?(2)PC上的以太網(wǎng)層：在內(nèi)存中開辟接收和發(fā)送兩個相同的循環(huán)緩沖區(qū)，用于存放接收和發(fā)送的以太網(wǎng)幀。WinPcap軟件是基于Windows平臺的一個網(wǎng)絡(luò)包工具，它提供一個系統(tǒng)內(nèi)核級的動態(tài)鏈接庫Packet.dll作為標準的API，具有獨立于操作系統(tǒng)的編程接口。利用其提供的API可直接聯(lián)系網(wǎng)卡驅(qū)動與已定義的循環(huán)緩沖區(qū)，將緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)發(fā)出，并將網(wǎng)卡接收的數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)。

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

　　(4)IP層：根據(jù)以太網(wǎng)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(shù)。如果是，則調(diào)用IP包的接收函數(shù)，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(shù)是IP包發(fā)送函數(shù)，由上層調(diào)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(jié)(如果沒有選項)。在接收端，丟棄檢驗和不為0xFFFF的包;在發(fā)送端，將計算所得值的反碼填入檢驗和字節(jié)。由于主機和網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)中高低字節(jié)默認的順序不同，在讀寫包中的16位、32位數(shù)據(jù)時，應(yīng)該先進行高低字節(jié)的交換。

　　(5)UDP層：處理UDP層函數(shù)應(yīng)根據(jù)IP首部的協(xié)議字段判斷是否UDP包。如果是，則調(diào)用UDP包接收函數(shù)，用各種條件對其進行過濾，提出UDP數(shù)據(jù)及各種有用信息，根據(jù)端口號提交給應(yīng)用進程處理。本層的另一個主要函數(shù)是UDP發(fā)送函數(shù)，實現(xiàn)封裝UDP包(包括載入UDP數(shù)據(jù)，計算并填入UDP首部信息)，最后調(diào)用IP發(fā)送函數(shù)，交由IP層處理。

　　(6)TCP層：與UDP不同，TCP主機要進行數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)體數(shù)組實現(xiàn)，存放所有關(guān)于連接的信息。

　　

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　　處理TCP層函數(shù)，判斷接收包的類型，如果是TCP包.則調(diào)用TCP接收函數(shù)。TCP接收函數(shù)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(jù)TCP的狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則完成11種狀態(tài)的轉(zhuǎn)移，并且實現(xiàn)了多路數(shù)據(jù)同時、雙向的傳輸。

　　TCP的發(fā)送函數(shù)包括主動打開、主動關(guān)閉(由上層調(diào)用完成新連接的主動打開，或主動關(guān)閉一個已建立的連接)和發(fā)送控制包(用于TCP連接的建立與終止，會在TCP接收函數(shù)中調(diào)用，從而實現(xiàn)TCP狀態(tài)的轉(zhuǎn)換)三個函數(shù)。

　　TCP層還實現(xiàn)了兩個定時器。TCP重傳定時器函數(shù)可提供服務(wù)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(nèi)核實現(xiàn)大約有15000行，而本程序源代碼約有l(wèi)400行，更適合嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用。

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

　　(3)可拓展性：TCP/IP協(xié)議是底層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，本程序留有很好的接口，可在其上構(gòu)建更高層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括H.323協(xié)議、ftp、telnet。

　　4 在OMAP平臺上的移植

　　4.1 單片以太網(wǎng)控制器LAN91C96

　　LAN91C96是SMSC公司生產(chǎn)的專門用于嵌入式產(chǎn)品的10Mbps以太網(wǎng)控制器，具有性能優(yōu)良、功耗低及尺寸小的特點。如圖4所示。

　　

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　　6KB的RAM：用來存放數(shù)據(jù)包。

　　MMU：對RAM進行有效管理，為接收和發(fā)送包在RAM中分配存儲空間。

　　ARBTTE：使MMU和RAM與CPU、CSMA很好地連接。

　　CSMA/CD模塊：集成了IEEE 802.3 MAC層協(xié)議，負責監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)情況和地址過濾。若目的地址是LAN91C96的地址、廣播地址或多播地址，則接收此數(shù)據(jù)包，否則拋棄。

　　ENDEC：負責曼徹斯特(Manchester)編解碼。

　　收發(fā)器：負責與lOMbps以太網(wǎng)物理媒體的連接。

　　LAN91C96采用地址映射方式，通過訪問Innovator的指定地址對其寄存器訪問。LAN91C96的寄存器在Innovator內(nèi)存中的地址分配為：0x08000300～0x0800030F。寄存器共有4組(BANK0-BANK3)，使用相同的地址，通過BANK_SELECT寄存器選擇。

