ZLG/IP 嵌入式TCP/IP 协议栈简要说明 - Read

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ZLG/IP 嵌入式 TCP/IP 协议栈简要说明
TCP/IP 协议和以太网协议是使用最广泛的通讯协议,而基于底层的以太网协议的实现就
由以太网控制器来负责了,目前比较常用的嵌入式以太网控制芯片有 RTL8019AS、CS8900
等,我们先以 RTL8019AS 为例子介绍以太网的控制芯片。
1 RTL8019AS 简介
RTL8019AS 是一种高度集成的以太网控制芯片,能简单的实现 Plug and Play 并兼容
NE2000、掉电等特性。在全双工模式下,如果是连接到一个同样是全双工的交换机或集线
器,就可实现同时接收和发送。这个特性虽然不能把传输速率从 10Mbps 提高到 20Mbps,
但是在执行以太网 CSMA/CD 协议时,可以避免更多的冲突的发生。而 Microsoft's Plug and
Play 功能就可以为用户减轻对资源配置的烦恼(如 IRQ 、I/O address 等)。又或者是在一些
特殊的场合,为了对一些不支持 Microsoft's Plug and Play 的器件的兼容,RTL8091AS 还可
以选择跳线模式或非跳线模式。
� 支持 PnP 自动检测模式;
� 支持 Ethernet II 和 IEEE802.3 10Base5, 10Base2, 10BaseT;
� 软件兼容 8 位或 16 位的 NE2000 模式;
� 支持跳线和非跳线模式;
� 支持在非跳线模式下的 Microsoft‘s Plug and Play 配置;
� 支持在全双工模式下的双倍信道带宽;
� 支持 UTP、AUI 、BNC 的自动检测
� 在 10BaseT 下支持自动极性修正
� 支持 8 路中断请求(IRQ)
� 支持 16 位 I/O 地址
� 内建 16K SRAM
� 支持四盏可编程诊断 LED
RTL8019AS 管脚排列及内部功能框图如图 1 所示。
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网络数据
远程地址
本地地址
FIFO ISA总线接口
本地DMA
远程DMA
16K SRAM
本地总线
数据发送
图 1 RTL8019AS 管脚排列及内部功能框图
系统I/O端口
16位
16位/8位
如图 1 所示,RTL8019AS 芯片内部集成了 DMA 控制器、ISA 总线控制器和集成 16K
SRAM、网络 PHY 收发器。用户可以通过 DMA 方式把需要发送的数据写入片内 SRAM 中,让
芯片自动将数据发送出去;而芯片在接收到数据后,用户也可以通过 DMA 方式将其读出。
RTL8019AS 的详细介绍请见 RTL8019AS 数据手册。
明白了 RTL8019AS 所提供的资源与硬件接口,便可以设计 RTL8019AS 与 LPC2200 的
硬件电路了。
2 RTL8019AS 与 LPC2200 的硬件电路设计
RTL8019AS 与 LPC2200 一般通过外部总线进行连接。我们假设 RTL8019AS 与 LPC2200
的连接关系如表 1 所示。
表 1 RTL8019AS 与 LPC2200 连接关系
RTL8019AS 功 能 LPC2200
SD0 ~ SD15 RTL8019AS 数据总线 D0 ~ D15
SA0~SA4 RTL8019AS 地址总线 A1~A5
SA8 RTL8019AS 地址总线 A22
SA5 RTL8019AS 地址总线 nCS2
IORB RTL8019AS 读使能(低电平有效) nOE
IOWB RTL8019AS 写使能(低电平有效) nEW
INT0 RTL8019AS 中断输出信号 INT_N(P0.7)
RSTDRV RTL8019AS 复位输入信号 NET_RST(P0.6)
由以上关系,可知 RTL8019AS使用 LPC2200 外部存储控制的 Bank2 部分,而 RTL8019AS
的 IO 地址为 0X00300~0X0031F,所以 RTL8019AS 在 SA8=1;SA5=0 的时候选通,其地址如
