uip协议栈分析

### uIP协议栈分析 #### 一、uIP特性及优势 uIP协议栈是由瑞典计算机科学研究院网络嵌入式系统小组的Adam Dunkels开发的一种轻量级的TCP/IP协议栈。该协议栈的设计目标是为资源受限的嵌入式设备提供一种高效、简洁的网络通信解决方案。uIP协议栈的源代码采用C语言编写，并且完全开放，可以从官方网站（http://dunkels.com/adam/uip/）免费下载。最新版本为uIP 1.0，这一版本也是目前最广泛使用的版本。 **uIP的关键特性包括：** 1. **代码精简**：uIP协议栈的源代码非常紧凑，整个协议栈的代码量不到6KB，这使得阅读和移植都非常方便。 2. **内存占用低**：uIP协议栈在运行时对RAM的占用也非常小，通常只需要几百字节的空间。 3. **单缓冲机制**：uIP协议栈采用了单缓冲区机制，硬件处理层、协议栈层以及应用层共享同一块缓冲区，避免了数据复制带来的开销，极大地提高了性能。 4. **多连接支持**：uIP协议栈能够支持多个主动连接和被动连接同时进行，这为多任务环境下的应用提供了便利。 5. **示例程序丰富**：uIP协议栈附带了一系列示例程序，如Web服务器、Web客户端、电子邮件发送程序(SMTP客户端)、Telnet服务器和DNS主机名解析程序等，这些示例程序的通用性强，易于移植和使用。 6. **无需操作系统支持**：uIP协议栈对数据的处理采用轮询机制，不需要依赖操作系统即可运行。 由于其对资源需求极低且易于移植的特点，uIP协议栈被广泛应用在各种8位微控制器上，并且在许多著名的产品和项目中都有所应用，例如卫星通信、Cisco路由器以及无线传感器网络等。 #### 二、uIP架构 uIP协议栈本质上是一个包含了一系列通信函数的代码库，它与系统底层硬件和高层应用程序之间建立了有效的桥梁。在uIP协议栈的设计中，其内部的协议组对于外部来说是透明的，这种设计方式增强了协议栈的通用性和灵活性。 **uIP协议栈与系统底层和高层应用之间的交互主要通过以下函数实现：** - **uip_init()**：该函数在系统初始化阶段被调用，主要用于设置监听端口并初始化所有连接为关闭状态。 - **uip_input()**：当网卡驱动接收到数据包后，会将数据包存入全局缓冲区`uip_buf`，并通过调用该函数来处理接收到的数据包。如果需要，还会调用上层应用程序。 - **uip_periodic()**：该函数是周期性的计时函数，用于触发所有的uIP内部时钟事件，例如TCP和ARP的定时器。 - **UIP_APPCALL()**：这是一个宏，用于定义应用程序的回调函数。当uIP协议栈接收到数据包后，会调用该宏来传递数据给上层应用程序。 #### 三、uIP在MCS-51单片机上的移植 将uIP协议栈移植到MCS-51单片机的过程主要包括以下几个步骤： 1. **创建Keil C工程项目**：首先需要为该项目创建一个新的Keil C工程，并在工程中建立一个名为`src`的目录来存放源代码文件。 2. **理解uIP的主循环代码架构**：通过阅读`uip-1.0/unix/main.c`文件，理解uIP协议栈的主循环是如何工作的，并将此文件复制到`src`目录下。 3. **编写网卡驱动程序**：根据具体的硬件需求，仿照`uip-1.0/unix/tapdev.c`文件编写相应的网卡驱动程序。对于MCS-51单片机而言，网卡驱动程序通常需要提供以下三个关键函数： - `etherdev_init()`：用于初始化网卡。 - `u16_t etherdev_read(void)`：读取网卡接收到的数据包，并将其存入全局缓冲区`uip_buf`中。 - `void etherdev_send(void)`：负责将全局缓冲区`uip_buf`中的数据发送出去。 通过以上步骤，可以有效地将uIP协议栈移植到MCS-51单片机上，从而为单片机提供网络通信能力。需要注意的是，针对不同类型的网络芯片，可能还需要对驱动程序进行适当的调整和优化。