基于ARM的嵌入式TCP/IP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)

ＡＲＰ協(xié)議為３２位ＩＰ地址到對應(yīng)的４８位以太網(wǎng)地址之間提供動態(tài)映射。嵌入式系統(tǒng)中僅響應(yīng)ＡＲＰ請求，發(fā)送ＡＲＰ回答包。請求者廣播出包含ＡＲＰ請求的以太幀、目的以太網(wǎng)地址為全１的廣播地址。本機(jī)收到后，由目的ＩＰ地址發(fā)現(xiàn)自己是目的主機(jī)，發(fā)送一個ＡＲＰ回答。ＩＣＭＰ通過ＩＰ協(xié)議傳輸其報文。ＩＰ協(xié)議是無連接的，它無法將報文和錯誤信息傳到最初的主機(jī)，ＩＣＭＰ將狀態(tài)信息和錯誤信息發(fā)送到發(fā)報文的主機(jī)。

２ 前端設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議擴(kuò)展到工業(yè)控制級，將企業(yè)內(nèi)部計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場實(shí)時信息的發(fā)布和顯示，通過Ｉｎｔｅｒｎｅｔ瀏覽器對現(xiàn)場工業(yè)信息進(jìn)行動態(tài)監(jiān)視。下面是筆者在某公司一分布式監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例?；冢裕茫校桑袇f(xié)議的前端設(shè)備系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖３。前端嵌入式設(shè)備處理器是Ｓａｍｓｕｎｇ公司的Ｓ３Ｃ４５１０Ｂ（ＡＲＭ核）。該芯片是用在基于以太網(wǎng)系統(tǒng)的高性價比、高性能的１６／３２位ＲＩＳＣ微控制器。通信部分采用ＢＮＣ接口方式，信號輸出經(jīng)耦合隔離變壓器由ＲＪ４５接頭聯(lián)入集線器，此外還設(shè)計(jì)了液晶顯示和鍵盤輸入當(dāng)?shù)亟涌诠δ堋?/P>

在ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議中多處用到超時和重發(fā)機(jī)制。這種機(jī)制對于確保兩個或多個彼此獨(dú)立的通信結(jié)點(diǎn)從通信錯誤或故障狀態(tài)自動恢復(fù)到正常狀態(tài)是非常有效的，但也增加了軟件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。因?yàn)閷Τ瑫r的處理通常獨(dú)立于正常程序流程，也就是與正常的程序流程異步。要實(shí)現(xiàn)的ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議軟件中有四處要用到定時器：第一是在ＡＲＰ高速緩存的維護(hù)中，被添加到ＡＲＰ高速緩存中的表項(xiàng)在一段時間后要置為無效；第二是在等待對發(fā)出的ＡＲＰ請求返回響應(yīng)時，可能會在指定的超時時間內(nèi)還未收到返回的響應(yīng)；第三是在ＩＰ組裝收到分片時，由于部分分片在一定時間內(nèi)沒有收到而丟棄整個ＩＰ包；第四是在ＴＣＰ等待接收方對數(shù)據(jù)段的確認(rèn)時。如果在指定時間內(nèi)還未收到對某個數(shù)據(jù)段的確認(rèn)，需重新發(fā)送。從上述可見，要實(shí)現(xiàn)的定時器具備以下特點(diǎn)：

·對定時的精度要求都不是很高，基本都是秒級的精度。這樣，完全可以稍滯后一些來處理定時器超時，不把超時處理放在時鐘中斷處理程序中。

·對同一類超時處理可以由同一處理程序來完成，只是傳入到相應(yīng)的處理程序中的參數(shù)不同而已。例如一個ＡＲＰ高速緩存中的表項(xiàng)超時時，需要將其置為無效，可以統(tǒng)一用一個處理程序，參數(shù)中放入相應(yīng)的表項(xiàng)地址即可。

首先，定義一定時器的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如圖４所示。每一類超時都是由一個超時控制塊和其所屬的一個由超時事件項(xiàng)組成的鏈表管理。整個鏈表按超時事件將要發(fā)生的時間順序排列，先發(fā)生的超時事件排列在前。超時控制塊中的ｈｅａｄ＿ｐｔｒ用以指向一個超時事件項(xiàng)鏈表的首項(xiàng)；ｔｉｍｅｏｕｔ＿ｐｒｏｃｅｓｓ是超時事件發(fā)生時處理程序的入口地址。在每個超時事件項(xiàng)中，ｎｅｘｔ＿ｐｔｒ指向鏈表中的下一項(xiàng)；ｒｅｌａｔｉｖｅ＿ｔｉｍｅ是本表項(xiàng)的超時事件相對于上一表項(xiàng)的超時事件發(fā)生的相對時間。所以某個表項(xiàng)表示的超時事件距離當(dāng)前的時間是它以前所有表項(xiàng)（包括自身）中的ｒｅｌａｔｉｖｅ＿ｔｉｍｅ的和。ｒｅｌａｔｉｖｅ＿ｔｉｍｅ的基本單位是ｇｒａｎｕｌａｒｉｔｙ。

定時器任務(wù)使用一個信號量作同步。信號量有兩個變量：ｃｏｕｎｔ和ｗａｉｔｉｎｇ＿ｔａｓｋ。ｃｏｕｎｔ對事件計(jì)數(shù)，當(dāng)ｃｏｕｎｔ大于０時，表示有ｃｏｕｎｔ個事件發(fā)生并等待處理；當(dāng)ｃｏｕｎｔ小于０時，表示有某個任務(wù)在等待事件的發(fā)生，此時ｗａｉｔｉｎｔ＿ｔａｓｋ保存相應(yīng)任務(wù)控制塊的地址。信號量有兩個操作：ｓｅｍ＿ｕｐ和ｓｅｍ＿ｄｏｗｎ。ｓｅｍ＿ｕｐ首先使ｃｏｕｎｔ加１，然后看ｃｏｕｎｔ是否為０，若為０表示有任務(wù)在等待，通過ｗａｉｔｉｎｇ＿ｔａｓｋ中記錄的任務(wù)控制塊的地址把等待任務(wù)的狀態(tài)設(shè)為就緒，否則返回。ｓｅｍ＿ｄｏｗｎ首先使ｃｏｕｎｔ減１然后看ｃｏｕｎｔ是否小于０，若小于０會使當(dāng)前任務(wù)成為等待狀態(tài)并引發(fā)任務(wù)管理器對任務(wù)的調(diào)度，否則返回。

每當(dāng)時鐘中斷服務(wù)程序計(jì)數(shù)到ｇｒａｎｕｌａｒｉｔｙ個時鐘中斷，給定時器任務(wù)使用的信號燈作ｓｅｍ＿ｕｐ操作。當(dāng)定時器任務(wù)被調(diào)度執(zhí)行時，它遍歷每一個超時控制塊，對每一個超時控制塊作如圖５所示的處理，最后對信號燈調(diào)用ｓｅｍ＿ｄｏｗｎ。