下:
数据地址 0x83400000~0x83400001F
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断。
NET_RST 为 LPC2200 输出引脚,RTL8019AS 中断信号为中断输入信号,且为外部中
RTL8019AS 的 SD0~SD15 串了一个 470 欧姆电阻连接到 LPC2200 的 D0~D15。
3 ZLG/IP 概述
3.1 ZLG/IP 简介
ZLG/IP 是广州周立功单片机发展有限公司开发的面向嵌入式系统开发的 TCP/IP 协议
栈,是 ZLG 系列中间件的重要成员之一。ZLG/IP 提供实现 Internet 网络上 IP 接点的功能,
是个高性能的嵌入式 TCP/IP 协议栈软件。它使用µC/OS-II 实时操作系统的信号机制来实现
一个多任务并行并可重入的协议栈,完全使用 ANSI C 进行编写,可以象µC/OS-II 那样支持
多种 CPU。ZLG/IP 还具有层次清晰,易于升级和修改等特点。目前,ZLG/IP 的最新版本为
1.0。
3.2 ZLG/IP 的特点
� Socket 库兼容 BSD 标准
ZLG/IP 带有 Socket API 接口函数,方便用户进行应用层协议的开发。
� 可移植
全部代码由 ANSI C 编写,并且与目标处理器的存储器结构无关(即与无论存储器
是大端结构还是小端结构均不影响程序的执行),方便用户移植到自己的目标系统
中。
� 可固化
ZLG/IP 为嵌入系统设计,如果您有固化手段,它可以嵌入到您的产品中成为产品的
一部分。
� 支持多任务操作系统
基于µC/OS-II 实时多任务操作系统,具有良好的实时性能,所有 Socket API 接口函
数库都可以工作在非阻塞方式。
� 为嵌入系统做过优化
代码可重入, 简易的路由协议处理,可以跨越网关收发数据, 支持 RFC 标准 TCP,
TCP 层代码小而且速度快。
� 提供源代码
需要购买源码的用户可以与广州周立功单片机发展有限公司联系。
� 可配置
得到源码的用户可以对一些参数进行配置或裁减代码。
� 基本完整的 TCP 栈支持,TCP 模块处理支持以下功能:
(1) 发送确认;
(2) 带外数据;
(3) 数据重传;
(4) 数据校验;
(5) 流模式;
(6) 连接数目只受内存大小限制。
3.3 已实现的特性
� 支持 TCP, UDP, IP, ICMP, ARP, ETHERNET 等协议;
� 兼容 BSD 标准的 Socket API 接口函数库;
� ICMP 实现 PING 的功能和 UDP 无效端口返回;
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� 支持 TCP 的流控制和超时重传;
� 支持 TCP 主动连接和被动连接;
� 支持在多任务中建立多个不同的 TCP 连接,支持各连接同时收发数据;
� 提供 WebSever 和 UDP 服务器范例。
3.4 暂时未实现的特性
� IP 报的处理不支持分段
在多个网络接口的应用是两个网络间的最大报大小要基本相等。
� ICMP 协议还不是非常完整
目前 ICMP 协议只支持 PING 的功能和 UDP 无效端口返回。
� TCP 协议不支持紧急数据
这一版本的 ZLG/IP 不对 TCP 传输中的紧急数据报进行处理。
� 不支持 IGMP 协议
这一版本的 ZLG/IP 不支持 IP 组播和广播。
� 不支持 Socket API 发送函数发送大于 PMTU
用 Socket API 发送函数发送数据时,数据长度不可大于一个 TCP 或 UDP 报有效数
据的长度。
ZLG/IP 的升级版将逐步解决上述问题。
4 ZLG/IP 的结构视图
4.1 概述
ZLG/IP 采用模块化层次结构设计,其结构如图 2 所示。
TCP/IP应用程序
UDP
处理
SOCKET API 接口
IP处理
注释:(1) 实线箭头表示正常调用关系。
TCP
处理
(2) 模块所在水平位置代表其所在的网络层次
(3) 灰色模块表示操作系统中的任务。
TCP/IP应用程序
