lwip Light Weight (轻型)IP协议

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lwip Light Weight (轻型)IP协议

毛毛虫的爹 2015-08-14 11:13:00 浏览1756
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wip是瑞典计算机科学院(SICS)的Adam Dunkels 开发的一个小型开源的TCP/IP协议栈。
外文名
lwip
开发者
瑞典计算机科学院
说    明
Light Weight (轻型)IP协议
模    式
1)RAW API 2)lwip API 3)BSD API

目录编辑

LwIP是Light Weight (轻型)IP协议,有无操作系统的支持都可以运行。LwIP实现的重点是在保持TCP协议主要功能的基础上减少对RAM 的占用,它只需十几KB的RAM和40K左右的ROM就可以运行,这使LwIP协议栈适合在低端的嵌入式系统中使用。[1] 
lwIP协议栈主要关注的是怎么样减少内存的使用和代码的大小,这样就可以让lwIP适用于资源有限的小型平台例如嵌入式系统。为了简化处理过程和内存要求,lwIP对API进行了裁减,可以不需要复制一些数据。

2模式编辑

lwip提供三种API:1)RAW API 2)lwip API 3)BSD API。
RAW API把协议栈和应用程序放到一个进程里边,该接口基于函数回调技术,使用该接口的应用程序可以不用进行连续操作。不过,这会使应用程序编写难度加大且代 码不易被理解。为了接收数据,应用程序会向协议栈注册一个回调函数。该回调函数与特定的连接相关联,当该关联的连接到达一个信息包,该回调函数就会被协议 栈调用。这既有优点也有缺点。优点是既然应用程序和TCP/IP协议栈驻留在同一个进程中,那么发送和接收数据就不再产生进程切换。主要缺点是应用程序不 能使自己陷入长期的连续运算中,这样会导致通讯性能下降,原因是TCP/IP处理与连续运算是不能并行发生的。这个缺点可以通过把应用程序分为两部分来克 服,一部分处理通讯,一部分处理运算。
lwip API把接收与处理放在一个线程里面。这样只要处理流程稍微被延迟,接收就会被阻塞,直接造成频繁丢包、响应不及时等严重问题。因此,接收与协议处理必须 分开。LwIP的作者显然已经考虑到了这一点,他为我们提供了 tcpip_input() 函数来处理这个问题, 虽然他并没有在 rawapi 一文中说明。 讲到这里,读者应该知道tcpip_input()函数投递的消息从哪里来的答案了吧,没错,它们来自于由底层网络驱动组成的接收线程。我们在编写网络驱动时, 其接收部分以任务的形式创建。 数据包到达后, 去掉以太网包头得到IP包, 然后直接调用tcpip_input()函数将其 投递到mbox邮箱。投递结束,接收任务继续下一个数据包的接收,而被投递得IP包将由TCPIP线程继续处理。这样,即使某个IP包的处理时间过长也不 会造成频繁丢包现象的发生。这就是lwip API。
BSD API提供了基于open-read-write-close模型的UNIX标准API,它的最大特点是使应用程序移植到其它系统时比较容易,但用在嵌入式系统中效率比较低,占用资源多。这对于我们的嵌入式应用有时是不能容忍的。 [2] 

3特性编辑

其主要特性如下: [1] 
(1)支持多网络接口下的IP转发;
(2)支持ICMP协议
(3)包括实验性扩展的UDP(用户数据报协议);
(4)包括阻塞控制、RTT 估算、快速恢复和快速转发的TCP(传输控制协议);
(5)提供专门的内部回调接口(Raw API),用于提高应用程序性能;
(6)可选择的Berkeley接口API (在多线程情况下使用) 。
(7)在最新的版本中支持ppp
(8) 新版本中增加了的IP fragment的支持.
(9) 支持DHCP协议,动态分配ip地址.

4移植编辑

为了移植到μC/OS系统中,需要进行以下调整。
(1) 信号量
LwIP中需要使用信号量进行通信,所以在sys_arch中应实现相应的信号量结构体struct sys_semt和处理函数sys_sem_new() 、sys_sem_free() 、sys_sem_signal ( ) 和sys_arch_sem_wait ( ) 。由于μC/OS已经实现了信号量OSEVENT的各种操作,并且功能和LwIP上面几个函数的目的功能是完全一样的,所以只要把μC/OS的函数重新包装成上面的函数,就可直接使用。
LwIP 使用消息队列来缓冲、传递数据报文,因此要实现消息队列结构sys_mbox_t ,以及相应的操作函数:sys_mbox_new() 、sys_mbox_free () 、sys_mbox _post () 和sys_arch_mbox_fetch() 。μC/OS实现了消息队列结构及其操作,但是μC/OS没有对消息队列中的消息进行管理,因此不能直接使用,必须在μC/OS的基础上重新实现。具体实现时,对队列本身的管理利用μC/OS自己的OSQ操作完成,然后使用μC/OS中的内存管理模块实现对消息的创建、使用、删除和回收,两部分综合起来形成了LwIP的消息队列功能。
(3) 定时器函数
LwIP中每个和TCP/IP相关的任务的一系列定时事件组成一个单向链表,每个链表的起始指针存在lwip_timeouts 的对应表项中,如图2所示。移植时需要实现struct sys_timeouts * sys_arch_timeouts (void) 函数,该函数返回正处于运行态的线程所对应的timeout 队列指针。
(4) 创建新线程函数
在μC/OS 中,没有线程(thread) 的概念,只有任务(Task) 。它提供了创建新任务的系统API调用OSTaskCreate,因此只要把OSTaskCreate封装一下,就可以实现sys_thread_new。需要注意的是LwIP中的thread并没有μC/OS 中优先级的概念,实现时要由用户事先为LwIP中创建的线程分配好优先级。

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