如何在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)uC/0SII上移植實(shí)現(xiàn)LwIP

sys_mbox_new() //創(chuàng)建一個(gè)消息隊(duì)列

sys_mbox_free() //釋放一個(gè)消息隊(duì)列

sys_mbox_post() //向消息隊(duì)列發(fā)送消息

sys_arch_mbox_fetch() //從消息隊(duì)列中獲取消息

uC/0SII同樣實(shí)現(xiàn)了消息隊(duì)列結(jié)構(gòu)OSQ及其操作，但是uC/0SII沒有對(duì)消息隊(duì)列中的消息進(jìn)行管理，因此不能直接使用，必須在uC/0SII的基礎(chǔ)上重新實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)消息的管理，我們定義了以下結(jié)構(gòu)：

typedef struct {

OS_EVENT* pQ;

void* pvQEntries[MAX_QUEUE_ENTRIES];

} sys_mbox_t;

在以上結(jié)構(gòu)中，包括OS_EVENT類型的隊(duì)列指針(pQ)和隊(duì)列內(nèi)的消息(pvQEntries)兩部分，對(duì)隊(duì)列本身的管理利用uC/0SII自己的OSQ操作完成，然后使用uC/0SII中的內(nèi)存管理模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)消息的創(chuàng)建、使用、刪除回收，兩部分綜合起來形成了LwIP的消息隊(duì)列功能。

(3) sys_arch_timeout 函數(shù)

LwIP中每個(gè)與外界網(wǎng)絡(luò)連接的線程都有自己的timeout屬性，即等待超時(shí)時(shí)間。這個(gè)屬性表現(xiàn)為每個(gè)線程都對(duì)應(yīng)一個(gè)sys_timeout結(jié)構(gòu)體隊(duì)列，包括這個(gè)線程的timeout時(shí)間長度，以及超時(shí)后應(yīng)調(diào)用的timeout函數(shù)，該函數(shù)會(huì)做一些釋放連接，回收資源的工作。如果一個(gè)線程對(duì)應(yīng)的sys_timeout為空(NULL)，說明該線程對(duì)連接做永久的等待。

timeout結(jié)構(gòu)體已經(jīng)由LwIP自己在sys.h中定義好了，而且對(duì)結(jié)構(gòu)體隊(duì)列的數(shù)據(jù)操作也由LwIP負(fù)責(zé)，我們所要實(shí)現(xiàn)的是如下函數(shù)：

struct sys_timeouts * sys_arch_timeouts(void)

這個(gè)函數(shù)的功能是返回目前正處于運(yùn)行態(tài)的線程所對(duì)應(yīng)的timeout隊(duì)列指針。timeout隊(duì)列屬于線程的屬性，因此是OS相關(guān)的函數(shù)，只能由用戶實(shí)現(xiàn)。

(4) sys_thread_new 創(chuàng)建新線程

LwIP可以是單線程運(yùn)行，即只有一個(gè)tcpip線程(tcpip_thread)，負(fù)責(zé)處理所有的tcp/ucp連接，各種網(wǎng)絡(luò)程序都通過tcpip線程與網(wǎng)絡(luò)交互。但LwIP也可以多線程運(yùn)行，以提高效率，降低編程復(fù)雜度。這時(shí)就需要用戶實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建新線程的函數(shù)：

void sys_thread_new(void (* thread)(void *arg), void *arg);

在uC/0S II中，沒有線程(thread)的概念，只有任務(wù)(Task)。它已經(jīng)提供了創(chuàng)建新任務(wù)的系統(tǒng)API調(diào)用OSTaskCreate，因此只要把OSTaskCreate封裝一下，就可以實(shí)現(xiàn)sys_thread_new。需要注意的是LwIP中的thread并沒有uC/0S II中優(yōu)先級(jí)的概念，實(shí)現(xiàn)時(shí)要由用戶事先為LwIP中創(chuàng)建的線程分配好優(yōu)先級(jí)。

4.4 lib_arch中庫函數(shù)的實(shí)現(xiàn)

LwIP協(xié)議棧中用到了8個(gè)外部函數(shù)，這些函數(shù)通常與用戶使用的系統(tǒng)或編譯器有關(guān)，因此留給用戶自己實(shí)現(xiàn)。如下：

u16_t htONs(u16_t n); //16位數(shù)據(jù)高低字節(jié)交換

u16_t ntohs(u16_t n);

u32_t htonl(u32_t n); //32位數(shù)據(jù)大小頭對(duì)調(diào)

u32_t ntohl(u32_t n);

int strlen(const char *str); //返回字符串長度

int strncmp(const char *str1, const char *str2, int len); //字符串比較

void bcopy(const void *SRC, void *dest, int len); //內(nèi)存數(shù)據(jù)塊之間的互相拷貝

void bzero(void *data, int n); //內(nèi)存中指定長度的數(shù)據(jù)塊清零

前四個(gè)函數(shù)通常由用戶自己實(shí)現(xiàn)。Skyeye(ARM7)中，由于使用了gCC編譯器，gcc的lib庫里已經(jīng)有了后四個(gè)函數(shù)。而ez80的編譯器函數(shù)庫中缺少bcopy和bzero兩個(gè)，需要自己編寫。用戶在其它CPU上實(shí)現(xiàn)時(shí)應(yīng)根據(jù)自己的編譯器來決定。