ICMP处理
ARP处理
IP发送
ETHERNET接收驱动 ETHERNET发送驱动
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网络硬件
其它应用程序

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4.2 应用程序
图 2 ZLG/IP 逻辑结构图
TCP/IP 应用程序是用户自己编写的µC/OS-II 任务,是 ZLG/IP 的使用者,位于整个程序
的最高层。TCP/IP 应用程序调用 ZLG/IP 提供的 Socket API 接口函数对网络进行相应的操作。
4.3 Socket API 接口
位于 TCP/IP 协议与应用程序之间,是用户操作协议栈程序的工具,在应用程序中通过
调用 Socket API 接口函数来对协议栈软件进行操作。
4.4 TCP、UDP 处理
是协议栈程序中处理传输层协议的模块。负责对传输层的数据进行封装和解拆,保存传
输层连接状态。
4.5 接收处理
最大的灰框内部的就是接收处理。它包括 IP 报的处理,ARP 报的处理,ICMP 报的处
理及以太网层的数据接收驱动。接收驱动模块接收到数据后进行分类,是 IP 报就 IP 由处理
模块处理,是 ARP 报就进行 ARP 协议处理,是 ARP 请求报则调用以太网发送模块发送 ARP
应答报。是 IP 处理模块把数据分类分别由 ICMP 处理模块处理,对 TCP 或 UDP 报则转由
上层的传输层模块处理。而 ICMP 协议处理模块负责对 ICMP 协议进行。
4.6 IP 发送
负责封装 IP 报,并把封装好的 IP 报传送的下层发送模块。IP 发送模块有 4 个上层模块
调用,分别是 Socket API 接口、UDP 处理、TCP 处理和 ICMP 处理,他们把相应的参数传
送给 IP 发送模块,由 IP 发送模块来封装。
4.7 以太网发送驱动
它是属于以太网层的处理模块,负责封装以太网报和数据的发送。调用它的模块有 ARP
处理模块和 IP 发送模块。
5 Socket API 函数集
5.1 系统配置手册
功能 常量名
ARP 表的表
项数目
TCP 报的最
大数据长度
数据
TCP 的最大
连接数
本地 MAC
地址
表 2 ZLG/IP 配置
取值范
围
所属文件 描述、注意点
MAX_ARP_TERM 1~255 cfg_net.h 它于网络中的节点数有关,默认是 50
MAX_TCP_DATA
1~
1460
cfg_net.h
它是指一帧 TCP 报可以发送的字节数,默
认是 1460
MAX_TCP_LINKS 1~255 cfg_net.h 同时可以建立的 TCP 连接数量
My_Mac_1ID cfg_net.h 默认是 0x52,0x54,0x4c,0x19,0xf8,0x72
本地 IP 掩码 IP_MARK_1ID cfg_net.h 默认是 255,255,255,0
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本地 IP 地址 MY_IP_1ID cfg_net.h 默认是 192.169.0.174
本地网关地
址
系统的操作
方式
接收缓存区
的数目
MY_GATEWAY_1ID cfg_net.h 默认是 192.169.0.1
Little_End cfg_net.h 分为大端(Big_End)和小端(Little_End)
两种,它与 CPU 的类型有关,默认是小端
MAX_REC_BUFF 1~255 Hardwear.
h
默认为 5
网络接口数 MAX_NET_PORT 1~255 Ethernet.h 是指可以同时控制的以太网接口数目,默认
UDP 接收缓
存区的数目
UDP 可建立
的 SOCKET
数
以太网控制
芯片的复位
脚
以太网控制
芯片的基地
址
为 1
UdpMaxRec 1~255 Udp.h 默认是 3
MAX_UDP_LINKS 1~255 Udp.h
NET_RST
NET_BASE_ADDR
5.2 SOCKET API 函数参考手册
Hardwear.