　　4.2 移植過程

　　先實現(xiàn)該網(wǎng)卡芯片的驅(qū)動程序，再用它替換PC模擬器的以太網(wǎng)層。程序驅(qū)動主要包含以下三個部分：

　　(1)初始化：主要為Lan91C96的各寄存器填入正確的初始值使其正常工作。

　　(2)接收：如圖5所示，由CSMA(載波偵聽模塊)接收到符合地址要求的包后，MMU(存儲器管理單元)為其請求在RAM中分配存儲空間并分配一個編號，DMA將其存入RAM。接著在接收數(shù)據(jù)的前面封裝STATUS和COUNT字節(jié)信息，如果CRC檢測正確，則將其編號放入接收FIFO;如果接收F1F0不為空，則RCV_INT(接收中斷標識)被設(shè)置。檢查接收中斷寄存器狀態(tài)，如果有接收中斷，對應(yīng)其編號，上層協(xié)議便可以取出數(shù)據(jù)了。取出后，將該數(shù)據(jù)編號從FIF0中清除。

　　

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　　狀態(tài)字可以從RCR寄存器中讀取，它反映了接收過程出現(xiàn)的各種錯誤，如CRC錯誤、接收幀過長等。數(shù)據(jù)包的編號從FIFO_PORTS寄存器中獲得，而數(shù)據(jù)指針可從POINTER寄存器中獲得，數(shù)據(jù)信息從DATA寄存器中得到，根據(jù)這些信息將接收數(shù)據(jù)包復(fù)制到CPU內(nèi)存，供上層使用。接收函數(shù)的主要流程如圖6。

　　

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　　(3)發(fā)送：圖7描述了發(fā)送數(shù)據(jù)包在。FIFO中的排隊過程。首先MMU在RAM中分配一定字節(jié)的存儲空間;然后，將分配結(jié)果寄存器中的編號放入PNR寄存器，寫數(shù)據(jù)指針寄存器POINTER并將上層數(shù)據(jù)封裝后拷入DATA寄存器，根據(jù)其編號放入發(fā)送FIF0，排隊的包將自動發(fā)出;發(fā)出包的編號接著進入發(fā)送完成FIFO。如果發(fā)送成功，則存儲空間自動釋放;否則釋放存儲空間并將其重新排隊。

　　5 實驗結(jié)果

　　5.1 內(nèi)存資源占用量

　　運行該TCP/IP協(xié)議棧需要3MB內(nèi)存，而Innovator提供32MB SDRAM和32MB Flash，內(nèi)存占用率為：3M/64M=4.7%，完全適用于嵌入式系統(tǒng)。

　　5.2 數(shù)據(jù)傳輸可靠性

　　TCP利用以下機制糾錯。數(shù)據(jù)傳輸過程中的誤碼：檢驗和機制與重傳機制;數(shù)據(jù)包的重復(fù)：在接收端會自動舍棄已經(jīng)接收過的數(shù)據(jù)包，并且不發(fā)ACK，故不會發(fā)生一個數(shù)據(jù)包接收多次的情況;數(shù)據(jù)包的丟失：接收端在接收完一段數(shù)據(jù)后，會計算下一個預(yù)期數(shù)據(jù)的序號，如果不符合就不發(fā)ACK，從而導(dǎo)致發(fā)端重發(fā)，避免了數(shù)據(jù)包的丟失。經(jīng)測試.在未發(fā)生擁塞情況下，傳輸?shù)恼`碼率幾乎為0。

　　5.3 文件最大平均傳輸速率

　　下面就本程序所實現(xiàn)的利用TCP進行文件傳輸功能，給出在不同情況下的最大傳輸速率。實驗環(huán)境為lOMbps以太網(wǎng)。

　　理想狀態(tài)下的理論最大吞吐量：假定發(fā)送方傳輸兩個背對背、滿長度的TCP數(shù)據(jù)，接收方為其發(fā)出兩個ACK，每包中用戶數(shù)據(jù)量為1460位，總數(shù)據(jù)量為1538位，故最大的用戶數(shù)據(jù)吞吐量為：

　　

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　　本實驗測得文件的平均傳輸速率隨著TCP連接數(shù)的增多有如圖8所示的曲線變化。前半段隨著連接數(shù)的增加成線性增長，后半段由于出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)擁塞，整體的平均速率反而有所下降。

　　

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