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隨著(zhù)嵌入式系統與網(wǎng)絡(luò )的日益結合，越來(lái)越多的嵌入式設備需要實(shí)現Internet網(wǎng)絡(luò )化，支持嵌入式設備接入網(wǎng)絡(luò )，已成為嵌入式領(lǐng)域重要的研究方向。而目前嵌入式系統中大量應用低速處理器，受內存和速度限制，實(shí)現完整的TCP／IP協(xié)議較為困難，LwIP作為較為成熟的嵌入式TCP／IP協(xié)議棧受到了廣泛的應用。 1 硬件平臺 本通信系統的硬件平臺由以下幾個(gè)部分組成：S3C2410主CPU芯片控制嵌入式外圍設備的存儲、通信、保護、調試、顯示等操作；DSP和FPGA負責信號數據的采集和處理；CS8900A負責網(wǎng)絡(luò )數據的收發(fā)；其他部分還包括串口RS232的通信、LCD的數據顯示、數據存儲FLASH和SDRAM以及其他硬件控制等。本硬件通信平臺的原理框圖如圖1所示。 嵌入式操作系統選用的是μcosⅡ，μcosⅡ作為目前市場(chǎng)上最小的嵌入式操作系統得到了廣泛的應用，提供任務(wù)問(wèn)通信、同步使用的信號量、郵箱和消息隊列；具有良好的可裁剪性。 2 TCP／IP協(xié)議棧LwIP的移植 LwIP由幾個(gè)模塊組成，除TCP／IP協(xié)議的實(shí)現模塊外(IP，ICMP，UDP，TCP)，還有包括許多相關(guān)支持模塊。這些支持模塊包括：操作系統模擬層、緩沖與內存管理子系統、網(wǎng)絡(luò )接口函數及一組Internet校驗和計算函數。緩沖與內存管理子系統等大部分模塊LwIP都已經(jīng)獨立出來(lái)，在移植的過(guò)程中不需要改動(dòng)，我們只需要實(shí)現操作系統模擬層以及底層硬件驅動(dòng)就可以正常工作。 操作系統模擬層存在的目的主要是為了方便LwIP的移植，它在底層操作系統μcosⅡ和LwIP之間提供了一個(gè)接口。這樣，我們在移植LwIP到一個(gè)新的目標系統時(shí)，只需修改這個(gè)接口即可。操作系統模擬層需要實(shí)現信號量操作函數、郵箱操作函數和線(xiàn)程操作函數三類(lèi)。 為支持操作系統模擬層，還需要完成與CPU或編譯器相關(guān)的定義，如數據類(lèi)型、數據長(cháng)度、字的高低位順序等，這些應該與實(shí)現μC／OS-Ⅱ時(shí)相一致。另外需要注意的是由于一個(gè)網(wǎng)絡(luò )可能由不同的體系結構的CPU組成，其字節順序可能有兩種方式：Little-endian順序和Big-endian順序。需要注意字節順序的相互匹配。 3 底層網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)的實(shí)現 底層網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)的框架LwIP已經(jīng)為我們實(shí)現了絕大部分(如圖2所示)，我們只需要在作者設計好的框架中完成與底層硬件相關(guān)的部分即可。即我們只需要實(shí)現與硬件相關(guān)的網(wǎng)卡初始化函數網(wǎng)絡(luò )數據包發(fā)送函數和網(wǎng)絡(luò )數據包接收函數。 本文所采用的底層網(wǎng)絡(luò )芯片CS8900A是C IRRU SLO G IC公司生產(chǎn)的低功耗、性能優(yōu)越的16位以太網(wǎng)控制器，功能強大。突出特點(diǎn)是使用靈活，其物理層接口、數據傳輸模式和工作模式等都能根據需要而動(dòng)態(tài)調整，通過(guò)內部寄存器的設置來(lái)適應不同的應用環(huán)境。它的主要特點(diǎn)是符合IEEE 802．3以太網(wǎng)標準；片內帶有4K字節的RAM來(lái)存儲發(fā)送和接收數據；與主機之間的數據通訊方式有I／O模式、Memory模式和DMA模式，在電路設計時(shí)可根據具體情況靈活選擇；帶有傳送、接收低通濾波的10Base2T連接端口；支持10Base2，10Base5和10Base2F的AU I接口；自動(dòng)生成報頭，自動(dòng)進(jìn)行CRC檢驗，沖突后自動(dòng)重發(fā)；全雙工和半雙工可選模式。 CS8900A初始化部分的主要內容如下：
其中需要說(shuō)明的是由于TCP／IP通信非常頻繁，在ARM中接收發(fā)送數據采用中斷模式占用資源太多，因此本文采用的是查詢(xún)方式，也可以保證數據的基本通信。 CS8900A的數據發(fā)送基本流程如下：在收到由主機發(fā)來(lái)的數據報后，偵聽(tīng)網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)路。如果線(xiàn)路忙，它就等到線(xiàn)路空閑為止，否則，立即發(fā)送該數據幀。發(fā)送過(guò)程中，首先，它添加以太網(wǎng)幀頭(包括先導字段和幀開(kāi)始標志)，然后，生成CRC校驗碼，最后，將此數據幀發(fā)送到以太網(wǎng)上。數據發(fā)送流程圖如圖3所示。 數據接收時(shí)，它將從以太網(wǎng)收到的數據幀在經(jīng)過(guò)解碼、去掉幀頭和地址檢驗等步驟后緩存在片內。在CRC校驗通過(guò)后，它會(huì )根據初始化配置情況，通知主機CS8900A收到了數據幀，然后傳到主機的存儲區中。數據接收流程圖如圖4所示。 4 上層Socket基本通信實(shí)現 LwIP已經(jīng)實(shí)現了大部分的Socket網(wǎng)絡(luò )連接函數，我們要實(shí)現Socket，的基本通信，只需要在此基礎上通過(guò)調用其Socket網(wǎng)絡(luò )連接函數實(shí)現簡(jiǎn)單的客戶(hù)機／服務(wù)器模式即可。儀器作為服務(wù)器方，主機作為客戶(hù)機進(jìn)行連接。實(shí)現結果如圖5所示，發(fā)送程控命令FREQ 300，返回FREQ 300．000000MHzOK表示設置成功。 5 結束語(yǔ) 本系統已經(jīng)在場(chǎng)強儀AV3942中使用，能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò )對其進(jìn)行遠程控制，實(shí)踐證明，該系統簡(jiǎn)便實(shí)用，能夠方便、靈活的實(shí)現各種通信系統的互聯(lián)。 |
