全局變量uip_appdata指針指向?qū)嶋H數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的大小通過uip_datalen（）函數(shù)獲得。

　　2.2 發(fā)送數(shù)據(jù)接口：應(yīng)用程序通過使用uIP函數(shù)uip_send（）發(fā)送數(shù)據(jù)。uip_send（）函數(shù)采用兩個(gè)參數(shù)；一個(gè)指針指向發(fā)送數(shù)據(jù)起始地址，另一個(gè)指明數(shù)據(jù)的長度。

　　2.3 重發(fā)數(shù)據(jù)接口：應(yīng)用程序通過測試函數(shù)uip_rexmit（）來判斷是否需要重發(fā)數(shù)據(jù)，如果需要重發(fā)則調(diào)用uip_send（）函數(shù)重發(fā)數(shù)據(jù)包。

　　2.4 關(guān)閉連接接口：應(yīng)用程序通過調(diào)用uip_close（）函數(shù)關(guān)閉當(dāng)前連接。

　　2.5 報(bào)告錯(cuò)誤接口：uIP提供錯(cuò)誤報(bào)告函數(shù)檢測連接中出現(xiàn)的錯(cuò)誤。應(yīng)用程序可以使用兩個(gè)測試函數(shù)uip_aborted（）和uip _timedout（） 去測試那些錯(cuò)誤情況。

　　2.6 輪詢接口：當(dāng)連接空閑時(shí)，uIP會(huì)周期性地輪詢應(yīng)用程序，判斷是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送。應(yīng)用程序使用測試函數(shù)uip_poll（）去檢查它是否被輪詢過。

　　2.7 監(jiān)聽端口接口：uIP維持一個(gè)監(jiān)聽知名TCP端口的列表。通過uip_listen（）函數(shù)，一個(gè)新的監(jiān)聽端口打開并添加到監(jiān)聽列表中。當(dāng)在一個(gè)監(jiān)聽端口上接收到一個(gè)新的連接請求時(shí)，uIP產(chǎn)生一個(gè)新的連接和調(diào)用該端口對(duì)應(yīng)的應(yīng)用程序。

　　2.8 打開連接接口：在uIP里面通過使用uip_connect（）函數(shù)打開一個(gè)新連接。這個(gè)函數(shù)打開一個(gè)新連接到指定的IP地址和端口，返回一個(gè)新連接的指針到uip_conn結(jié)構(gòu)。如果沒有空余的連接槽，函數(shù)返回空值。

　　2.9 數(shù)據(jù)流控制接口：uIP提供函數(shù)uip_stop（）和uip_restart（）用于TCP連接的數(shù)據(jù)流控制。應(yīng)用程序可以通過函數(shù)uip_stop（）停止遠(yuǎn)程主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)應(yīng)用程序準(zhǔn)備好接收更多數(shù)據(jù)，調(diào)用函數(shù)uip_restart（）通知遠(yuǎn)程終端再次發(fā)送數(shù)據(jù)。函數(shù)uip_stopped（）可以用于檢查當(dāng)前連接是否停止。

　　四 uIP在51系列單片機(jī)上的應(yīng)用

　　51系列單片機(jī)具有悠久的歷史和廣泛的應(yīng)用，許多公司推出了具有更高的處理速度的51內(nèi)核的8位單片機(jī)，被應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)。因此使用uIP這種免費(fèi)的TCP/IP協(xié)議棧解決由51內(nèi)核的單片機(jī)構(gòu)建的低端嵌入式設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)接入問題具有一定的代表性。下面將討論利用uIP協(xié)議棧在51單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)簡單的WEB SERVER,遠(yuǎn)端用戶可以通過瀏覽器訪問存儲(chǔ)在單片機(jī)系統(tǒng)上的WEB頁面。

　　硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖（二）所示：其中單片機(jī)選用PHILIPS公司的P89C51RD2,64K字節(jié)的串行EEPROM可以用于存儲(chǔ)WEB頁面。采用ISA接口的以太網(wǎng)接口芯片RTL8019AS連接到以太網(wǎng)上。通過MAX232實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的串行連接，可以顯示調(diào)試信息。

　　uIP協(xié)議棧是以函數(shù)庫的形式提供的，本身不提供底層網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)和上層應(yīng)用程序。因此為了完成指定的功能，開發(fā)者必須添加以下幾個(gè)模塊：底層RTL8019AS網(wǎng)卡芯片的驅(qū)動(dòng)、應(yīng)用層基于HTTP協(xié)議的WEB SERVER的實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)定時(shí)器。

　　RTL8019AS的驅(qū)動(dòng)主要包括三部分：init_8019as（）函數(shù)完成網(wǎng)卡芯片的上電初始化，包括設(shè)定網(wǎng)卡物理地址，設(shè)定收發(fā)緩沖區(qū)位置和大小等；eth_send（）函數(shù)完成數(shù)據(jù)的發(fā)送；eth_rcve（）函數(shù)完成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的接收。底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與uIP協(xié)議棧通過兩個(gè)全局變量進(jìn)行接口：變量uip_buf為收發(fā)緩沖區(qū)的首地址；uip_len為收發(fā)的數(shù)據(jù)長度。eth_send（）函數(shù)將uip_buf里的uip_len長度的數(shù)據(jù)發(fā)送到以太網(wǎng)上。eth_rcve（）函數(shù)將接收到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到uip_buf指定的緩沖區(qū)中，同時(shí)修改uip_len的值。

　　uIP提供的源代碼中包括一個(gè)基于HTTP協(xié)議的WEB SERVER示例，該WEB SERVER通過簡單的文件系統(tǒng)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)靜態(tài)頁面，同時(shí)具有CGI功能。用戶可以參照該示例以及uIP提供給應(yīng)用程序的接口函數(shù)說明實(shí)現(xiàn)自己的應(yīng)用層功能。用戶的應(yīng)用程序中必須將 UIP_APPCALL宏定義為該層的服務(wù)程序。例如：在示例程序中WEB SERVER的處理程序?yàn)閔ttpd（）函數(shù)，則要進(jìn)行如下的宏定義#define UIP_APPCALL httpd.

　　51系列單片機(jī)上都有2到3個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器，可以選擇其中的一個(gè)來為TCP/IP協(xié)議中與時(shí)間有關(guān)的事件定時(shí)。需要由用戶處理的定時(shí)事件包括：為uip_periodic（）函數(shù)的執(zhí)行提供基準(zhǔn)，還要為ARP表項(xiàng)的更新定時(shí)。uip_periodic（）函數(shù)每0.5秒執(zhí)行一次，ARP表項(xiàng)每10秒更新一次。

　　uIP的設(shè)置單獨(dú)包含在一個(gè)叫uipopt.h的頭文件里，都是以宏的形式定義方便于修改。用戶應(yīng)根據(jù)自己的應(yīng)用在uipopt.h文件里設(shè)置本地的物理地址、IP地址、網(wǎng)關(guān)地址、收發(fā)緩沖區(qū)的大小、支持的最大連接數(shù)、ARP表大小等等選項(xiàng)。