基于uCOS－II的网络通信设计与实现

基于uCOS－II的网络通信设计与实现

刘晓刘勇

刘晓重庆通信学院

刘勇大连理工大学

【摘要】本题目采用以S3C44B0X作为主处理器的EDUKIT－III硬件平台，系统的软件平台采用嵌入式uCOS－II操作系统。该操作系统已经被成功地移植到了ARM处理器上，并且在uCOS－II上移植了嵌入式TCP/IP协议栈LwIP，同时实现了开发平台上网卡cs8900a的驱动程序。

【关键词】嵌入式系统uCOS－IIcs8900a协议栈

【中图分类号】TP39【文献标识码】A【文章编号】1674－4810（2010）10－0018－02

一uCOS－II实时操作系统

uCOS－II是专门为嵌入式应用设计的实时操作系统内核，它具有以下几个优点：源代码公开，代码结构清晰，注释详尽，可移植性好，可方便裁减，最多可以开启60个任务。对uCOS－II的移植实际上是对与处理器有关的代码进行重写或修改。移植工作包括以下几个内容：基本的配置和定义（OS_CPU.h）、移植OS_CPU_C.C标准C代码文件、移植OS_CPU_A.ASM汇编代码文件。

二嵌入式协议栈LwIP

LwIP是TCP/IP协议栈的一种实现。LwIP的主要目的是减少存储器利用量和代码尺寸，使LwIP适合应用于小的、资源有限的处理器如嵌入式系统。为了减少处理器和存储器要求，LwIP可以通过不需任何数据拷贝的API进行裁减。

完成LwIP在uCOS－II上的移植就是要调用uCOS－II的函数实现系统的初始化、任务的同步、时间管理和内存管理几个部分的功能。（1）uCOS－II系统相关头文件的修改是为了与CPU相关的定义相匹配，修改例如字节的长度、字的高低位顺序的定义等；（2）利用uCOS－II操作系统的函数完成LwIP中信号量、消息队列、定时器和线程创建等功能的封装。

三网络设备的驱动实现

本设计中使用的网卡芯片是在ARM嵌入式开发与应用实验平台EDUKIT－III上集成的网卡芯片cs8900a。

在LwIP中有多个网络接口，每个网络接口对应了一个网络结构structnetif。这个结构定义了网络接口的属性、收发函数等。可以调用netif－>input（）和netif－>output（）进行以太网数据包的接收、发送操作。

四Ping测试

在本设计中PC机IP设置为“192.192.192.36”，网关设为

“192.192.192.1”，将目标板的IP设置为“192.192.192.200”，网关设置为“192.192.192.1”，二者在同一个子网中，并且目标板的MAC为“00－06－98－01－7e－8f”。

将目标板与PC机用网线相连，使用PowerICEForARM（仿真器）将编译好的程序下载到目标板的RAM中，运行源程序，在目标板上初始化uCOS－II、协议栈、网卡驱动。

此时由于PC机与目标板没有进行过网络通信，所以在PC机本地的ARP缓存中没有目标板的IP地址－MAC地址映射关系。在PC机上打开命令行界面，执行命令“arp－a”可以看见，PC机的本地ARP缓存中没有目标板的IP－MAC地址映射关系（192.192.192.200与00－06－98－01－7e－8f）。

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图1Ping之前PC机的ARP缓存

此时在PC机命令行界面中运行命令“ping192.192.192.200”之后，再键入命令“arp－a”观察此时PC机的ARP缓存，可以发现目标板的IP地址－MAC地址映射关系（192.192.192.200与00－06－98－01－7e－8f）已经写入了PC机的ARP缓存。

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图2Ping之后PC机的ARP缓存

Ping的过程中，由于PC机上ARP缓存中没有目标板的IP地址－MAC地址映射关系，所以PC机首先在网络上广播ARP消息，在发送的ARP包中含有目标板的IP地址和PC机的IP地址、MAC地址，当目标板接收到这个ARP包时，它会和自己的IP地址比较，发现一致后会发送给PC机一个ARP回复，这个ARP回复包将目标板的IP地址作为源IP地址，将PC机的IP地址作为目的地址，同时含有目标板的MAC地址。这样当PC机收到这个回复后，会将目标板的IP地址、MAC地址取出加入到本地的IP－MAC地址映射表中，这样有了这个地址映射表，就可以在PC机和目标板之间进行正常的网络通信。

五结论

在本设计中，对于协议栈中ICMP等其他网络通信协议并没有进行相关的研究和设置，所以Ping结果是不通的，但是PC机上ARP缓存的成功建立说明PC机和目标板的基本网络通信已经成功，目标板接收、发送网络数据包的功能已经实现，底层的软硬件平台已经搭建，为通信功能的完善和进一步的网络应用奠定了基础。

在本设计中，目标板对于ARP消息的接收和发送功能已经实现，可以在PC机上成功构建目标板的IP－MAC地址映射关系，实现了基本的网络通信功能，为下一步的网络通信奠定了基础。

参考文献

［1］黄燕平.uCOS－IIARM移植要点详解［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2005

［2］焦海波、刘健康.嵌入式网络系统设计［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2008

［3］AdamDunkels.DesignandImplementationoftheLWIPTCP/IPStack［M］.SwedishInstituteofComputerScience,February20,2001