TFTP協(xié)議在嵌入式系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)

3．硬件實(shí)現(xiàn)
　　

系統(tǒng)使用了RTL8019AS 10M ISA網(wǎng)卡芯片接入以太網(wǎng)。RTL8019AS是一款性價(jià)比很高的網(wǎng)卡芯片：NE2000兼容，軟件移植性好；接口簡單不用轉(zhuǎn)換芯片如PCI-ISA橋；價(jià)格便宜、帶寬充裕、較長一段時間內(nèi)不會停產(chǎn)。8019有3種配置模式：跳線方式、即插即用PP方式、串行Flash配置方式。串行模式不與NE2000兼容，PP模式用在PC機(jī)中，這里用不上。只剩下跳線配置模式可用。系統(tǒng)的MCU選擇的三星公司的S3C44B0X芯片，S3C44B0x是基于ARM7TDMI核的處理器，沒有MMU，可以源代碼級跟蹤調(diào)試。44B0與RTL8019的電路設(shè)計(jì)相對來說比較簡單,只需要連接數(shù)據(jù)線、地址選通、中斷等信號線。簡略電路圖如圖（3）: 　　　　　　　　　　　

圖3 RTL8019與S3C440X的接口電路

4．軟件設(shè)計(jì)

a.RTL8019驅(qū)動程序
　　RTL8019驅(qū)動程序主要包括3個函數(shù) ：
　　i..RTL8019 初始化函數(shù)。要對網(wǎng)卡的工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)置.以使網(wǎng)卡開始工作。
　　其主要工作包括：復(fù)位網(wǎng)絡(luò)芯片，設(shè)置MAC地址，設(shè)置組播地址，設(shè)置DMA傳輸參數(shù)等等。
　　ii.收包函數(shù)：從網(wǎng)絡(luò)中接收數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)。
　　iii.發(fā)包函數(shù)：從緩沖區(qū)向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送數(shù)據(jù)。
b.協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)
　　TFTP的實(shí)現(xiàn)其實(shí)就是根據(jù)各種協(xié)議，對數(shù)據(jù)打包（當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時）和解包（當(dāng)接收數(shù)據(jù)時）。主函數(shù)主要部分如下
…
eth_init（）;//其主要是清空ARP緩沖區(qū).其中調(diào)用了一個功能函數(shù)[2]
arp_init（）;//清零
Mac_init（）;//設(shè)置MAC地址
ip_init（ip）; //主要功能：設(shè)置ip地址
udp_init（）; //初始化UDP協(xié)議
while （1） net_handle（）;//處理函數(shù)
　　

前5個函數(shù)主要是初始化工作接下來的int net_handle（void）就要開始進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)傳輸了,這里就是協(xié)議棧的核心了:
…
skb = alloc_skb（ETH_FRAME_LEN）;//選擇一個 SKB
if （eth_rcv（skb） != -1） ｛
eth_hdr = （struct ethhdr ＊）（skb->data）;
skb_pull（skb, ETH_HLEN）;
if （ntohs（eth_hdr->h_proto） == ETH_P_ARP）//是否為ARP包
arp_rcv_packet（skb）; //是則進(jìn)行ARP包應(yīng)答
else if（ntohs（eth_hdr->h_proto） == ETH_P_IP） //是否為IP包
ip_rcv_packet（skb）;//是則進(jìn)行IP包處理
　　

如果從MAC層收到一個以太網(wǎng)幀,先把收到的以太網(wǎng)幀轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的幀結(jié)構(gòu)再去掉其以太網(wǎng)偵頭部, 其中skb_pop（skb, ETH_HLEN）把數(shù)據(jù)指針往后移動ETH_HLEN個字節(jié),而且真正的數(shù)據(jù)長度也做相應(yīng)的變化..然后根據(jù)幀中的協(xié)議字段判斷其上層為什么協(xié)議.這里幀格式采用的是RFC894,如果其上層為arp協(xié)議,將去掉以太網(wǎng)頭部的數(shù)據(jù)交由ARP處理,同樣如果其上層協(xié)議為IP,也做類似的處理. arp_rcv_packet（skb）只處理的ARP請求消息,如果發(fā)現(xiàn)其為ARP請求,則發(fā)送ARP應(yīng)答. 接下來就是把這個ARP應(yīng)答包發(fā)出去,發(fā)送了ARP應(yīng)答后把剛才請求的者的MAC地址和其IP保存在本機(jī)中，其實(shí)現(xiàn)采用了簡單循環(huán)區(qū),利用數(shù)組.首先檢查緩沖區(qū)中有無此項(xiàng),如果有則直接用該項(xiàng)的索引,如果沒有則重新分配索引, 把傳進(jìn)來的MAC 和IP 賦給新分配的索引 i,。
　　

