ZLIP使用簡介
李章林1
（ 1 南開大學(xué)電子應(yīng)用實驗室，http://www.wusss.cn，版本：2005-11-28）
1 目錄結(jié)構(gòu)
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：TCP/IP協(xié)議棧程序所在目錄。 ：Icmp協(xié)議。 ：IP層。 ：網(wǎng)絡(luò)接口層。 ：TCP協(xié)議層。 ：TCPIP內(nèi)存管理程序。 ：網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議所在目錄。 ：ARP協(xié)議。 ：以太網(wǎng)接口協(xié)議。 ：RTL8019AS以太網(wǎng)接口芯片驅(qū)動程序。 ：全局函數(shù)和宏定義所在目錄 ：應(yīng)用層協(xié)議所在目錄 ：主程序，這里包含一個如何使用的例子程序。 |
KeilC目錄下是KeilC51的工程文件所在目錄。用KeilC51打開Ex1.Uv2。
MCU目錄下是各種類型的51單片機的頭文件。
2 概述
單片機上網(wǎng)技術(shù)，是當(dāng)前的一個熱門技術(shù)。單片機上網(wǎng)技術(shù)中的一個重要部分是在單片上實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧�，F(xiàn)在可獲得的TCP/IP源代碼一般并不為51單片機設(shè)計，而51單片機和KeilC51編譯器有其自身的特點：存儲類型、函數(shù)指針、重入函數(shù)等，ZLIP就是針對這些特點設(shè)計的TCP/IP協(xié)議棧。
ZLIP設(shè)計的目標(biāo)是：
1) 精簡TCP/IP協(xié)議棧，以減小代碼量。ZLIP目前沒有支持UDP協(xié)議，ICMP協(xié)議也只支持其中的echo協(xié)議(響應(yīng)ping數(shù)據(jù)包)。lwIP是一個功能全面的TCP/IP協(xié)議棧，但是相對51來說代碼量較大。
2)
應(yīng)用層接口簡單，以兼容通用的socket接口。uIP有很小的代碼量和減小代碼量（選擇AVR為目標(biāo)器件時，代碼為5K左右）和RAM使用量（100字節(jié)左右）。uIP采用了不保存需要應(yīng)答的數(shù)據(jù)包的RAM使用方案，沒有和BSD的套接字接口兼容，應(yīng)用層接口較復(fù)雜。
3)
針對KeilC51編譯器設(shè)計。所有的外部變量都使用了xdata類型，全部指針都為明確存儲類型的指針，需要重入的函數(shù)已經(jīng)聲明為reentant，使用KeilC的小模式下編譯。
使用12M晶振、KeilC編譯器、89C55單片下測試的技術(shù)參數(shù)如下：
表1：技術(shù)參數(shù)
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代碼量（字節(jié)） |
外部RAM使用量（字節(jié)） |
發(fā)送速度（字節(jié)/秒） |
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14841 |
11068 |
5.892K |
ZLIP的特點如下：
1)有適中代碼量和RAM使用量。
2)使用類似MFC的CScoket的套接字接口，使用方便。
3)支持多TCP連接、多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。能方便地移植到多任務(wù)操作系統(tǒng)和其它CPU下。能方便地替換網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議和網(wǎng)卡驅(qū)動設(shè)備。
4)支持ping命令的響應(yīng)。
5)為單片機設(shè)計：所有的外部變量都使用了xdata類型，全部指針都為明確存儲類型的指針，需要重入的函數(shù)已經(jīng)聲明為reentant，使用KeilC的小模式編譯。
3電路圖
圖1：RTL8019AS電路左半部分
圖2：RTL8019AS電路右半部分
該程序不能在KeilC下軟件仿真，因為程序的運行需要外部電路配合。該51系統(tǒng)的外部電路主要有：以太網(wǎng)接口芯片RTL8019AS電路、外部RAM電路。
以太網(wǎng)接口芯片RTL8019AS電路圖，如圖1和圖2表示。A0～A4接地址線，D0～D7接數(shù)據(jù)線，CSRTL是片選線（低電平有效），RD-和WR-接讀寫信號線。
4 應(yīng)用層接口
zlIP接口函數(shù)基本和BSD的套接字接口相同。
4．1提供的用戶接口函數(shù)：
TCPSocket()。
函數(shù)原型：socket xdata * TCPSocket(IP_ADDR ScrIP)。
功能：申請一個套接字。ScrIP是這個套接字的本地IP地址。返回socket類型指針，如果申請失敗返回NULL。
TCPConnect()。
