lwip

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轻量级IP协议栈
lwip是瑞典计算机科学院(SICS)的AdamDunkels开发的一个小型开源的TCP/IP协议栈。lwipAPI把接收与处理放在一个线程里面。RAWAPI把协议栈和应用程序放到一个进程里边,该接口基于函数回调技术,使用该接口的应用程序可以不用进行连续操作。它提供了创建新任务的系统API调用OSTaskCreate,因此只要把OSTaskCreate封装一下,就可以实现sys_thread_new。
    中文名: 外文名:lwip 所属学科: 开发者:瑞典计算机科学院 说明:Light Weight(轻型)IP协议 模式:RAW API

简介

LwIP是Light Weight(轻型)IP协议,有无操作系统的支持都可以运行。LwIP实现的重点是在保持TCP协议主要功能的基础上减少对RAM的占用,一般它只需要几百字节的RAM和40K左右的ROM就可以运行,这使LwIP协议栈适合在低端的嵌入式系统中使用。LWIP是一种轻量级的TCP/IP协议栈。

lwIP协议栈主要关注的是怎么样减少内存的使用和代码的大小,这样就可以让lwIP适用于资源有限的小型平台例如嵌入式系统。为了简化处理过程和内存要求,lwIP对API进行了裁减,可以不需要复制一些数据。

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不过,这会使应用程序编写难度加大且代码不易被理解。为了接收数据,应用程序会向协议栈注册一个回调函数。该回调函数与特定的连接相关联,当该关联的连接到达一个信息包,该回调函数就会被协议栈调用。

这既有优点也有缺点。优点是既然应用程序和TCP/IP协议栈驻留在同一个进程中,那么发送和接收数据就不再产生进程切换。主要缺点是应用程序不能使自己陷入长期的连续运算中,这样会导致通讯性能下降,原因是TCP/IP处理与连续运算是不能并行发生的。这个缺点可以通过把应用程序分为两部分来克服,一部分处理通讯,一部分处理运算。

这样只要处理流程稍微被延迟,接收就会被阻塞,直接造成频繁丢包、响应不及时等严重问题。因此,接收与协议处理必须分开。LwIP的作者显然已经考虑到了这一点,提供了tcpip_input()函数来处理这个问题,虽然他并没有在rawapi一文中说明。

应该知道tcpip_input()函数投递的消息,它们来自于由底层网络驱动组成的接收线程。在编写网络驱动时,其接收部分以任务的形式创建。数据包到达后,去掉以太网包头得到IP包,然后直接调用tcpip_input()函数将其投递到mbox邮箱。投递结束,接收任务继续下一个数据包的接收,而被投递得IP包将由TCPIP线程继续处理。

这样,即使某个IP包的处理时间过长也不会造成频繁丢包现象的发生。这就是lwipAPI。

BSDAPI提供了基于open-read-write-close模型的UNIX标准API,它的最大特点是使应用程序移植到其它系统时比较容易,但用在嵌入式系统中效率比较低,占用资源多。这对于嵌入式应用有时是不能容忍的。

移植

为了移植到μC/OS系统中,需要进行以下调整。

(1)信号量

LwIP中需要使用信号量进行通信,所以在sys_arch中应实现相应的信号量结构体structsys_semt和处理函数sys_sem_new()、sys_sem_free()、sys_sem_signal()和sys_arch_sem_wait()。由于μC/OS已经实现了信号量OSEVENT的各种操作,并且功能和LwIP上面几个函数的目的功能是完全一样的,所以只要把μC/OS的函数重新包装成上面的函数,就可直接使用。

(2)消息队列

LwIP使用消息队列来缓冲、传递数据报文,因此要实现消息队列结构sys_mbox_t,以及相应的操作函数:sys_mbox_new()、sys_mbox_free()、sys_mbox_post()和sys_arch_mbox_fetch()。μC/OS实现了消息队列结构及其操作,但是μC/OS没有对消息队列中的消息进行管理,因此不能直接使用,必须在μC/OS的基础上重新实现。

具体实现时,对队列本身的管理利用μC/OS自己的OSQ操作完成,然后使用μC/OS中的内存管理模块实现对消息的创建、使用、删除和回收,两部分综合起来形成了LwIP的消息队列功能。

(3)定时器函数

LwIP中每个和TCP/IP相关的任务的一系列定时事件组成一个单向链表,每个链表的起始指针存在lwip_timeouts的对应表项中,如图2所示。移植时需要实现structsys_timeouts*sys_arch_timeouts(void)函数,该函数返回正处于运行态的线程所对应的timeout队列指针。

(4)创建新线程函数

在μC/OS中,没有线程(thread)的概念,只有任务(Task)。需要注意的是LwIP中的thread并没有μC/OS中优先级的概念,实现时要由用户事先为LwIP中创建的线程分配好优先级。

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