嵌入式TCP/IP協(xié)議的探究與實(shí)現(xiàn)

喬富強(qiáng)

【摘要】 隨著科技水平的發(fā)展，嵌入式的網(wǎng)絡(luò)通信也隨之發(fā)展了起來，因此，我們要更加深入地對(duì)嵌入式TCP/IP協(xié)議進(jìn)行探究和更深層次的功能實(shí)現(xiàn)。本文對(duì)TCP/IP協(xié)議棧進(jìn)行了分析，論述如何實(shí)現(xiàn)嵌入式以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信。

【關(guān)鍵詞】 嵌入式 TCP/IP協(xié)議 以太網(wǎng)

一、引言

嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信在各個(gè)方面都得到了非常廣泛的運(yùn)用。目前最常見的就是總線和USB數(shù)據(jù)傳輸方式，傳輸速度即使可以達(dá)到較快的水平，但是其并不能夠滿足長(zhǎng)距離的數(shù)據(jù)傳輸。因此，以太網(wǎng)能夠彌補(bǔ)其在數(shù)據(jù)傳輸方面的缺陷。以太網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)一百米距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸，如果要實(shí)現(xiàn)更加遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸，則需要使用路由器或者交換機(jī)來完成。此文基于對(duì)CP2200嵌入式TCP/IP協(xié)議進(jìn)行探究，并實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

二、嵌入式TCP/IP協(xié)議的探究與實(shí)現(xiàn)

TCP/IP協(xié)議棧從上到下分別是由應(yīng)用層、運(yùn)輸層、網(wǎng)絡(luò)層和網(wǎng)絡(luò)接口層所組成的四層結(jié)構(gòu)，每一層各司其職，都有著不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。依據(jù)軟件實(shí)際使用的情況，在嵌入式系統(tǒng)當(dāng)中為了達(dá)到網(wǎng)絡(luò)通信的目的，需要對(duì)TCP/IP協(xié)議族進(jìn)行裁剪。在對(duì)軟件進(jìn)行初始化的時(shí)候，也對(duì)單片機(jī)同時(shí)進(jìn)行了初始化，其中包括對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘、定時(shí)器、端口和串口進(jìn)行了初始化。當(dāng)然還有CP2200進(jìn)行初始化，其中包括對(duì)MAC層和物理層進(jìn)行初始化，并且中斷使能。

在TCP/IP協(xié)議棧當(dāng)中，運(yùn)用層包含HTTP協(xié)議，運(yùn)輸層包含TCP協(xié)議和UDP協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)層包含ARP協(xié)議、IP協(xié)議和ICMP協(xié)議。以下是嵌入式TCP/IP協(xié)議的每個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)流程：

1、HTTP協(xié)議模塊。HTTP協(xié)議的發(fā)送函數(shù)http_send（）即是TCP協(xié)議的發(fā)送函數(shù)和數(shù)據(jù)信息的結(jié)合，但是http_ send（）函數(shù)主要是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)網(wǎng)頁內(nèi)容，JPEG的圖片和HTML（超文本標(biāo)記語言）等信息的使用依靠其函數(shù)實(shí)現(xiàn)。

2、TCP協(xié)議模塊。TCP協(xié)議的發(fā)送函數(shù)tcp_send（）是需要發(fā)送一個(gè)不包含任何數(shù)據(jù)的TCP報(bào)文，其作用是能夠?qū)ψ止?jié)頭和校驗(yàn)和進(jìn)行處理。通過對(duì)時(shí)間功能的設(shè)定，TCP協(xié)議的重傳函數(shù)tcp_retransmit（）能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)最多為兩次重傳的傳輸功能，實(shí)現(xiàn)傳輸功能的應(yīng)用程序是依靠傳送頁數(shù)據(jù)而實(shí)現(xiàn)的，即是HTTP服務(wù)程序。TCP協(xié)議的?；詈瘮?shù)tcp_ inacivity（）是沒半秒運(yùn)行一次，當(dāng)連接正在建立的狀態(tài)下，?；钇跐M了的時(shí)候并且沒能被再次使用，就會(huì)中斷連接。TCP協(xié)議的接收函數(shù)tcp_rcve（）實(shí)現(xiàn)對(duì)字節(jié)頭和校驗(yàn)和的運(yùn)算，進(jìn)而對(duì)HTTP服務(wù)程序和其連接狀態(tài)等情況進(jìn)行斷定，最后進(jìn)行TCP有限的狀態(tài)機(jī)判斷數(shù)據(jù)包的程序。

