基于SIP協議棧的嵌入式環境下的設計方法介紹

會話初始協議(SIP協議)是一種用于IP網絡多媒體通信的應用層控制協議，可建立、修改、和終止多媒體會話。SIP具有良好的互操作性和開放性，支持多種服務且具有多媒體協商能力，能夠在不同設備之間通過SIP服務器或其他網絡服務器進行交互。同時SIP易于擴展，支持用戶移動性，能夠充分滿足設備對移動性服務的需求，而且SIP簡單靈活，計算量小，尤其適合在嵌入式應用環境中應用。因此，將SIP引入到嵌入式應用中，憑借SIP自身的特性可有效提高嵌入式網絡設備的互操作性和接入網絡的便利性。但SIP協議本身只給出SIP消息的文法定義以及自然語言描述的消息處理，并未給出SIP協議棧的實現機制。這里討論在嵌入式終端設備上建立嵌入式Linux系統，并完成SIP的嵌入式，以及代碼的嵌入式移植和測試。

　　1 嵌入式LilIHX系統開發

　　1.1 建立交叉編譯環境

　　本文使用的是實驗室的ARMSYS2410-B開發板。準備好必要的軟件包后，建立交叉編譯環境實際上就是對cross2.95.3.tar.bz2的解壓過程。具體過程如下：

　　1)在編譯Linux之前，先安裝交叉編譯toolclhain，在/usr/local目錄下建立名為ann的目錄，進入該目錄，執行解包：

　　cd/usr/local/armtar xjvf/mnf/cdrom/linux/toolchain/cross-2.95.3.tar.bz2

　　2)編輯/etc/profile，找到pathmunge/usr/local/sbin，在其下面添加一行：

　　Pathmunge/usr/local/arm/2.95.3/bin這樣，內核或其他應用程序均可使用arm-linux-來指定使用該交叉編譯器。

　　1.2 Boot Loader移植

　　Boot Loader是在嵌入式Linux操作系統內核運行之前運行的一段小程序。通過這段程序可以將內核從Flash存儲器拷貝到RAM，并執行內核。還要完成初始化硬件設備，建立內存空間的映射圖，從而將系統的軟硬件環境帶到一個合適的狀態。用燒錄軟件jflash-s3c2410通過JTAG口向硬件板下載Boot Loader二進制文件，向硬件板Flash中下載引導程序，這樣Boot Loader就可以成功運行。

　　1.3 重新編譯內核

　　從官方網站上下載的內核不能直接在硬件平臺上運行，需要根據具體的硬件平臺重新裁剪、編譯內核，根據硬件平臺特性編寫相關代碼，將Linux移植到平臺上。以下是對內核代碼的修改：1)修改內核目錄樹根下的Makefile，指明交叉編譯器;2)配置Flash分區，修改arch-/arm/mach-s3c2410/devs.c，用以指明分區信息，該文件的內容建立Nand Flash分區表;修改arch/arm/machs3c2410/machsmdk241-0.c文件指定啟動時初始化，kernel啟動時依據對分區的設置進行初始配置：3)配置和編譯內核，在Linux源文件目錄下，執行make menuc-onfig命令，配置內核產生config文件。然后依次運行#make clean;#make dep;#make zImage，完成對內核的編譯。

　　2 嵌入式SIP協議棧的設計與實現

　　2.1 嵌入式下實現SIP協議棧

　　嵌入式環境下SIP協議的開發，主要需要考慮嵌入式系統資源有限的局限性，需根據系統應用的特點，在設計時充分考慮CPU、存儲空間等系統資源的利用。由于資源的限制，嵌入式系統一般作為用戶終端設備，故這里主要實現協議棧中用戶代理(UAC/UAS)的功能。

　　首先是協議棧的簡化。根據RFC3261中定義的SIP協議棧模型可知，SIP是一個分層體系結構的協議。該協議主要由4層組成，底層為語法編解碼層(SyntaxEncoding);第2層是傳輸層(TransportLayer)，該層定義網絡上的客戶機和服務器如何接收請求和發送響應;第3層為事務層(TransacTIon)，負責事務處理;最上面一層為事務用戶層(Transaction User)，每個SIP實體都是事務用戶，當一個事務用戶希望發送請求時，就創建一個客戶機事務實例以發送請求。

　　這種協議棧的設計實現方法應用到嵌入式環境中有以下不足：1)協議棧設計層次過多會增加系統堆棧的開銷。為了不過多占用堆棧，在系統資源分配時需分配較大的堆棧空間。而嵌入式環境下的空間資源是有限的，SIP模塊占用過多的堆棧空間，會造成其他任務空間分配受到限制。2)層次與層次之間的調用會增加系統的延時，降低系統的實效性。而作為用戶終端設備，快速響應是設計的重要準則。

　　2.2 SIP協議棧的總體結構

　　根據以上分析，在設計中需對SIP協議棧進行修改和裁剪，使其盡量少地占用資源并能最大限度地實現快速響應。本文設計的嵌入式SIP協議棧模型如圖1所示。

　　協議棧主要分成傳輸層和事務層。傳輸層主要負責收發消息，它管理套接字(socket)和網絡連接，使用TCP或UDP傳送數據。事務層則負責創建并管理事務對象。每個事務對象負責維持狀態，并發消息和使用傳輸層重傳消息。事務層也需要將從傳輸層傳來的消息映射到相應的事務。

　　SIP協議棧管理層負責系統配置、分配內管理資源、提供登錄協議棧和進行管理的命令以及所有其他層的初始化和關閉。應用程序使用該協議棧前，必須先調用該層的初始化接口以初始化要使用的層，在結束應用程序前，必須調用該層的關閉接口關閉相應的層。

　　SIP編碼解析是協議棧運行過程中比較耗費時間的一個模塊，為滿足嵌入式環境，該協議棧使用了一種“懶漢”解析策略，當從網絡上收到一個原始的SIP消息時，消息被解析成很多“關鍵字和關鍵字值對”，關鍵字是請求行或SIP頭域名，關鍵字值是沒有解析的請求行和頭域值。到事務層，在應用程序要訪問請求行或某個頭域時，才會對其完全解析，這種策略可有效提高SIP解碼的速度，極大提高那些需要處理繁重網絡流量的應用。

　　2.3 事務層和傳輸層的實現

　　圖2為事務層和傳輸層的軟件結構。這2層都使用SIP消息編碼解析層的功能處理SIP消息。其中傳輸層包含3個模塊：1)TcpConn模塊使用TCP實現收發消息功能;2)UdpConn模塊使用UDP現收發消息功能;3)SipMessageSendRcv模塊利用TcpConn和UdpConn向應用程序提供統一的消息收發接口。在TcpConn和UdpConn中，都會創建2個線程，分別負責接收和發送SIP消息。