函數(shù)原型：BOOL TCPConnect(socket xdata * pTCB, IP_ADDR DestIP, WORD DestPort,void (code * recv)(void xdata * buf,WORD size),void (code * close)(socket xdata * pSocket))。
功能：向IP地址為DestIP的服務(wù)器的DestPort端口發(fā)起連接。參數(shù)recv和close用于設(shè)置當(dāng)接收到數(shù)據(jù)包和對方要求關(guān)閉TCP連接時應(yīng)該調(diào)用的回調(diào)函數(shù)指針。連接成功返回TRUE，否則返回FALSE。
TCPSend()。
函數(shù)原型：BOOL TCPSend(socket xdata * pTCB,void xdata *buf,WORD DataSize)。
功能：發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送數(shù)據(jù)的TCP連接是套接字指針pTCB對應(yīng)的連接，發(fā)送的數(shù)據(jù)的起始地址為buf，大小為DataSize。發(fā)送成功返回TRUE，否則返回FALSE。
TCPSendEx()
函數(shù)原型：BOOL TCPSendEx(socket xdata * pTCB,struct SMemHead xdata *MemHead) 。
功能：快速發(fā)送數(shù)據(jù)。在使用TCPSend函數(shù)時，你首先需要將數(shù)據(jù)放入buf指向的內(nèi)存中，然后調(diào)用TCPSend函數(shù)，接著該函數(shù)會將buf指向的內(nèi)存區(qū)數(shù)據(jù)拷貝到TCP緩沖區(qū)中。使用TCPSendEx 時你首先用TCPAllocate(DATA_SIZE)獲得一個TCP緩沖區(qū)，然后直接將數(shù)據(jù)放入TCP緩沖區(qū)中，從而比TCPSend函數(shù)少一次數(shù)據(jù)拷貝，提高發(fā)送速度。
參數(shù)：發(fā)送數(shù)據(jù)的TCP連接是套接字指針pTCB對應(yīng)的連接，發(fā)送的數(shù)據(jù)放在TCP緩存MemHead中。發(fā)送成功返回TRUE，否則返回FALSE。
TCPListen()。
函數(shù)原型：BOOL TCPListen(socket xdata *pTCB,WORD ScrPort,void (code * accept)(socket xdata *pNewTCB)) 。
功能：使用套接字pTCB在ScrPort端口監(jiān)聽。參數(shù)accept是當(dāng)有客戶端向這個監(jiān)聽端口連接成功時調(diào)用的回調(diào)函數(shù)指針。
TCPClose()。
函數(shù)原型：void TCPClose(socket xdata *pTCB)。
功能：我方主動關(guān)閉連接時調(diào)用TCPClose函數(shù)，它將要求關(guān)閉套接字pTCB對應(yīng)的連接。TCPClose返回以后這個TCP連接可能保持，因為另一方還沒有發(fā)起關(guān)閉請求。
TCPAbort()。
函數(shù)原型：void TCPAbort(socket xdata *pTCB)。
功能：當(dāng)使用完這個套接字以后，調(diào)用TCPAbort，將這個套接字釋放，還給系統(tǒng)。
4．2使用步驟
使用ZLIP時，在你的主程序中(請看示例程序的main.c文件)需要做的步驟如下：
1)首先設(shè)置一個25ms的定時中斷函數(shù)（示例程序為Timer函數(shù)）。請在中斷函數(shù)中調(diào)用NetIfTimer(); ARPTimer(); TCPTimer();三個函數(shù)。
2)寫OnReceive函數(shù)，它應(yīng)該有如下的參數(shù)和返回值，函數(shù)名可以任意：
void OnReceive1(void DT_XDATA * buf,WORD size) REENTRANT_MUL
在使用TCPConnect函數(shù)時，OnReceive1將作為TCPConnect函數(shù)的一個參數(shù)，也就是設(shè)置該socket的接收函數(shù)。當(dāng)TCP連接接收到對方數(shù)據(jù)時，將自動調(diào)用OnReceive1函數(shù)。buf指向接收的數(shù)據(jù)，size是接收的數(shù)據(jù)量的大小。你可以在OnReceive1中處理接收的數(shù)據(jù)。當(dāng)程序中有多個TCP連接同時存在時，你需要給每個連接準(zhǔn)備一個OnReceive函數(shù)。
3)寫OnClose函數(shù)，它應(yīng)該有如下的參數(shù)和返回值，函數(shù)名可以任意：
void OnClose1(socket DT_XDATA * pSocket) REENTRANT_MUL
