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uIP TCP/IP协议栈在51系列单片机上的应用 (2) 2
uIP 协议栈是一种免费的可实现的极小的TCP/IP协议栈，可以使用于由8位或16位微处理器构建的嵌入式系统。本文分析了uIP协议栈的结构和应用接口，并讨论了如何将其应用到51系列单片机上。 关键字：TCP/IP[6篇] 单片机[89篇] 嵌入式系统[110篇] 硬件平台结构如图（二）所示：其中单片机选用PHILIPS公司的P89C51RD2，64K字节的串行EEPROM可以用于存储WEB页面。采用ISA接口的以太网接口芯片RTL8019AS连接到以太网上。通过MAX232实现与PC机的串行连接，可以显示调试信息。 uIP协议栈是以函数库的形式提供的，本身不提供底层网络驱动和上层应用程序。因此为了完成指定的功能，开发者必须添加以下几个模块：底层RTL8019AS网卡芯片的驱动、应用层基于HTTP协议的WEBSERVER的实现、系统定时器。 RTL8019AS的驱动主要包括三部分：init_8019as（）函数完成网卡芯片的上电初始化，包括设定网卡物理地址，设定收发缓冲区位置和大小等;eth_send（）函数完成数据的发送;eth_rcve（）函数完成以太网数据的接收。底层网络设备驱动程序与uIP协议栈通过两个全局变量进行接口：变量uip_buf为收发缓冲区的首地址;uip_len为收发的数据长度。eth_send（）函数将uip_buf里的uip_len长度的数据发送到以太网上。eth_rcve（）函数将接收到的数据存储到uip_buf指定的缓冲区中，同时修改uip_len的值。 uIP提供的源代码中包括一个基于HTTP协议的WEBSERVER示例，该WEBSERVER通过简单的文件系统在数据存储器中存储静态页面，同时具有CGI功能。用户可以参照该示例以及uIP提供给应用程序的接口函数说明实现自己的应用层功能。用户的应用程序中必须将UIP_APPCALL宏定义为该层的服务程序。例如：在示例程序中WEBSERVER的处理程序为httpd（）函数，则要进行如下的宏定义#defineUIP_APPCALLhttpd。 51系列单片机上都有2到3个定时计数器，可以选择其中的一个来为TCP/IP协议中与时间有关的事件定时。需要由用户处理的定时事件包括：为uip_periodic（）函数的执行提供基准，还要为ARP表项的更新定时。uip_periodic（）函数每0.5秒执行一次，ARP表项每10秒更新一次。 uIP的设置单独包含在一个叫uipopt.h的头文件里，都是以宏的形式定义方便于修改。用户应根据自己的应用在uipopt.h文件里设置本地的物理地址、IP地址、网关地址、收发缓冲区的大小、支持的最大连接数、ARP表大小等等选项。 添加了必须的模块，对uIP进行了正确地配置后，需要编写主程序函数。针对基于以太网的WEBSERVER应用，主程序在完成初始化后将不停的进行查询，如果有新数据包到达则送uip_input（）函数处理;如果没有新数据包到达则处理定时事件。框架代码如下所示： void main（void） //主程序开始 ｛ …… //省略部分代码 timer0_init（）; //定时器初始化函数由开发者完成 serial_init（）; //串口初始化函数由开发者完成 init_8019（）; //网卡芯片初始化函数由开发者完成 uip_init（）; //uIP协议栈初始化函数由uIP协议栈提供 httpd_init（）; //HTTP应用程序初始化函数由WEB SERVER示例程序提供 uip_arp_init（）;//ARP协议初始化函数由ARP模块提供 while（1） ｛ uip_len = eth_rcve（）; //查询网卡是否有数据到来 if（uip_len == 0） //如果没有数据到来则处理定时事件 ｛ if（0.5秒定时时间到） ｛ for（i = 0; i < UIP_CONNS; i++） // UIP_CONNS为TCP连接数 ｛ uip_periodic（i）; //处理每一个TCP连接 if（uip_len > 0） //说明本连接有数据要发送或重发 ｛ uip_arp_out（）; //由ARP处理部分添加以太网帧头 eth_send（）; //由网卡驱动程序发送 ｝ ｝//对应于：for（） ｝// 对应于：if（0.5秒定时时间到） if（ARP表项更新时间到） uip_arp_timer（）; //进行ARP表项更新 ｝else if（uip_len > 0） //说明接收到新的数据包 ｛ if（BUF->type == htons（UIP_ETHTYPE_IP））//如果收到IP数据包 ｛ uip_arp_ipin（）; //送ARP模块进行表项更新 uip_len -= sizeof（struct uip_eth_hdr）; //去除以太网帧头 uip_input（）; //送uip_input（）进行处理 if（uip_len > 0） //若uip_input（）返回后uip_len不为零说明有数据要回送 ｛ uip_arp_out（）; //由ARP部分添加以太网帧头 eth_send（）; //送交网卡驱动发送 ｝//对应于：if（）收到IP数据包 ｝else if（BUF->type == htons（UIP_ETHTYPE_ARP））//如果收到ARP包 ｛ uip_arp_arpin（）; //由uip_arp_arpin（）处理，如果为应答包则进行表项 //更新 //如果为请求包，则构造应答数据包 if（uip_len > 0） //说明收到的是ARP请求包，需要回送ARP应答包 eth_send（）; //送网卡驱动发送 ｝//对应于：else if（）收到ARP数据包 ｝//对应于：else if（） 说明接收到新的数据包 ｝｝ 以上实例在keilC51编译器下设置大模式，优化等级6（速度优先）进行编译，对uIP代码部分可以不做任何修改，对HTTP示例代码仅需针对类型表达进行极少量的修改即可编译通过。在硬件平台上运行良好。 五总结 uIP协议栈采用有效的方法和结构化的代码，使其存储器占用量很小并且可以很方便的应用到不同的工程项目中。同时它又是免费的可以自由使用于商业和非商业目的。uIP为低端嵌入式设备的网络接入提供了很好的解决方案，具有很高的应用价值。 参考文献 [1]DOUGLASE.COMER著，用TCP/IP进行网际互连（卷一、卷二）电子工业出版社，2000 [2]JEREMYBENTHAM著，嵌入式系统Web服务器——TCP/IPLean机械工业出版社，2003 [3]uIP协议栈网络站点http://dunkels.com/adam/uip/ [4]REALTEK公司.RTL8019ASDatasheet，2000
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