LwIP協議在μC/OS操作系統中的實現

引言

當今的信息時代，是一個構筑在網絡基礎之上的時代，互聯網已經滲透到人們工作和生活的各個角落。隨著計算機的發展，嵌入式系統已成為計算機領域的一個重要組成部分。將嵌入式系統與Internet 結合起來，就可以在兩者之間實現方便、低廉的信息交流。

但是，目前大多數嵌入式系統的網絡功能還十分有限：以MCU為核心，與一些監測、伺服、指示設備配合實現一定的功能。在一些工業和汽車應用中，利用CAN、 RS-232、RS-485 等總線將MCU組網，實現多個MCU之間的信息交流，但這種網絡的有效半徑比較有限，有關的通信協議也比較少，并且一般是孤立于Internet以外的，所以局限性較大。把嵌入式系統連接到Internet上，已成為嵌入式系統今后發展的一個重要方向，而且也將成為今后嵌入式系統必須具備的功能之一。

嵌入式TCP/IP協議棧的實現方式

目前Internet上的通信實現方式大都是基于TCP/IP協議，嵌入式設備要與Internet網絡直接交換信息，就必須支持TCP/IP協議。嵌入式系統中TCP/IP協議棧的實現方式有硬件固化和軟件實現兩種。

硬件方式是指利用TCP/IP協議棧的硬件芯片，由它實現協議的轉化，從而實現相應的網絡功能。但這樣做的缺點是增加了硬件成本，對一些功能單一的嵌入式設備來說是很大的浪費，而且所增加的成本有時是難以接受的。

本文提出了一種軟件實現嵌入式系統網絡化的方法，通過簡化的TCP/IP協議LwIP實現嵌入式系統與網絡的互聯。單片機要在完成原來控制系統功能的前提下，同時實現網絡通信，既要發送又要接收，沒有RTOS操作系統支持簡直不可想象，所以將其移植到嵌入式實時操作系統μC/OS中，由操作系統對其進行任務的管理與調度。

LwIP 協議簡介

LwIP 是Light Weight (輕型)IP協議，有無操作系統的支持都可以運行。LwIP實現的重點是在保持TCP協議主要功能的基礎上減少對RAM 的占用，一般它只需要幾百字節的RAM和40K左右的ROM就可以運行，這使LwIP協議棧適合在低端的嵌入式系統中使用。

其主要特性如下：

①支持多網絡接口下的IP轉發；
②支持ICMP協議；
③包括實驗性擴展的UDP(用戶數據報協議)；
④包括阻塞控制、RTT 估算、快速恢復和快速轉發的TCP(傳輸控制協議)；
⑤提供專門的內部回調接口(Raw API)，用于提高應用程序性能；
⑥可選擇的Berkeley接口API (在多線程情況下使用) 。

μC/OS操作系統

μC/OS 是專門為單片機嵌入式應用設計的實時操作系統內核，被廣泛應用到各種嵌入式系統中。其特點可以概括為以下幾個方面：源代碼公開，代碼結構清晰、明了，注釋詳盡；可移植性好；可裁剪，可固化；最多可以管理60個任務，覆蓋定時器、信號量、事件標志、郵箱、隊列和內存管理，還支持互斥型信號量(Mutual Exclusion Semaphore)；μC/OS除對商業應用收取少量許可費用外，其它用途的應用都是免費的。但是缺少對外圍設備和接口的支持，沒有文件系統、網絡協議、圖形界面，這些需要用戶自己去實現。