類似于OnReceive函數(shù)，當(dāng)TCP連接的另一方首先向我方發(fā)起關(guān)閉連接的請求時，系統(tǒng)將自動調(diào)用OnClose函數(shù)。pSocket指向?qū)⒁P(guān)閉的socket。如果你想立即關(guān)閉這個連接則在OnClose函數(shù)中調(diào)用TCPClose函數(shù)。當(dāng)程序中有多個TCP連接同時存在時，你需要給每個連接準(zhǔn)備一個OnClose函數(shù)。
4)寫OnAccept函數(shù)。如果你的程序中用到TCPListen函數(shù)監(jiān)聽某端口，這時需要寫OnAccept函數(shù)。它應(yīng)該有如下的參數(shù)和返回值，函數(shù)名可以任意：
void OnAccept1(socket DT_XDATA *pNewSocket) REENTRANT_MUL
當(dāng)一個正在listen的socket接受了對方的連接以后將會自動調(diào)用該函數(shù)。pNewSocket是將要獲得這個連接的控制權(quán)的socket指針。一般在OnAccept函數(shù)中做以下處理：
ExAccept = pNewSocket; //保存pNewSocket，以后可以用ExAccept發(fā)送數(shù)據(jù)
pNewSocket->recv = OnAcceptRecv; //設(shè)置pNewSocket的OnReceive函數(shù)。
pNewSocket->close = OnClose; //設(shè)置pNewSocket的OnClose函數(shù)。
當(dāng)程序中有多個處于listen的socket時，你需要給每個socket準(zhǔn)備一個OnAccept函數(shù)
5)在主程序中做初始化工作：
/* init. the order is not important */
NetIfInit(); //初始化網(wǎng)絡(luò)接口
ARPInit(); //初始化ARP
TCPInit(); //初始化TCP
MemInit(); //初始化內(nèi)存模塊
RTLInit(EtherAddr); //初始化RTL8019AS，EtherAddr為以太網(wǎng)地址
/* init Devcie struct and init this device */
/* 初始化一個以太網(wǎng)接口設(shè)備，并設(shè)置這個設(shè)備的發(fā)送和接收驅(qū)動函數(shù)。如果你的系統(tǒng)中以太網(wǎng)接口芯片的驅(qū)動不一樣，只要替換這里的發(fā)送和接口驅(qū)動函數(shù)就可以了*/
EtherDevInit(&DevRTL,EtherAddr,RTLSendPacket,RTLReceivePacket);
/* add this device to NetIf */
/* 添加一個網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備。參數(shù)含義是：該設(shè)備的IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)、輸入函數(shù)指針、輸出函數(shù)指針、該設(shè)備的指針。如果你的系統(tǒng)中有多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，比如moden，可以編寫moden的輸入輸出函數(shù)，使用NetIfAdd函數(shù)添加這個設(shè)備。*/
NetIfAdd(IPAddr,NetMask,GateWay,EtherInput,EtherOutput,&DevRTL);
6)啟動25ms的定時中斷
7)使用類似
ExConn = TCPSocket(IPAddr);
語句分配一個socket，并且綁定這個socket的源IP地址。
8)
如果我方作為服務(wù)器方，監(jiān)聽某一端口則：
TCPListen(ExConn,Port1,OnAccept1);
當(dāng)另一方向我方Port1端口進(jìn)行連接時，系統(tǒng)自動調(diào)用OnAccpet1函數(shù)。
如果我方作為客戶端，向另一方的某個端口進(jìn)行連接則：
TCPConnect(ExConn,IPAddr2,Port2,OnReceive2,OnClose2);
即向IP地址為IPAddr2的服務(wù)器的Port2端口進(jìn)行連接。在連接成功以后，如果接收到另一方的數(shù)據(jù)則自動調(diào)用OnReceive1函數(shù)，如果接收到另一方的關(guān)閉請求則自動調(diào)用OnClose1函數(shù)。
9)當(dāng)某個socket處于連接狀態(tài)時，可以使用TCPSend或者TCPSendEx函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)。
10)需要關(guān)閉連接的時候，使用TCPClose關(guān)閉連接。
11)當(dāng)一個socket不再需要時，使用TCPAbort將這個socket還給系統(tǒng)。
5 移植相關(guān)修改
5.1 RTL8019AS的基地址
修改Netif\RTL8019.h中的
#define