如果MAC層發(fā)現(xiàn)收到的包上層協(xié)議為IP,則執(zhí)行[1]:
if（ntohs（eth_hdr->h_proto） == ETH_P_IP）
ip_rcv_packet（skb）;
　　

首先檢查接受者是不是本機(jī)IP,通過檢查后,去掉IP頭部,再檢查其上層協(xié)議類型,如果為UDP,則將包轉(zhuǎn)交給上層的UDP協(xié)議處理其中udp_rcv_packet（skb）先去掉UDP頭部,再檢查其對應(yīng)的上層協(xié)議,這里只實(shí)現(xiàn)了TFTP協(xié)議,對應(yīng)語句為skb_pop（skb, sizeof（struct udphdr））;
if （ntohs（udp_hdr->dest） == TFTP）
tftp_rcv_packet（skb）;

其中tftp_rcv_packet（skb）根據(jù)TFTP頭部中操作類型而采取不同的動作.對應(yīng)代碼為:
switch （ntohs（tftp_hdr->th_opcode）） ｛
/＊ 只處理寫請求和DATA ＊/
case WRQ:
tftp_rcv_wrq（skb）; break;
case DATA:
tftp_rcv_data（skb）; break;
…｝
　　

其中tftp_rcv_wrq（skb）先得到請求者的IP和PORT,再發(fā)送塊編號為0的ACK包.然后為數(shù)據(jù)傳輸做些初始化工作,具體為設(shè)置接受緩沖區(qū)和接受數(shù)據(jù)長度。:因?yàn)門FTP是包裝在UDP里面的,所以首先欲留出UDP頭部的空間，這里要注意的是在UDP層除了為自己留空間外其又會欲留出IP頭的空間,而在IP層除了為自己留空間外其又會欲留出MAC頭的空間.如此便留出了整個協(xié)議棧所要求的頭部空間.調(diào)用關(guān)系為
　　udp_skb_reserve（skb）—ip_skb_reserve（skb）—eth_skb_reserve（skb）;
　　

然后該函數(shù)按照ACK包的格式（在TCP/IP祥解 I 協(xié)議>160）賦相應(yīng)的值.最后將此包交由下層的UDP協(xié)議處理.那么此時UDP層是怎么處理的呢?udp_send（skb, client_ip, TFTP, client_port）;和TFTP層處理有些類似,先加入自己的頭部信息并賦相應(yīng)的值.然后再交由下層處理, 在IP層其處理的思路也大致差不多,其中ip_send（skb, ip, UDP）定義在ip/_ip.c.其先查看ARP緩沖區(qū)中有無此項(xiàng),如無則返回錯誤.對應(yīng)代碼為，然后先加入自己的頭部信息并賦相應(yīng)的值.然后再交由下層處理。
　　

tftp_rcv_data（skb）首先判斷接受到的包的目的IP和PORT是不是本機(jī)的TFTP協(xié)議,通過判斷后,再看接受到的包的確認(rèn)序列號是不是和本機(jī)TFTP要求的一致,即看是不是發(fā)生了丟包.如果沒有則當(dāng)前接受到的包有效,存入緩沖區(qū),并發(fā)送確認(rèn)序號對應(yīng)代碼為:
if （client_block == ntohs（tftp_hdr->th_block）） ｛
/＊ 接受一個數(shù)據(jù)分組 ＊/
len = skb->len - sizeof（struct tftphdr）;
memcpy（buf + data_len, tftp_hdr->th_data, len）;
data_len += len;
tftp_send_ack（tftp_hdr, client_block）;
client_block++;
…
如果當(dāng)前接受到的數(shù)據(jù)小于512字節(jié),則說明傳送完畢,但是當(dāng)發(fā)生丟包時,就要求對方重傳.采用的機(jī)制很簡單,就是要求重傳確認(rèn)序號小的分組。

5.結(jié)束語
　　

本文對S3C44B0X+RTL8019開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)與PC機(jī)通信，充分滿足嵌入式小系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信需要，改善了了一般嵌入式系統(tǒng)通過串口通信速度慢、可靠性低的弊端。并且適當(dāng)調(diào)整程序，可實(shí)現(xiàn)基于UDP的其它上層協(xié)議。