c
Hardwear.
c
表 3 socket 函数
它的数目是于 UDP 通讯的 SOCKET 数目有
关,它等于 UDP 通讯的 SOCKET 数目就可
以了,默认为 5
复位脚的管脚号,它与硬件有关在
EASY2200 板上是 P0.6 脚,所以
NET_RST=0X00000040
它与硬件有关在 EASY2200 板上是
0X83400000
函数名称 socket() 所属文件 zlg_socket.c
函数原型 SOCKET *socket( uint16 af, uint16 type, uint16 protocol)
功能描述 创建一个 SOCKET
编译开关 无 调用者 用户任务
函数参数 af:保留(0) type:通讯类型 protocol:通讯协议
函数返回值 创建的 SOCKET 结构指针
调用模块 无
特殊说明和
注意点
必须先建立一个 SOCKET 结构;该函数可用于 TCP 或 UDP 通讯任务
表 4 bind 函数
函数名称 bind() 所属文件 zlg_socket.c
函数原型 int bind( SOCKET * s, struct sockaddr * name,uint16 namelen)
功能描述 对已创建的 SOCKET 绑定本地 IP 地址和本地端口
编译开关 无 调用者 用户任务
函数参数 s:已创建的 SOCKET 指针 name:保存 IP 地址和端口的结构 namelen:name 的长度
函数返回值 通讯协议:0 为 TCP 通讯,1 为 UDP 通讯
调用模块 无
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特殊说明和
注意点
如果调用本函数来绑定本地 IP 和本地端口,系统自动使用默认 IP 和一个空闲的端口; 该函
数可用于 TCP 或 UDP 通讯任务
表 5 listen 函数
函数名称 listen() 所属文件 zlg_socket.c
函数原型 int listen( SOCKET * s, uint16 backlog )
功能描述 设定 TCP 服务器需要监听的连接数
编译开关 无 调用者 用户的 TCP 服务器任务
函数参数 s:已创建的 SOCKET 指针 backlog:需要监听的连接数
函数返回
值
调用模块 无
特殊说明
和注意点
-1:需要监听的连接数比最多可建立的连接数还大
-2:backlog=0
-3:已创建的 SOCKET 所使用的通讯协议不是 TCP 协议
-4:需要监听的连接数比可建立的连接数还大
backlog 的值:表示设定成功
只适用于 TCP 连接
表 6 accept 函数
函数名称 accept() 所属文件 zlg_socket.c
函数原型 uint8 accept( SOCKET * s, struct sockaddr * addr, int *addrlen )
功能描述 用于 TCP 服务器确认客户机的连接
编译开关 无 调用者 用户的 TCP 服务器任务
函数参数 s:已创建的 SOCKET 指针 addr:连接后保存对方的 IP 和端口 addrlen:addr 的长度
函数返回
值
调用模块 无
特殊说明
和注意点
0xFF:没有客户机的连接
返回值小于 MAX_TCP_LINKS:已经与客户机建立连接,返回值是“连接序号”
只适用于 TCP 连接,本函数不阻塞,它属于超时退出。
表 7 recv 函数
函数名称 recv() 所属文件 zlg_socket.c
函数原型 uint16 recv( uint8 num, uint8 *buf, uint16 len, int flags )
功能描述 TCP 通讯连接建立后,读取所得到的数据。
编译开关 无 调用者 用户的 TCP 任务
函数参数 num:从 accept()(或 connect()函数)函数获取的 “连接序号”
函数返回
值
buf:接收缓存区起始地址
len:接收的数据长度
flags:保留
读取的数据长度,为 0 表示没有数据
调用模块 OSTimeDly(10);
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特殊说明
和注意点
只适用于 TCP 连接,本函数不阻塞,它属于超时退出。
表 8 send 函数
函数名称 send() 所属文件 zlg_socket.c
函数原型 uint16 send( uint8 num, uint8 *buf, uint16 len, int flags )
功能描述 TCP 通讯连接建立后,发送数据。
