資料介紹
引言嵌入式技術的興起使得傳統(tǒng)的基于PC機的互聯(lián)網(wǎng)技術優(yōu)勢不再,嵌入式網(wǎng)絡客戶端與服務端技術成為熱點,而該技術需要移植性高、占用資源小的協(xié)議棧,輕量級TCP/IP協(xié)議棧LWIP (light weight Internet protocol)比較適合嵌入式設備中存儲容量有限的情況,而且能實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧的基木功能,不影響設備的網(wǎng)絡互聯(lián)與傳輸服務[1]。輕量級網(wǎng)絡協(xié)議LWIP依附的硬件操作系統(tǒng)有RT_Thread[2-3]和uC/OS-II[4-5],鑒于uC/OS-II是一款應用較為廣泛、技術較成熟的操作系統(tǒng),本文采用uC/OS-II操作系統(tǒng)設計網(wǎng)絡客戶端。實驗結(jié)果表明:ping 32字節(jié)的數(shù)據(jù),其收發(fā)正確,錯誤率為0%。1 系統(tǒng)硬件如圖1所示:硬件采用STM32處理器作為主控芯片,通過以太網(wǎng)控制器EN28J60和RJ45接口連接互聯(lián)網(wǎng),而且為了進行功能擴展和試驗驗證,主控芯片也可以由串口與計算機進行數(shù)據(jù)互傳。STM32F107是主控芯片,它不僅具有USB OTG 和CAN2.0B接口,而且片上集成了以太網(wǎng)10/100 MAC模塊。該模塊支持MII和RMII兩種模式,所以,主控制器只需外接一個物理層PHY芯片就可以實現(xiàn)一個完整的以太網(wǎng)收發(fā)器;在時鐘信號方面,只需用一個25MHz的晶振就可以給整個主控制器提供時鐘,而主控制器還能輸出一個25MHz或50MHz的時鐘,交外部物理層PHY層芯片使用,這樣可以為系統(tǒng)節(jié)省一個附加晶振[6]。以太網(wǎng)控制器是ENC28J60,它符合IEEE802. 3協(xié)議的全部規(guī)范,可以利用健全的包過濾機制對輸入的數(shù)據(jù)包進行限制。集成了DMA模塊,支持數(shù)據(jù)的高速吞吐率,并結(jié)合硬件實現(xiàn)IP地址校驗和計算。它和主控器的通信依賴于兩個中斷管腳和SPI總線實現(xiàn),數(shù)據(jù)傳輸速率高達10 MB/s,為了觀察數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕顒訝顟B(tài),可以在兩個專用的引腳接上發(fā)光二極管[7]。2 操作系統(tǒng)移植操作系統(tǒng)uC/OS-II移植涉及到的主要內(nèi)容是[4-5][8]:修改并整合與處理器相關的源文件,包含os_cpu_c.c,os_cpu_a.s,os_cpu.h三個文件。其中os_cpu.h文件負責定義與編譯器相關的數(shù)據(jù)類型、堆棧類型,另外還有幾個宏定義和函數(shù)聲明,在進行移植工作時,由于對一個相同的數(shù)據(jù)類型,不同的編譯器所支持的數(shù)據(jù)長度卻不相同,所以需要修改原來的數(shù)據(jù)類型。os_cpu_a.s文件主要負責定義與處理器相關的任務切換函數(shù),實現(xiàn)任務上下文的切換以滿足任務調(diào)度時的需要,另外還定義了時鐘中斷處理函數(shù)和進退臨界區(qū)宏指令。os_cpu_c.c文件主要負責定義堆棧的初始化函數(shù),以利于操作系統(tǒng)在進行任務切換或中斷時對相關操作數(shù)據(jù)進行堆棧保護,另外還定義了相關的HOOK函數(shù)。首先修改os_cpu_a.asm文件,將原來的RSEG CODE:CODE:NOROOT(2)改成:AREA |.text|, CODE, READONLY, ALIGN=2;(其中AREA|.text|代表選擇段|.text|,CODE指明代碼段,READONLY代表默認情況:只讀。由于當ALIGN=n,則字節(jié)數(shù)為2^n,故此處ALIGN=2表示對齊4字節(jié)。)THUMB ;Thumb指令集REQUIRE8 ;說明當前文件是八字節(jié)對齊堆棧需求PRESERVE8 ;說明當前文件屬于八字節(jié)對齊堆棧修改os_cpu.h文件,注釋掉下面的這三個函數(shù):Void OS_CPU_SysTickHandler(void);Void OS_CPU_SysTickInit(void);UINT32 OS_CPU_SysTickClkFreq(void);修改os_cpu_c.c文件,注釋掉以下定義和函數(shù):#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL (*((volatile INT32U *)0xE000E010))#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_RELOAD (*((volatile INT32U *)0xE000E014))#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CURRENT (*((volatile INT32U *)0xE000E018))#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CAL (*((volatile INT32U *)0xE000E01C))#define OS_CPU_CM3_NVIC_PRIO_ST (*((volatile INT8U *)0xE000ED23))#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_COUNT 