基于OMAP平臺的TCP/IP開發及實現

處理TCP層函數，判斷接收包的類型，如果是TCP包，則調用TCP接收函數，TCP接收函數用指定條件進行過濾，找到該包所屬的連接或完成一個新連接的被動打開，根據TCP的狀態轉換則完成11種狀態的轉移，并且實現了多路數據同時、雙向的傳輸。

TCP的發送函數包括主動打開、主動關閉(由上層調用完成新連接的主動打開，或主動關閉一個已建立的連接)和發送控制包(用于TCP連接的建立與終止，會在TCP接收函數中調用，從而實現TCP的轉換)三個函數。

TCP層還實現了兩個定時器，TCP重傳定時器函數可提供服務可靠性的有效保障;TCP保活定時器能夠避免資源的浪費。

3.2 程序特點分析

(1)簡單性：4.4BSD-Lite版的完整TCP/IP內核實現大約有15 000行，而本程序源代碼約有1 400行，更適合嵌入式系統的應用。

(2)可重用性：本程序分層清晰。對于不同的嵌入式系統，可能使用的CPU和以太網卡不同，這就需要針對其特點的以太網層設計，而ARP、IP、UDP、TCP則不需要改動。

(3)可拓展性：TCP/IP協議是底層網絡協議，本程序留有很好的接口，可在其上構件更高層的網絡協議，包括H.323協議、ftp、telnet。

4 在OMAP平臺上的移植

4.1 單片以太網控制器LAN91C96

LAN91C96是SMSC公司生產的專門用于嵌入式產品的10Mbps以太網控制器，具有性能優良，功耗低及尺寸小的特點，如圖4所示。

6KB的RAM：用來存放數據包。

MMU：對RAM進行有效管理，為接收和發送包在RAM中分配存儲空間。

ARBITE：使MMU和RAM與CPU、CSMA很好地連接。

CSMA/CD模塊：集成了IEEE 802.3 MAC層協議，負責監聽網絡情況和地址過濾。若目的地址是LAN91C96的地址、廣播地址或多播地址，則接收此數據包，否則拋棄。

ENDEC：負責與10Mbps為以太網物理媒體的連接。

LAN91C96 采用地址映射方式，通過訪問Innovator為的指定地址對其存儲器訪問。LAN91C96的寄存器在Innovator內存中的地址分配為：0x08000300-0x0800030F。寄存器共有4組(BANK0-BANK3)，使用相同的地址，通過BANK_SELECT寄存器選擇。

4.2 移植過程

先實現該網卡芯片的驅動程序，再用它替換PC模擬器的以太網層，程序驅動主要包括以下三個部分：

(1)初始化：主要為Lan91C96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(載波偵聽模塊)接收到符合地址要求的后，MMU(存儲器管理單元)為其請求在RAM中分配存儲空間并分配一個編號，DMA 將其存入RAM。接著在接收數據的前面封裝STATUS的化COUNT字節信息，如果CRC檢測正確，則將其編號放入接收FIFO，如果接收FIFO不為空，則RCV_INT(接收中斷標識)被設置。檢查接收中斷寄存器狀態，如果就接收中斷，對應其編號，上層協議便可以取出數據了，取出后，將該數據編號從 FIFO中清除。

狀態字可以從RCR寄存器中讀取，它反應了接收過程出現的各種措施，如CRC錯誤、接收幀過長等，數據包的編號從FIFO_PORTS寄存器中獲得，而數據指針可從POINTER寄存器中獲得，數據信息從DATA寄存器中得到，根據這些信息將接收數據包復制到CPU內存，供上層使用，接收函數的主要流程如圖6。

(3)發送：圖7描述了發送數據包FIFO中的排隊過程，首先MMU在RAM中分配一定字節的存儲空間，然后，將分配結果寄存器中的編號放入PNR 寄存器，寫數據指針寄存器POINTER并將上層數據封裝后拷入DATA寄存器，根據其編號放入發送FIFO，排隊的包將自動發出，發出包的編號接著進入發送完成FIFO。如果發送成功，則存儲空間自動釋放;否則釋放存儲空間并將其重新排隊。

5 實驗結果

5.1 內存資源占用量

運行該TCP/IP協議棧需要3MB內存，而Innovator體32MB SDRAM 和32MB Flash，內存占用率為：3M/64M=4.7%，完全適用于嵌入式系統。

5.2 數據傳輸可靠性

TCP 利用以下機制糾錯。數據的傳輸過程中的誤碼：檢驗和機制與重傳機制，數據的重復，在接收端會自動舍棄已經接收過的數據包，并且不發ACK，故不會發生一個數據包接收多次的情況，數據包的丟失，接收端在接收完一段數據后，會計算下一個預期數據的序號，如果不符合就不發ACK，從而導致發端重發，避免了數據包的丟失，經測試，在未發生擁塞情況下，傳輸的誤碼率幾乎為0。

5.3文件最大平均傳輸速率

下面就本程序所實現的利用TCP進行文件傳輸功能，給出不同情況下的最大傳輸速率，實驗環境為10Mbps以太網。

理想狀態下的理論最大吞吐量：假定發送方傳輸兩個背對背、滿長度的TCP數據，接收方為其發出兩個ACK，每包中用戶數據量為1460位，總數據量為1538位，故最大的用戶數據吞吐量為：

本實驗測得文件的平均傳輸速率隨著TCP連接數的增多有如圖8所示的曲線變化，前半段隨著連接數的增加成線性增長，后半段由于出現了網絡擁塞，整體的平均速率反而有所下降。

實驗結果與理論最大吞吐量有所差距，原因在于：

(1)理論上只是一種理想的狀態，現實中難以達到。

(2)受CPU處理速度及文件傳輸過程的讀、寫文件操作的限制。

(3)本程序采用的數據傳輸機制是當收到上一個包的ACK之后再發送下一個數據包，這樣避免了對接收數據的排序，提高了可靠性，但數據的傳輸速度會受到制約。