3、UDP協(xié)議模塊。UDP協(xié)議的發(fā)送函數(shù)udp_send（）能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)字節(jié)頭和校驗(yàn)和進(jìn)行處理，其接收函數(shù)udp_rcve（）是對(duì)所接收的UDP報(bào)文進(jìn)行處理，如果沒有受到UDP報(bào)文數(shù)據(jù)，就需要發(fā)送ICMP終點(diǎn)不可到達(dá)報(bào)文。

4、ARP協(xié)議模塊。ARP協(xié)議的發(fā)送函數(shù)arp_send（），在發(fā)送請(qǐng)求報(bào)文的時(shí)候，對(duì)于不清楚目的物理地址的，則是廣播報(bào)文；在發(fā)送應(yīng)答報(bào)文的時(shí)候，接收的一方的目的物理地址需要添加物理地址。ARP協(xié)議的重傳函數(shù)arp_retransmit（）能夠?qū)崿F(xiàn)當(dāng)其發(fā)出ARP請(qǐng)求之后的半秒時(shí)間內(nèi)沒有任何響應(yīng)，則進(jìn)行再一次發(fā)送的功能，但是當(dāng)兩次發(fā)送沒有得到響應(yīng)就會(huì)對(duì)報(bào)文進(jìn)行刪除。ARP協(xié)議的緩存更新函數(shù)age_ arp_cache（）能夠每一分鐘更新一次。ARP的解析函數(shù)arp_ resolve（）能夠?qū)λl(fā)送的IP報(bào)文目的IP地址進(jìn)行解析，如果發(fā)送IP地址和目的IP地址都不在相同的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，那么此IP地址是網(wǎng)關(guān)IP地址，然后在緩存表當(dāng)中對(duì)其進(jìn)行查找，如果找不到就需要發(fā)送ARP請(qǐng)求報(bào)文。ARP協(xié)議的接收函數(shù)arp_rcve（）能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)報(bào)文進(jìn)行接收或者應(yīng)答，對(duì)緩存表需要進(jìn)行更新和重新定時(shí)，如果所接受的報(bào)文是應(yīng)答報(bào)文，則需要發(fā)送等候地址解析的IP報(bào)文，但是所接收到的報(bào)文是請(qǐng)求報(bào)文 ，則需要發(fā)送ARP應(yīng)答報(bào)文。

5、IP協(xié)議模塊。IP協(xié)議的發(fā)送函數(shù)ip_send9（）能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)發(fā)送IP報(bào)文的20字節(jié)頭和校驗(yàn)和進(jìn)行處理，進(jìn)而使用網(wǎng)絡(luò)接口層進(jìn)行發(fā)送。IP協(xié)議接收函數(shù)ip_rcve（）能夠根據(jù)版本情況和所接收?qǐng)?bào)文的種類轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的接收函數(shù)來處理。

6、ICMP協(xié)議模塊。ICMP協(xié)議模塊的接收函數(shù)icmp_ rcve（）是實(shí)現(xiàn)對(duì)ping請(qǐng)求的接收進(jìn)行處理，并且處理ICMP不同種類的報(bào)文。其中Ping命令請(qǐng)求信息函數(shù)ping_send（）是用來檢測(cè)發(fā)送接收兩方的接收情況。

三、結(jié)言

綜上所述，此文對(duì)TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的各層協(xié)議模塊進(jìn)行探究，基于網(wǎng)絡(luò)控制芯片CP2200的以太網(wǎng)接口和單片機(jī)C8051F340，并用編程語言來實(shí)現(xiàn)嵌入式以太網(wǎng)通信，同時(shí)進(jìn)一步通過對(duì)各個(gè)層協(xié)議的裁剪，實(shí)現(xiàn)嵌入式以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信。根據(jù)現(xiàn)階段來看，嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信基本上都是依靠TCP/IP協(xié)議來實(shí)現(xiàn)的，嵌入式設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)兩者相結(jié)合是嵌入式系統(tǒng)今后發(fā)展的主要方向。因此，我們要更加深入地對(duì)嵌入式TCP/IP協(xié)議進(jìn)行探究以及更深層次的功能實(shí)現(xiàn)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]王樹森，王希杰，劉秋菊.嵌入式Web遠(yuǎn)程糧情監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].自動(dòng)化儀表，2013（10）：243-247.

[2]王寶寶，余世明，王振宇.嵌入式Internet中Nagle算法及其應(yīng)用研究[J].中國工程科學(xué)，2014（02）：101-105.