?(2)PC上的以太網(wǎng)層：在內(nèi)存中開(kāi)辟接收和發(fā)送兩個(gè)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(tái)的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)包工具，它提供一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)核級(jí)的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)Packet.dll作為標(biāo)準(zhǔn)的API，具有獨(dú)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(dòng)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(kāi)辟一塊循環(huán)存儲(chǔ)區(qū)域用于存放已知的IP-MAC對(duì)應(yīng)表。該表可以由上層舔加，在接收到ARP應(yīng)答時(shí)會(huì)自動(dòng)添加，也可以由上層清空。處理ARP層函數(shù)的過(guò)程為：根據(jù)以太網(wǎng)首部協(xié)議字段過(guò)濾出ARP包，針對(duì)ARP請(qǐng)求與ARP應(yīng)答進(jìn)行不同的處理。應(yīng)答對(duì)方的請(qǐng)求，記錄對(duì)方的應(yīng)答。

　　(4)IP層：根據(jù)以太網(wǎng)首部的幀類型標(biāo)志判斷接收到的是不是IP包來(lái)處理IP層函數(shù)。如果是，則調(diào)用IP包的接收函數(shù)，對(duì)收到的IP包用各種條件進(jìn)行過(guò)濾，對(duì)于滿足條件的包獲取其長(zhǎng)度與指針信息供上層使用。本層另一個(gè)主要函數(shù)是IP包發(fā)送函數(shù)，由上層調(diào)用進(jìn)行IP封裝。

　　IP的檢驗(yàn)和僅包括IP首部，長(zhǎng)度一般為20字節(jié)(如果沒(méi)有選項(xiàng))。在接收端，丟棄檢驗(yàn)和不為0xFFFF的包;在發(fā)送端，將計(jì)算所得值的反碼填入檢驗(yàn)和字節(jié)。由于主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)中高低字節(jié)默認(rèn)的順序不同，在讀寫(xiě)包中的16位、32位數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)該先進(jìn)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(duì)其進(jìn)行過(guò)濾，提出UDP數(shù)據(jù)及各種有用信息，根據(jù)端口號(hào)提交給應(yīng)用進(jìn)程處理。本層的另一個(gè)主要函數(shù)是UDP發(fā)送函數(shù)，實(shí)現(xiàn)封裝UDP包(包括載入U(xiǎn)DP數(shù)據(jù)，計(jì)算并填入U(xiǎn)DP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(jī)要進(jìn)行數(shù)據(jù)通信之前，必須與對(duì)方建立連接。與幾個(gè)主機(jī)通信，就要建立幾個(gè)連接。然而，若要知道接收到的TCP包屬于哪個(gè)連接且使得幾個(gè)不同的連接之間獨(dú)立工作、互不干擾，則需要定義TCP的控制模塊。這里用一個(gè)結(jié)構(gòu)體數(shù)組實(shí)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(jìn)行過(guò)濾，找到該包所屬的連接或完成一個(gè)新連接的被動(dòng)打開(kāi)，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(shí)現(xiàn)了多路數(shù)據(jù)同時(shí)、雙向的傳輸。

　　TCP的發(fā)送函數(shù)包括主動(dòng)打開(kāi)、主動(dòng)關(guān)閉(由上層調(diào)用完成新連接的主動(dòng)打開(kāi)，或主動(dòng)關(guān)閉一個(gè)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(huì)在TCP接收函數(shù)中調(diào)用，從而實(shí)現(xiàn)TCP狀態(tài)的轉(zhuǎn)換)三個(gè)函數(shù)。

　　TCP層還實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)定時(shí)器。TCP重傳定時(shí)器函數(shù)可提供服務(wù)可靠性的有效保障;TCP?；疃〞r(shí)器能夠避免資源的浪費(fèi)。

　　3.2 程序特點(diǎn)分析

　　(1)簡(jiǎn)單性：4.4BSD-Lite版的完整TCP/IP內(nèi)核實(shí)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(duì)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(duì)其特點(diǎn)的以太網(wǎng)層設(shè)計(jì)，而ARP、IP、UDP、TCP則不需要改動(dòng)。

　　(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(tái)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(mén)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(diǎn)。如圖4所示。

　　

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　　6KB的RAM：用來(lái)存放數(shù)據(jù)包。

　　MMU：對(duì)RAM進(jìn)行有效管理，為接收和發(fā)送包在RAM中分配存儲(chǔ)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(fù)責(zé)監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)情況和地址過(guò)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(fù)責(zé)曼徹斯特(Manchester)編解碼。

　　收發(fā)器：負(fù)責(zé)與lOMbps以太網(wǎng)物理媒體的連接。

　　LAN91C96采用地址映射方式，通過(guò)訪問(wèn)Innovator的指定地址對(duì)其寄存器訪問(wèn)。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(guò)BANK_SELECT寄存器選擇。

　　4.2 移植過(guò)程

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

　　(1)初始化：主要為L(zhǎng)an91C96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(tīng)模塊)接收到符合地址要求的包后，MMU(存儲(chǔ)器管理單元)為其請(qǐng)求在RAM中分配存儲(chǔ)空間并分配一個(gè)編號(hào)，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(cè)正確，則將其編號(hào)放入接收FIFO;如果接收F1F0不為空，則RCV_INT(接收中斷標(biāo)識(shí))被設(shè)置。檢查接收中斷寄存器狀態(tài)，如果有接收中斷，對(duì)應(yīng)其編號(hào)，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(hào)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(guò)程出現(xiàn)的各種錯(cuò)誤，如CRC錯(cuò)誤、接收幀過(guò)長(zhǎng)等。數(shù)據(jù)包的編號(hào)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(duì)過(guò)程。首先MMU在RAM中分配一定字節(jié)的存儲(chǔ)空間;然后，將分配結(jié)果寄存器中的編號(hào)放入PNR寄存器，寫(xiě)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(hào)放入發(fā)送FIF0，排隊(duì)的包將自動(dòng)發(fā)出;發(fā)出包的編號(hào)接著進(jìn)入發(fā)送完成FIFO。如果發(fā)送成功，則存儲(chǔ)空間自動(dòng)釋放;否則釋放存儲(chǔ)空間并將其重新排隊(duì)。

　　5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　5.1 內(nèi)存資源占用量

　　運(yùn)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(jī)制糾錯(cuò)。數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的誤碼：檢驗(yàn)和機(jī)制與重傳機(jī)制;數(shù)據(jù)包的重復(fù)：在接收端會(huì)自動(dòng)舍棄已經(jīng)接收過(guò)的數(shù)據(jù)包，并且不發(fā)ACK，故不會(huì)發(fā)生一個(gè)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(huì)計(jì)算下一個(gè)預(yù)期數(shù)據(jù)的序號(hào)，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(cè)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(shí)現(xiàn)的利用TCP進(jìn)行文件傳輸功能，給出在不同情況下的最大傳輸速率。實(shí)驗(yàn)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(gè)背對(duì)背、滿長(zhǎng)度的TCP數(shù)據(jù)，接收方為其發(fā)出兩個(gè)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(shí)驗(yàn)測(cè)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(zhǎng)，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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