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基于OMAP平台的TCP/IP开发及实现

作者:时间:2014-05-20来源:网络收藏

处理TCP层函数,判断接收包的类型,如果是TCP包,则调用TCP接收函数,TCP接收函数用指定条件进行过滤,找到该包所属的连接或完成一个新连接的被动打开,根据TCP的状态转换则完成11种状态的转移,并且实现了多路数据同时、双向的传输。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/247106.htm

TCP的发送函数包括主动打开、主动关闭(由上层调用完成新连接的主动打开,或主动关闭一个已建立的连接)和发送控制包(用于TCP连接的建立与终止,会在TCP接收函数中调用,从而实现TCP的转换)三个函数。

TCP层还实现了两个定时器,TCP重传定时器函数可提供服务可靠性的有效保障;TCP保活定时器能够避免资源的浪费。

3.2 程序特点分析

(1)简单性:4.4BSD-Lite版的完整内核实现大约有15 000行,而本程序源代码约有1 400行,更适合嵌入式系统的应用。

(2)可重用性:本程序分层清晰。对于不同的嵌入式系统,可能使用的CPU和以太网卡不同,这就需要针对其特点的以太网层设计,而ARP、IP、UDP、TCP则不需要改动。

(3)可拓展性:协议是底层网络协议,本程序留有很好的接口,可在其上构件更高层的网络协议,包括H.323协议、ftp、telnet。

4 在平台上的移植

4.1 单片以太网控制器LAN91C96

LAN91C96是SMSC公司生产的专门用于嵌入式产品的10Mbps以太网控制器,具有性能优良,功耗低及尺寸小的特点,如图4所示。

 

 

6KB的RAM:用来存放数据包。

MMU:对RAM进行有效管理,为接收和发送包在RAM中分配存储空间。

ARBITE:使MMU和RAM与CPU、CSMA很好地连接。

CSMA/CD模块:集成了IEEE 802.3 MAC层协议,负责监听网络情况和地址过滤。若目的地址是LAN91C96的地址、广播地址或多播地址,则接收此数据包,否则抛弃。

ENDEC:负责与10Mbps为以太网物理媒体的连接。

LAN91C96 采用地址映射方式,通过访问Innovator为的指定地址对其存储器访问。LAN91C96的寄存器在Innovator内存中的地址分配为:0x08000300-0x0800030F。寄存器共有4组(BANK0-BANK3),使用相同的地址,通过BANK_SELECT寄存器选择。

4.2 移植过程

先实现该网卡芯片的驱动程序,再用它替换PC模拟器的以太网层,程序驱动主要包括以下三个部分:

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

(2)接收:如图5所示,由CSMA(载波侦听模块)接收到符合地址要求的后,MMU(存储器管理单元)为其请求在RAM中分配存储空间并分配一个编号,DMA 将其存入RAM。接着在接收数据的前面封装STATUS的化COUNT字节信息,如果CRC检测正确,则将其编号放入接收FIFO,如果接收FIFO不为空,则RCV_INT(接收中断标识)被设置。检查接收中断寄存器状态,如果就接收中断,对应其编号,上层协议便可以取出数据了,取出后,将该数据编号从 FIFO中清除。

 

 

状态字可以从RCR寄存器中读取,它反应了接收过程出现的各种措施,如CRC错误、接收帧过长等,数据包的编号从FIFO_PORTS寄存器中获得,而数据指针可从POINTER寄存器中获得,数据信息从DATA寄存器中得到,根据这些信息将接收数据包复制到CPU内存,供上层使用,接收函数的主要流程如图6。

 

 

(3)发送:图7描述了发送数据包FIFO中的排队过程,首先MMU在RAM中分配一定字节的存储空间,然后,将分配结果寄存器中的编号放入PNR 寄存器,写数据指针寄存器POINTER并将上层数据封装后拷入DATA寄存器,根据其编号放入发送FIFO,排队的包将自动发出,发出包的编号接着进入发送完成FIFO。如果发送成功,则存储空间自动释放;否则释放存储空间并将其重新排队。

 

 

5 实验结果

5.1 内存资源占用量

运行该协议栈需要3MB内存,而Innovator体32MB SDRAM 和32MB Flash,内存占用率为:3M/64M=4.7%,完全适用于嵌入式系统。

5.2 数据传输可靠性

TCP 利用以下机制纠错。数据的传输过程中的误码:检验和机制与重传机制,数据的重复,在接收端会自动舍弃已经接收过的数据包,并且不发ACK,故不会发生一个数据包接收多次的情况,数据包的丢失,接收端在接收完一段数据后,会计算下一个预期数据的序号,如果不符合就不发ACK,从而导致发端重发,避免了数据包的丢失,经测试,在未发生拥塞情况下,传输的误码率几乎为0。

5.3文件最大平均传输速率

下面就本程序所实现的利用TCP进行文件传输功能,给出不同情况下的最大传输速率,实验环境为10Mbps以太网。

理想状态下的理论最大吞吐量:假定发送方传输两个背对背、满长度的TCP数据,接收方为其发出两个ACK,每包中用户数据量为1460位,总数据量为1538位,故最大的用户数据吞吐量为:

 

 

本实验测得文件的平均传输速率随着TCP连接数的增多有如图8所示的曲线变化,前半段随着连接数的增加成线性增长,后半段由于出现了网络拥塞,整体的平均速率反而有所下降。

 

 

实验结果与理论最大吞吐量有所差距,原因在于:

(1)理论上只是一种理想的状态,现实中难以达到。

(2)受CPU处理速度及文件传输过程的读、写文件操作的限制。

(3)本程序采用的数据传输机制是当收到上一个包的ACK之后再发送下一个数据包,这样避免了对接收数据的排序,提高了可靠性,但数据的传输速度会受到制约。

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关键词: OMAP TCP/IP

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