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        ARM7單片機+RTL8019嵌入式TCP_IP協議棧使用分析

        作者:楊文斌   來源:本站原創   點擊數:  更新時間:2008年10月01日   【字體:

        楊文斌
        2008-9-1
        一、 總則
        本文件是嵌入式TCP/IP協議棧的說明文件,嵌入式TCP/IP應用開發人員可通過閱讀本文件,掌握在嵌入式TCP/IP協議棧的基礎上開發服務器和客戶端應用程序,如FTP服務器,WEB服務器,串口服務器等等。
        二、 參考文件
        1) TCP_IP詳解卷1,2,3
        2) RFC 959 (rfc959) - File Transfer Protocol.htm
        3) rfc1945- Hypertext Transfer Protocol -- HTTP/1.0
        三、 技術說明
        1) 用戶應用協議棧則需要編寫以太網的數據報收發驅動,就可以使用協議棧提供的標準SOCKET API,完成服務器和客戶端應用程序的開發。
        2) 協議棧運行于非操作系統的環境下,因此它的運行速度與一般采用多任務操作系統的TCP/IP協議,速度相對說來要快。
        3) 協議棧完成的功能包括ARP,IP,ICMP(ping),TCP,UDP,暫不支持IGMP,RARP。
        4) 協議棧采用C代碼編寫,可方便的移植于各種單片機平臺。
        5) 協議棧在ARM7+RTL8019硬件環境下測試,并建立了FTP服務器和WEB服務器,性能穩定。
        6) 協議棧建立的FTP服務器和WEB服務器與Internet Explorer瀏覽器和ftp.exe相互兼容。
        7) 協議棧每一個SOCKET上建了數據緩沖隊列(數據結構),用于接收SOCKET的并發數據,實現多SOCKET的并發數據報處理,可同時運行FTP服務器和WEB服務器。
        8) 協議棧實現了ACK的延時答應(200ms),支持TCP多包發送和接收,但未支持TCP數據報的失序處理,因此適合局域網內使用。

        四、 SOCKET API函數
        1) 函數SOCKET * socket(u16 af,u16 type,u16 protocol)
        本函數功能是從SOCKET pool中分配一個SOCKET插口,供應用程序使用,其參數說明如下:
        1. 參數af,type—無意義,保留為擴充功能使用。
        2. 參數protocol—為分配SOCKET的類型,包括TCP_PROTOCOL和UDP_PROTOCOL兩個類型。
        3. 返回值:函數執行成功,返回SOCKET*指針指向一個SOCKET,失敗返回NULL
        2) 函數u16 bind(SOCKET * sock,struct sockaddr * address,u8 len)
        本函數功能是將IP地址和端口綁定到一個SOCKET 指針* sock指向的SOCKET。
        1. SOCKET * sock—指向被綁定的SOCKET。
        2. struct sockaddr * address—指向IP地址和端口。
        3. len—無意義,保留為擴充功能使用。
        4. 返回值:SUCC。
        3) 函數u16 listen(SOCKET * sock, u16 QTY)
        本函數功能是啟動被綁定了地址和端口的 SOCKET * sock,觸發其為監聽狀態。本函數由服務器端應用程序使用。
        1. SOCKET * sock—指向被bind的SOCKET。
        2. 返回值:SUCC。
        4) 函數u16 connect(SOCKET * sock, struct sockaddr * sevaddr,u8 len)
        本函數功能是用于建立一個連接,到服務器,服務器的地址和端口由參數sevaddr指定。該函數由客戶端使用。
        1. SOCKET * sock—指向被連接的本地SOCKET。
        2. struct sockaddr * sevaddr,-- 服務器的地址和端口.
        3. u8 len—無意義,保留為擴充功能使用。
        4. 返回值:是SOCKET句柄。
        5) 函數u16 accept(SOCKET * sock,struct sockaddr * address,u16 *iii)
        本函數返回一個已連接的SOCKET句柄,供函數recv(),send()收發數據使用。
        1. SOCKET * sock—指向一個被綁定地址和端口的SOCKET
        2. struct sockaddr * address,u16 *iii--無意義,保留為擴充功能使用。
        3. 返回值:是SOCKET句柄。
        6) 函數u16 recv(u16 handle,u8 * rec_buff,u16 len,u16 i)
        指定句柄讀取數據,由TCP使用
        1. u16 handle--指定句柄
        2. u8 * rec_buff—緩沖區首地址
        3. u16 len—讀取數據的長度
        4. u16 i--無意義,保留為擴充功能使用。
        5. 返回值:為已讀取的字節數
        7) 函數u8 send(u16 handle,u8 *rec_buff,u16 len,u16 i)
        向指定句柄發送數據,由TCP使用
        1. u16 handle--指定句柄
        2. u8 * rec_buff—緩沖區首地址
        3. u16 len—發送數據的長度 
        4. u16 i--無意義,保留為擴充功能使用。
        5. 返回值:是SUCC
        8) void close(u16 handle)
        發送FIN主動關閉一個SOCKET連接,handle為被關閉連接的句柄。

        9) 函數u16 recvfrom(SOCKET *sock,u8 *rec_buff,u16 len,u8 i,struct sockaddr * address,u16 *addr_len)
        從指定SOCKET *sock插口讀取數據,由UDP使用,函數的參數具體情況如下:
        1. SOCKET *sock --指向插口的指針
        2. u8 * rec_buff—緩沖區首地址
        3. u16 len—讀取數據的長度
        4. u16 i--無意義,保留為擴充功能使用。
        5. 返回值:為已讀取的字節數

