LwIP协议在μC/OS操作系统中的实现

引言

当今的信息时代，是一个构筑在网络基础之上的时代，互联网已经渗透到人们工作和生活的各个角落。随着计算机的发展，嵌入式系统已成为计算机领域的一个重要组成部分。将嵌入式系统与Internet 结合起来，就可以在两者之间实现方便、低廉的信息交流。

但是，目前大多数嵌入式系统的网络功能还十分有限：以MCU为核心，与一些监测、伺服、指示设备配合实现一定的功能。在一些工业和汽车应用中，利用CAN、 RS-232、RS-485 等总线将MCU组网，实现多个MCU之间的信息交流，但这种网络的有效半径比较有限，有关的通信协议也比较少，并且一般是孤立于Internet以外的，所以局限性较大。把嵌入式系统连接到Internet上，已成为嵌入式系统今后发展的一个重要方向，而且也将成为今后嵌入式系统必须具备的功能之一。

嵌入式TCP/IP协议栈的实现方式

目前Internet上的通信实现方式大都是基于TCP/IP协议，嵌入式设备要与Internet网络直接交换信息，就必须支持TCP/IP协议。嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现方式有硬件固化和软件实现两种。

硬件方式是指利用TCP/IP协议栈的硬件芯片，由它实现协议的转化，从而实现相应的网络功能。但这样做的缺点是增加了硬件成本，对一些功能单一的嵌入式设备来说是很大的浪费，而且所增加的成本有时是难以接受的。

本文提出了一种软件实现嵌入式系统网络化的方法，通过简化的TCP/IP协议LwIP实现嵌入式系统与网络的互联。单片机要在完成原来控制系统功能的前提下，同时实现网络通信，既要发送又要接收，没有RTOS操作系统支持简直不可想象，所以将其移植到嵌入式实时操作系统μC/OS中，由操作系统对其进行任务的管理与调度。

LwIP 协议简介

LwIP 是Light Weight (轻型)IP协议，有无操作系统的支持都可以运行。LwIP实现的重点是在保持TCP协议主要功能的基础上减少对RAM 的占用，一般它只需要几百字节的RAM和40K左右的ROM就可以运行，这使LwIP协议栈适合在低端的嵌入式系统中使用。

其主要特性如下：

①支持多网络接口下的IP转发；
②支持ICMP协议；
③包括实验性扩展的UDP(用户数据报协议)；
④包括阻塞控制、RTT 估算、快速恢复和快速转发的TCP(传输控制协议)；
⑤提供专门的内部回调接口(Raw API)，用于提高应用程序性能；
⑥可选择的Berkeley接口API (在多线程情况下使用) 。

μC/OS操作系统

μC/OS 是专门为单片机嵌入式应用设计的实时操作系统内核，被广泛应用到各种嵌入式系统中。其特点可以概括为以下几个方面：源代码公开，代码结构清晰、明了，注释详尽；可移植性好；可裁剪，可固化；最多可以管理60个任务，覆盖定时器、信号量、事件标志、邮箱、队列和内存管理，还支持互斥型信号量(Mutual Exclusion Semaphore)；μC/OS除对商业应用收取少量许可费用外，其它用途的应用都是免费的。但是缺少对外围设备和接口的支持，没有文件系统、网络协议、图形界面，这些需要用户自己去实现。