??????? 隨著人們對智能化產品需求的增加，未來的嵌入式產品，包括各種家電、通信、PDA、儀器儀表等設備正逐漸走向網絡化，以共享互聯網中龐大的信息資源，因而使嵌入式設備的網絡化開發有廣闊的市場前景。由于嵌入式硬件資源有限，而傳統的TCP/IP等網絡通信協議對計算機存儲器、運算速度的要求較高，所以不能直接應用。為此，必須開發一套適合嵌入式系統的、高度優化的、最為精簡的TCP/IP協議棧。

　　開放式多媒體應用平臺OMAP(Open Multimedia Apphcation Platform)是美國德州儀器公司推出的高度集成的軟硬件平臺。OMAP具有獨特的雙芯結構，結合了DSP與RISC內核，可為無線多媒體設備提供獨一無二的性能和功耗優勢。OMAP可連接十分豐富的外圍設備，包括USB、攝像頭、聲音設備、視頻設備、網絡設備等。OMAP擁有開放式體系結構，其應用環境完全可編程。

　　軟件協議的設計與實現在很大程度上決定了通信終端的質量。基于OMAP的3G移動終端軟件協議結構由信令協議棧和應用業務協議棧組成，如圖l所示。TCP/IP協議棧位于應用業務協議棧的底層，為上層的H.323協議棧提供基礎與服務。其性能質量將直接決定整個通信終端軟件系統的運行質量。因此，針對嵌入式系統聯網的發展方向，為OMAP系統其設計一套高效、簡潔的TCP/IP協議，對其應用具有十分重要的意義。

　　1 開發方案

　　PC上有功能強大的VC平臺和網絡分析工具(如Sniffer)便于調試，其設計不針對任何一個嵌入式芯片，具有較好的通用性和可移植性。在PC機上實現的TCP/IP協議，除了以太網層要結合OMAP平臺的網卡硬件重寫外，基本上可以直接移植到OMAP平臺上，不需要再做大的改動。作為一個通信程序，必然需要兩端程序同時調試，在PC機上編好的程序能對OMAP平臺上程序的調試提供可靠的幫助。因此，協議開發采用先模擬再移植、先整體再部分的設計思路，而協議各層實現的順序為自下而上。具體步驟是：

　　(1)在PC機的Windows操作系統及VC 6.0開發平臺上，實現嵌入式系統TCP/IP協議族的模擬器。該模擬器應該能實現TCP/IP協議的基本功能，包括以太網驅動程序、ARP、IP、UDP、TCP等，并且實現的ARP、IP、UDP、TCP層的程序應該通用于各種嵌入式系統并可移植。

　　(2)將該模擬器移植到OMAP開發平臺，用其以太網卡的驅動程序替換原模擬器的鏈路層程序。在TI提供的CCS平臺上最終實現基于OMAP的TCP/IP協議。

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　　2 開發平臺

　　OMAP的多媒體開發平臺Innovator主要由4個模塊組成：PM(處理器模塊)、IM(接口模塊)、EM(擴展模塊)、BOB(主連接板)。OMAP處理器在PM上，以太網卡在BOB上。可以通過Innovator上的OMAPl510芯片的ARM教處理器對單片以太網控制器LAN91C96的工作進行控制，實現以太網幀的收發，并通過CCS對程序調試。圖2為OMAP平臺調試環境。

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　　3 在PC上實現協議的基本模塊

　　3.1 主要模塊介紹

　　(1)主流程：首先對TCP/IP協議族的各層初始化，成功則進入主循環。主循環采用“中斷+循環”結構，簡單且分層清晰。中斷作為應用層發出命令，調用下層的入口。對于接收到的以太網幀，則由下到上分別進入各層進行處理。協議實現主流程如圖3所示。

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?(2)PC上的以太網層：在內存中開辟接收和發送兩個相同的循環緩沖區，用于存放接收和發送的以太網幀。WinPcap軟件是基于Windows平臺的一個網絡包工具，它提供一個系統內核級的動態鏈接庫Packet.dll作為標準的API，具有獨立于操作系統的編程接口。利用其提供的API可直接聯系網卡驅動與已定義的循環緩沖區，將緩沖區中的數據發出，并將網卡接收的數據存入緩沖區。

　　(3)ARP層：在內存中開辟一塊循環存儲區域用于存放已知的IP-MAC對應表。該表可以由上層舔加，在接收到ARP應答時會自動添加，也可以由上層清空。處理ARP層函數的過程為：根據以太網首部協議字段過濾出ARP包，針對ARP請求與ARP應答進行不同的處理。應答對方的請求，記錄對方的應答。

　　(4)IP層：根據以太網首部的幀類型標志判斷接收到的是不是IP包來處理IP層函數。如果是，則調用IP包的接收函數，對收到的IP包用各種條件進行過濾，對于滿足條件的包獲取其長度與指針信息供上層使用。本層另一個主要函數是IP包發送函數，由上層調用進行IP封裝。

　　IP的檢驗和僅包括IP首部，長度一般為20字節(如果沒有選項)。在接收端，丟棄檢驗和不為0xFFFF的包;在發送端，將計算所得值的反碼填入檢驗和字節。由于主機和網絡對數據中高低字節默認的順序不同，在讀寫包中的16位、32位數據時，應該先進行高低字節的交換。

　　(5)UDP層：處理UDP層函數應根據IP首部的協議字段判斷是否UDP包。如果是，則調用UDP包接收函數，用各種條件對其進行過濾，提出UDP數據及各種有用信息，根據端口號提交給應用進程處理。本層的另一個主要函數是UDP發送函數，實現封裝UDP包(包括載入UDP數據，計算并填入UDP首部信息)，最后調用IP發送函數，交由IP層處理。

　　(6)TCP層：與UDP不同，TCP主機要進行數據通信之前，必須與對方建立連接。與幾個主機通信，就要建立幾個連接。然而，若要知道接收到的TCP包屬于哪個連接且使得幾個不同的連接之間獨立工作、互不干擾，則需要定義TCP的控制模塊。這里用一個結構體數組實現，存放所有關于連接的信息。

　　

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　　處理TCP層函數，判斷接收包的類型，如果是TCP包.則調用TCP接收函數。TCP接收函數用指定條件進行過濾，找到該包所屬的連接或完成一個新連接的被動打開，根據TCP的狀態轉換規則完成11種狀態的轉移，并且實現了多路數據同時、雙向的傳輸。

　　TCP的發送函數包括主動打開、主動關閉(由上層調用完成新連接的主動打開，或主動關閉一個已建立的連接)和發送控制包(用于TCP連接的建立與終止，會在TCP接收函數中調用，從而實現TCP狀態的轉換)三個函數。

　　TCP層還實現了兩個定時器。TCP重傳定時器函數可提供服務可靠性的有效保障;TCP保活定時器能夠避免資源的浪費。

　　3.2 程序特點分析

　　(1)簡單性：4.4BSD-Lite版的完整TCP/IP內核實現大約有15000行，而本程序源代碼約有l400行，更適合嵌入式系統的應用。

　　(2)可重用性：本程序分層清晰。對于不同的嵌入式系統，可能使用的CPU和以太網卡不同，這就需要針對其特點的以太網層設計，而ARP、IP、UDP、TCP則不需要改動。

　　(3)可拓展性：TCP/IP協議是底層網絡協議，本程序留有很好的接口，可在其上構建更高層的網絡協議，包括H.323協議、ftp、telnet。