0x00010000#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_CLK_SRC 0x00000004#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_INTEN 0x00000002#define OS_CPU_CM3_NVIC_ST_CTRL_ENABLE 0x00000001#define OS_CPU_CM3_NVIC_PRIO_MIN 0xFFvoid OS_CPU_SysTickHandler (void)函數(shù)void OS_CPU_SysTickInit (void) 函數(shù)3 輕量級協(xié)議棧LWIP的移植LWIP是輕量級的TCP/IP協(xié)議棧,協(xié)議棧中涉及的函數(shù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作系統(tǒng)及硬件不相關,如果需要使用uC/OS-II操作系統(tǒng)的函數(shù),必須通過操作系統(tǒng)模擬層進行調(diào)用。所以移植LWIP協(xié)議棧,實際上就是移植到uC/OS-II操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)模擬層為定時器、同步處理、消息傳送機制等服務提供一組外留的接口函數(shù),為LwIP提供兩種進程間通信方式:信號量和郵箱。創(chuàng)建任務函數(shù)、臨界保護函數(shù)以及信號量和郵箱操作函數(shù)均由uC/OS-II提供,進行針對LwIP的移植任務時,就是修改相關接口函數(shù)(包括信號量操作函數(shù)、郵箱操作函數(shù)、臨界保護函數(shù)、sys_thread_new( )函數(shù)、sys_arch_timeouts( )函數(shù)),從而實現(xiàn)LwIP操作系統(tǒng)模擬層的函數(shù)利用[4~5]。LWIP的數(shù)據(jù)包包頭是14個字節(jié),基于LWIP的以太網(wǎng)接收的數(shù)據(jù)包格式以一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來描述:PACK_STRUCT_BEGINstruct eth_hdr {PACK_STRUCT_FIELD(struct eth_addr dest); //目標的媒質(zhì)接入控制層地址PACK_STRUCT_FIELD(struct eth_addr src); //源的媒質(zhì)接入控制層地址PACK_STRUCT_FIELD(u16_t type); //類型} PACK_STRUCT_STRUCT;PACK_STRUCT_END其中幾個PACK_STRUCT_xxx 的宏定義與編譯器字對齊相關,上面的目標dest、源src和類型type三個字段分別對應目標的媒質(zhì)接入控制層地址、源的媒質(zhì)接入控制層地址、數(shù)據(jù)類型。4 結(jié)論測試前需要把計算機與嵌入式網(wǎng)口模塊的IP地址配置在同一網(wǎng)段,IP地址分別為192.168.1.100,192.168.1.102。如果想查看IP地址配置情況,運行CMD命令行,執(zhí)行ipconfig/all命令。配置完以后,接著ping嵌入式網(wǎng)口的IP地址,結(jié)果如圖2所示。從圖2可以看出:主機ping 32字節(jié)的數(shù)據(jù),4個包所用的時間最長為5ms,最短為3ms;而4個包的TTL值均為255, 這是由于最優(yōu)路徑選擇算法定下來以后,經(jīng)過一段時間穩(wěn)定后,網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)也穩(wěn)定了,數(shù)據(jù)包的路由路徑也會相應穩(wěn)定在一個最優(yōu)路徑上。整個過程的數(shù)據(jù)收發(fā)正確,錯誤率為0%。參考文獻:[1]張齊,勞熾元. 輕量級協(xié)議棧LWIP的分析與改進[J]. 計算機工程與設計,2010,31(10): 2169-2256[2]方瓊瓊,李正平. 基于Rt-thread的嵌入式串口服務器的設計與實現(xiàn)[J]. 電腦知識與技術,2012,8(10):2425-2428[3]陳希超,王健. 基于RT-Thread的嵌入式網(wǎng)絡通信[J]. 電聲技術,2012,36 (12):49-56[4]楊俊,呂建平,徐峰柳. 基于uC/OS-II和LwIP的嵌入式Web服務器實現(xiàn)[J]. 電氣自動化,2011,33(3):62-64[5]趙國鋒,馬文武. 基于LWIP的嵌入式網(wǎng)絡系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]. 微計算機信息, 2008,24(8-2):59-61[6]songhexin8, STM32F107中國版用戶手冊[EB/OL][2012-12-06]. http://wenku.baidu.com/link?url=EFDU6p5iPaoci3mzJ2tuIZeBX2av1kMKc41_nYDXF4Ow4F0tOlf6QtxaweJ94hHYa5fEVL0wo67NMMs7bySVm_coWhCitXFfKRlCjfH-NZa[7]高吉星,趙強,佟為明.基于ENC28J60的TMS320F2812以太網(wǎng)通信接口設計[J]. 計算機測量與控制,2013,21 (3):709-711[8]啊左不是蝸牛, UC/OS-II學習筆記--STM32移植[EB/OL][2012-12-29].(mbbeetchina)
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