TFTP協議在嵌入式系統中的實現

3．硬件實現
　　

系統使用了RTL8019AS 10M ISA網卡芯片接入以太網。RTL8019AS是一款性價比很高的網卡芯片：NE2000兼容，軟件移植性好；接口簡單不用轉換芯片如PCI-ISA橋；價格便宜、帶寬充裕、較長一段時間內不會停產。8019有3種配置模式：跳線方式、即插即用PP方式、串行Flash配置方式。串行模式不與NE2000兼容，PP模式用在PC機中，這里用不上。只剩下跳線配置模式可用。系統的MCU選擇的三星公司的S3C44B0X芯片，S3C44B0x是基于ARM7TDMI核的處理器，沒有MMU，可以源代碼級跟蹤調試。44B0與RTL8019的電路設計相對來說比較簡單,只需要連接數據線、地址選通、中斷等信號線。簡略電路圖如圖（3）: 　　　　　　　　　　　

圖3 RTL8019與S3C440X的接口電路

4．軟件設計

a.RTL8019驅動程序
　　RTL8019驅動程序主要包括3個函數 ：
　　i..RTL8019 初始化函數。要對網卡的工作參數進行設置.以使網卡開始工作。
　　其主要工作包括：復位網絡芯片，設置MAC地址，設置組播地址，設置DMA傳輸參數等等。
　　ii.收包函數：從網絡中接收數據到緩沖區。
　　iii.發包函數：從緩沖區向網絡中發送數據。
b.協議棧的實現
　　TFTP的實現其實就是根據各種協議，對數據打包（當發送數據時）和解包（當接收數據時）。主函數主要部分如下
…
eth_init（）;//其主要是清空ARP緩沖區.其中調用了一個功能函數[2]
arp_init（）;//清零
Mac_init（）;//設置MAC地址
ip_init（ip）; //主要功能：設置ip地址
udp_init（）; //初始化UDP協議
while （1） net_handle（）;//處理函數
　　

前5個函數主要是初始化工作接下來的int net_handle（void）就要開始進入網絡傳輸了,這里就是協議棧的核心了:
…
skb = alloc_skb（ETH_FRAME_LEN）;//選擇一個 SKB
if （eth_rcv（skb） != -1） ｛
eth_hdr = （struct ethhdr ＊）（skb->data）;
skb_pull（skb, ETH_HLEN）;
if （ntohs（eth_hdr->h_proto） == ETH_P_ARP）//是否為ARP包
arp_rcv_packet（skb）; //是則進行ARP包應答
else if（ntohs（eth_hdr->h_proto） == ETH_P_IP） //是否為IP包
ip_rcv_packet（skb）;//是則進行IP包處理
　　

如果從MAC層收到一個以太網幀,先把收到的以太網幀轉變為相應的幀結構再去掉其以太網偵頭部, 其中skb_pop（skb, ETH_HLEN）把數據指針往后移動ETH_HLEN個字節,而且真正的數據長度也做相應的變化..然后根據幀中的協議字段判斷其上層為什么協議.這里幀格式采用的是RFC894,如果其上層為arp協議,將去掉以太網頭部的數據交由ARP處理,同樣如果其上層協議為IP,也做類似的處理. arp_rcv_packet（skb）只處理的ARP請求消息,如果發現其為ARP請求,則發送ARP應答. 接下來就是把這個ARP應答包發出去,發送了ARP應答后把剛才請求的者的MAC地址和其IP保存在本機中，其實現采用了簡單循環區,利用數組.首先檢查緩沖區中有無此項,如果有則直接用該項的索引,如果沒有則重新分配索引, 把傳進來的MAC 和IP 賦給新分配的索引 i,。
　　

如果MAC層發現收到的包上層協議為IP,則執行[1]:
if（ntohs（eth_hdr->h_proto） == ETH_P_IP）
ip_rcv_packet（skb）;
　　

首先檢查接受者是不是本機IP,通過檢查后,去掉IP頭部,再檢查其上層協議類型,如果為UDP,則將包轉交給上層的UDP協議處理其中udp_rcv_packet（skb）先去掉UDP頭部,再檢查其對應的上層協議,這里只實現了TFTP協議,對應語句為skb_pop（skb, sizeof（struct udphdr））;
if （ntohs（udp_hdr->dest） == TFTP）
tftp_rcv_packet（skb）;

其中tftp_rcv_packet（skb）根據TFTP頭部中操作類型而采取不同的動作.對應代碼為:
switch （ntohs（tftp_hdr->th_opcode）） ｛
/＊ 只處理寫請求和DATA ＊/
case WRQ:
tftp_rcv_wrq（skb）; break;
case DATA:
tftp_rcv_data（skb）; break;
…｝
　　

其中tftp_rcv_wrq（skb）先得到請求者的IP和PORT,再發送塊編號為0的ACK包.然后為數據傳輸做些初始化工作,具體為設置接受緩沖區和接受數據長度。:因為TFTP是包裝在UDP里面的,所以首先欲留出UDP頭部的空間，這里要注意的是在UDP層除了為自己留空間外其又會欲留出IP頭的空間,而在IP層除了為自己留空間外其又會欲留出MAC頭的空間.如此便留出了整個協議棧所要求的頭部空間.調用關系為
　　udp_skb_reserve（skb）—ip_skb_reserve（skb）—eth_skb_reserve（skb）;
　　

然后該函數按照ACK包的格式（在TCP/IP祥解 I 協議>160）賦相應的值.最后將此包交由下層的UDP協議處理.那么此時UDP層是怎么處理的呢?udp_send（skb, client_ip, TFTP, client_port）;和TFTP層處理有些類似,先加入自己的頭部信息并賦相應的值.然后再交由下層處理, 在IP層其處理的思路也大致差不多,其中ip_send（skb, ip, UDP）定義在ip/_ip.c.其先查看ARP緩沖區中有無此項,如無則返回錯誤.對應代碼為，然后先加入自己的頭部信息并賦相應的值.然后再交由下層處理。
　　

tftp_rcv_data（skb）首先判斷接受到的包的目的IP和PORT是不是本機的TFTP協議,通過判斷后,再看接受到的包的確認序列號是不是和本機TFTP要求的一致,即看是不是發生了丟包.如果沒有則當前接受到的包有效,存入緩沖區,并發送確認序號對應代碼為:
if （client_block == ntohs（tftp_hdr->th_block）） ｛
/＊ 接受一個數據分組 ＊/
len = skb->len - sizeof（struct tftphdr）;
memcpy（buf + data_len, tftp_hdr->th_data, len）;
data_len += len;
tftp_send_ack（tftp_hdr, client_block）;
client_block++;
…
如果當前接受到的數據小于512字節,則說明傳送完畢,但是當發生丟包時,就要求對方重傳.采用的機制很簡單,就是要求重傳確認序號小的分組。

5.結束語
　　

本文對S3C44B0X+RTL8019開發，實現了系統通過網絡與PC機通信，充分滿足嵌入式小系統網絡通信需要，改善了了一般嵌入式系統通過串口通信速度慢、可靠性低的弊端。并且適當調整程序，可實現基于UDP的其它上層協議。