        10) 函數u16 sendto(SOCKET *sock,u8 *rec_buff,u16 len,u8 i,struct sockaddr  * address,u16 *addr_len)
        向從指定SOCKET *sock插口發送數據,由UDP使用,函數的參數具體情況如下:
        1. SOCKET *sock,--指向插口的指針
        2. u8 * rec_buff—緩沖區首地址
        3. u16 len—發送數據的長度
        4. u16 i--無意義,保留為擴充功能使用
        5. 返回值:為SUCC

        五、 SOCKET API應用舉例
        1) 簡單WEB服務器--通過函數TCP_TEST()完成設置本地TCP服備器的IP地址,其過程如下:
        1. 調用SOCKET API函數socket(0,0,TCP_PROTOCOL)分配一個SOCKET,
        2. 調用SOCKET API函數將TCP server的IP地址與SOCKET綁定,調用函數bind()起動監聽。
        3. 函數TCP_TEST()通過函數accept()接收網頁獲取請求,調用函數recv()接收HTTP命令,根據命令調用函數send()發送http網頁。
        WEB服務器程序清單
        /*****************************************************
        * 名稱:TCP_TEST()
        * 功能:設置TCP模塊
        * 入口:無
        * 出口: 無
        ****************************************************************************/ 
         
        void TCP_SETUP(void)
        {
          /*設置本地TCP服備器的IP地址*/
          TCP_serveraddr.sin_family = 0;
          TCP_serveraddr.sin_addr[0] = MY_IP_ADD[0];
          TCP_serveraddr.sin_addr[1] = MY_IP_ADD[1];
          TCP_serveraddr.sin_addr[2] = MY_IP_ADD[2];
          TCP_serveraddr.sin_addr[3] = MY_IP_ADD[3];
          TCP_serveraddr.sin_port = 80;
          /*將TCP server的IP地址與SOCKET綁定*/
          t = socket(0,0,TCP_PROTOCOL);
          iii=bind(t,&TCP_serveraddr,sizeof(TCP_serveraddr));
          iii=listen(t,4);
         
        }
        /****************************************************************************
        * 名稱:TCP_TEST()
        * 功能:TCP打開網頁測試
        * 入口:無
        * 出口: 無
        ****************************************************************************/
        void TCP_TEST(void)
        {
          temp = accept(t,&TCP_clientaddr,&iii);/*accept網頁獲取請求*/
         
          if(temp != 0xffff)
          {  templen = recv(temp,TCP_rec_buff,1024,0);
             if(TCP_rec_buff[5] == ' ')
             {       send(temp,httpweb,169,0);  /*發送http網頁*/
               send(temp,web,395,0);
              
             }
             else if(TCP_rec_buff[5] == '1')
             {
               send(temp,httpgif,169,0);  /*發送GIF,BMP圖片背景*/
               send(temp,bmp,442,0);    
             }
             close(temp);    
          }
        }

        2) 簡單UDP服務器—通過函數UDP_TEST()完成設置本地UDP服備器的IP地址和遠端口服務器的IP地址, 其過程如下:
        1. 調用SOCKET API函數socket(0,0,TCP_PROTOCOL)分配一個SOCKET
        2. 調用SOCKET API函數bind()將UDP server的IP地址與SOCKET綁定,將調用SOCKET API函數enable_a_port_listen(1025)起動監聽。
        3. 函數UDP_TEST()通過函數recfrom()接收UDP數據報,接收到的UDP數據報調用SOCKET API函數sendto()回傳遠程服務器。
        UDP服務器程序清單
        /****************************************************************************
        * 名稱:UDP_SETUP()
        * 功能:設置UDP模塊
        * 入口:無
        * 出口: 無
        ****************************************************************************/
        void UDP_SETUP(void)
        {
          serveraddr.sin_family = 0;   /*設置遠端服務器的IP地址*/
          serveraddr.sin_addr[0] = 192;
          serveraddr.sin_addr[1] = 168;
          serveraddr.sin_addr[2] = 0;
          serveraddr.sin_addr[3] = 1;
          serveraddr.sin_port = 1026;
          s = socket(0,0,UDP_PROTOCOL);
          clientaddr.sin_family = 0;  /*設置本地UDP客戶端的IP地址*/
          clientaddr.sin_addr[0] = MY_IP_ADD[0];
          clientaddr.sin_addr[1] = MY_IP_ADD[1];
          clientaddr.sin_addr[2] = MY_IP_ADD[2];
          clientaddr.sin_addr[3] = MY_IP_ADD[3];
          clientaddr.sin_port = 1025;
          /*將本地IP地址與SOCKET綁定*/
          iii=bind(s,&clientaddr,sizeof(clientaddr));
          enable_a_port_listen(1025);
        }  

         /****************************************************************************
        * 名稱:UDP_TEST()
        * 功能:UCP數據報收發測試
        * 入口:無
        * 出口: 無
        ****************************************************************************/ 
        void UDP_TEST(void)

          /*接收UDP數據報*/
          len = recvfrom(s,rec_buff,400,0,&serveraddr,&iii);
          if(len > 0) 
            { /*將接收到的UDP數據報發送回服務器端*/
              sendto(s,rec_buff,len,0,&serveraddr,&iii);
            }
        }
         

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