4.5 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

ez80開發(fā)板自帶的網(wǎng)絡(luò)芯片為ReaLTEk的8019as芯片，這是ISA 10BASE-T的以太網(wǎng)芯片，與Ne2k兼容。而我們?cè)贏T91模擬器Skyeye中所仿真的網(wǎng)絡(luò)芯片也是Ne2k，所以目前實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)是針對(duì)Ne2k的，其它類型的網(wǎng)絡(luò)芯片驅(qū)動(dòng)可以在LwIP的網(wǎng)站上找到。LwIP的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)有一定的模型，/src/netif/ethernetif.c 文件即為驅(qū)動(dòng)的模板，用戶為自己的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)時(shí)應(yīng)參照此模板。

在LwIP中可以有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口都對(duì)應(yīng)了一個(gè)struct netif，這個(gè)netif包含了相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)接口的屬性、收發(fā)函數(shù)。LwIP調(diào)用netif的方法netif->input()及netif->output()進(jìn)行以太網(wǎng)PACket的收、發(fā)等操作。在驅(qū)動(dòng)中主要做的，就是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口的收、發(fā)、初始化以及中斷處理函數(shù)。驅(qū)動(dòng)程序工作在IP協(xié)議模型的網(wǎng)絡(luò)接口層，它提供給上層(IP層)的接口函數(shù)如下：

//網(wǎng)卡初始化函數(shù)

void ethernetif_init(struct netif *netif)

//網(wǎng)卡接收函數(shù)，從網(wǎng)絡(luò)接口接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包并把其中的IP報(bào)文向IP層發(fā)送

//在中斷方式下由網(wǎng)卡ISR調(diào)用

void ethernetif_input(struct netif *netif)

//網(wǎng)卡發(fā)送函數(shù)，給IP層傳過來的IP報(bào)文加上以太網(wǎng)包頭并通過網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送

err_t ethernetif_output(struct netif *netif, struct pbuf *p, struct ip_addr *ipaddr)

//網(wǎng)卡中斷處理函數(shù)ISR

void ethernetif_isr(void);

以上的函數(shù)都可以分為協(xié)議棧本身的處理和對(duì)網(wǎng)絡(luò)接口硬件的操作兩部份，但硬件操作是對(duì)上層屏蔽的，具體參見RTL8019as、DM9008等Ne2k網(wǎng)絡(luò)芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)。驅(qū)動(dòng)程序可以到Skyeye或LwIP的網(wǎng)站下載。

5 應(yīng)用實(shí)例的建立和測(cè)試

做完上面的移植修改工作以后，就可以在uC/0SII中初始化LwIP，并創(chuàng)建TCP或UDP任務(wù)進(jìn)行測(cè)試了。這部份完全是C語言的實(shí)現(xiàn)，因此這部份在ez80和ARM7上基本都是一樣的。值得注意的是LwIP的初始化必須在uC/0SII完全啟動(dòng)之后也就是在任務(wù)中進(jìn)行，因?yàn)樗某跏蓟玫搅诵盘?hào)量等OS相關(guān)的操作。關(guān)鍵部份的代碼和說明如下：

main(){

OSInit();

OSTaskCreate(lwip_init_task, LineNo11, lwip_init_stk[TASK_STK_SIZE-1], 0);

OSTaskCreate(usr_task,LineNo12,usr_stk[TASK_STK_SIZE-1],1);

OSStart();

}

主程序中創(chuàng)建了lwip_init_task初始化LwIP任務(wù)(優(yōu)先級(jí)0)和usr_task用戶任務(wù)(優(yōu)先級(jí)1)。lwip_init_task任務(wù)中除了初始化硬件時(shí)鐘和LwIP之外，還創(chuàng)建了tcpip_thread(優(yōu)先級(jí)5)和tcpecho_thread(優(yōu)先級(jí)6)。實(shí)際上tcpip_thread才是LwIP的主線程，多線程的Berkley API也是基于這個(gè)線程實(shí)現(xiàn)的，即上面的tcpecho_thread線程也要依靠tcpip_thread線程來與外界通信，這樣做的好處是編程簡單，結(jié)構(gòu)清晰。