RTL_BASE_ADDRESS 0xb000
默認(rèn)的基地址為0xb000。當(dāng)單片機訪問0xb000開始的地址的時候，CSRTL信號線應(yīng)給低電平，以選通RTL8019AS。
5.2 TCP緩沖區(qū)大小設(shè)置
修改TCIPIP\TCPIPmem.h中的
#define TCPIP_BUF_SIZE 0x2000
默認(rèn)為8K，建議大于4K。緩沖區(qū)過小，將會影響發(fā)送和接收速度。
5.3 多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備
如果你的系統(tǒng)中有多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。修改TCPIP\NetIf.h中的
#define NET_IF_MAX_NUM 1
默認(rèn)情況下為最多一個設(shè)備。
在主程序中使用NetIfAdd函數(shù)添加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
5.4 TCP連接數(shù)的設(shè)置
修改TCPIP\TCP.h中的
#define TCP_CONNECTION_MAX_NUM 10
默認(rèn)情況下最多支持10個socket同時工作。
5.5 網(wǎng)絡(luò)接口層協(xié)議的最大幀頭長度
只有當(dāng)你的程序使用以太網(wǎng)以外的網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議時，才需要修改。修改TCPIP\NetIf.h中的
#define NETIF_HEAD_MAX_LEN 14
默認(rèn)是以太網(wǎng)幀頭長度，即14個字節(jié)。
5.6 ARP表的大小設(shè)置
修改Netif\ARP.h中的
#define ARP_ENTRY_MAX_NUM 4
默認(rèn)情況下ARP表大小為4個記錄。當(dāng)ARP表已經(jīng)滿的時候，新的記錄將會覆蓋最老的那個記錄。
5.7響應(yīng)ping命令
如果不希望系統(tǒng)能夠響應(yīng)ping命令，則修改TCPIP\icmp.h中的
#define ICMP_EN 1
默認(rèn)情況下該開關(guān)是打開的。如果不需要此功能將其設(shè)置為0
5.8 到其它CPU的移植
zlIP雖然為51單片機設(shè)計，但是也可以被移植到其它的CPU上。系統(tǒng)中的GloblDef\GlobleDef.h記錄了CPU的信息，主要修改這個文件。
1) 設(shè)置BYTE,WORD,DWORD,BOOL等類型的定義
2) 注釋掉#define MCU_C51這一行。注釋掉這個選項開關(guān)以后將程序從C51變?yōu)?/span>ANSIC,程序中將沒有C51特有的關(guān)鍵字。
3) 字節(jié)順序設(shè)置。即設(shè)置多字節(jié)變量的高字節(jié)存在于低地址還是高地址。51單片機的字節(jié)順序和0x8086CPU不一樣。刪除# define HOST_ORDER_AS_NET，如果字節(jié)順序和網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序不一樣。
4) 是否移植到具有多線程的51單片機程序中。比如單片上運行了RTOS51、uc/OS-II、Tiny51等單片上的多線程操作系統(tǒng)，則需要打開# define MULTI_THREAD開關(guān)，此時程序中幾乎所有的函數(shù)都聲明為reentrant類型的。
5) 如果需要運行在調(diào)試狀態(tài)打開# define DEBUG開關(guān)。
6) 對于IO和RAM不是統(tǒng)一編址的系統(tǒng)需要修改RTL8019.c文件中的#define ReadReg(port) (*((BYTE DT_XDATA *)port))和#define WriteReg(port,value) (*((BYTE DT_XDATA *)port) = value)，使程序能夠訪問IO端口。
6 后記
公布此源代碼，旨在將我的心得和成果和大家共享，共同學(xué)習(xí)和進(jìn)步。由于本人水平有限，錯誤和疏漏之處難免，還請各位同行指正。
參考文獻(xiàn)
[1] 李章林，張立民. TCP/IP在51單片上的實現(xiàn)特點和方法. “2003年全國單片機和嵌入式系統(tǒng)年會”論文集.2003年
[2] (電子文獻(xiàn))Adam
Dunkels.uIP - A Free Small TCP/IP Stack[Z]. http://dunkels.com/adam/uip/index.html.
2002-1-15.1
[3] (電子文獻(xiàn))Adam Dunkels.lwIP - News
Archive[Z].http://www.sics.se/~adam/lwip/news.html.2001-1-9.
[4] 李章林，張立民. ANSIC程序到KeilC51的移植心得. “2003年全國單片機和嵌入式系統(tǒng)年會”論文集.2003年