编译开关 无 调用者 用户的 TCP 任务
函数参数 num:从 accept()(或 connect()函数)函数获取的 “连接序号”
函数返回
值
buf:发送数据起始地址
len:发送的数据长度(不可大于 MAX_TCP_DATA,MAX_TCP_DATA 默认是 1460 个字节)
flags:保留
发送的数据长度,为 0 表示发送失败
调用模块 Send_Ip_Frame()
特殊说明
和注意点
只适用于 TCP 连接,本函数不阻塞,超时重发一次,再超时退出。
表 9 close 函数
函数名称 close() 所属文件 zlg_socket.c
函数原型 uint8 close(uint8 num)
功能描述 关断 TCP 连接
编译开关 无 调用者 用户的 TCP 任务
函数参数 num:从 accept()函数(或 connect()函数)获取的 “连接序号”
函数返回
值
1:正常断开
0:非正常断开
调用模块 Send_Ip_Frame()
特殊说明
和注意点
只适用于 TCP 连接,本函数不阻塞,超时退出。
表 10 connect 函数
函数名称 connect() 所属文件 zlg_socket.c
函数原型 uint8 connect(SOCKET * s, struct sockaddr * addr,uint16 addrlen)
功能描述 用于 TCP 主动连接(一般是 TCP 客户端)
编译开关 无 调用者 用户的 TCP 客户机
函数参数 s:已创建的 SOCKET 指针 addr:对方 IP 地址和端口 addrlen:addr 的长度
函数返回
值
< MAX_TCP_LINKS:返回创建的“连接序号”
MAX_TCP_LINKS:连接失败返回 MAX_TCP_LINKS
调用模块 Send_Ip_Frame()
特殊说明
和注意点
只适用于 TCP 客户机连接,本函数不阻塞,超时退出。
表 11 closesocket 函数
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任务

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函数名称 closesocket() 所属文件 zlg_socket.c
函数原型 int closesocket( SOCKET s )
功能描述 删除已建立的 SOCKET
编译开关 无 调用者 用户任务
函数参数 s:已创建的 SOCKET
函数返回
值
调用模块 无
特殊说明
和注意点
1:正确删除
该函数可用于 TCP 或 UDP 通讯任务
表 12 recvfrom 函数
函数名称 recvfrom() 所属文件 zlg_socket.c
函数原型 uint16 recvfrom( SOCKET s, uint8 *buf, uint16 len, int flags, struct sockaddr *from, uint16
*fromlen )
功能描述 用于 UDP 通讯时接收数据
编译开关 无 调用者 用户 UDP 任务
函数参数 s:已创建的 SOCKET
函数返回
值
调用模块 无
特殊说明
和注意点
buf:接收缓存区起始地址
len:接收的数据长度
flags:保留
from:保存发送方的 IP 地址和端口
fromlen:from 的长度
接收到的数据的长度
仅适用与 UDP 通讯,使用前必须先建立 SOCKET
表 13 sendto 函数
函数名称 sendto() 所属文件 zlg_socket.c
函数原型 uint16 sendto( SOCKET s, uint8 *buf, uint16 len, int flags, struct sockaddr *to, uint16 tolen )
功能描述 用于 UDP 通讯时发送数据
编译开关 无 调用者 用户 UDP 任务
函数参数 s:已创建的 SOCKET
函数返回
值
调用模块 无
buf:发送数据起始地址
len:发送的数据长度(不大于以太网中的 UDP 最大数据 1478 个字节)
flags:保留
to:目标方的 IP 地址和端口
tolen:to 的长度
发送的数据的长度
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特殊说明
和注意点
仅适用与 UDP 通讯,使用前必须先建立 SOCKET
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