如何使用UIP堆栈实现微控制器

　　系统远程监测和控制或许是微控制器应用最重要的功能之一。想象一下：一个巨大的高尔夫球场的草坪洒水系统，最好能够向主机自动报告故障状况。这样的系统几乎无需人工监测其是否正常工作。 RS-232 串口或红外等多种通信方式可用来实现系统远程器件的控制和监测。然而，所有这些方法都受限于具体的接口标准，其中包括：是否与传输媒介和协议兼容、距离限制等。以太网网络协议（IP） 网络协议提供了一个应对上述挑战的解决方案，所有现代操作系统都带有 IP 栈。而 IP 可在各种传输媒介上运行，到目前为止，以太网的应用最普遍。此外，以太网得益于交换和路由网络拓扑结构，因此不受距离限制。借助于先进的 MAC/PHY 集成电路与板载缓冲器，可以用微控制器和以太网 IP 实现控制，并且几乎可以从所有远程系统采集数据。本文演示了如何利用免费的 uIP 堆栈和 SPI 至以太网转换 IC 实现 MAXQ2000 微控制器联网。 uIP 介绍 uIP （读作“micro IP”）提供了一个最小规模的 IP 堆栈，其中包括 TCP、UDP 和 ICMP 协议。uIP 由 Adam Dunkels 开发，采用 BSD 方式授权。完整的源代码可从 https://github.com/adamdunkels/uip 下载。当然，对于大多数应用，没有必要完全运行 TCP/IP，过于浪费。uIP 具有一整套功能，符合全功能主机的最低需求，并且可以避免其它简单 IP 堆栈存在的“特殊情况”。编译环境 Rowley CrossWorks 1.1 build 1 C 编译器用于编译、汇编和链接项目。为方便调试，所有代码优化功能均被禁用。最终代码仅占用 MAXQ2000 程序闪存存储器的一小部分。 MAXQ2000 有 2kB 的数据存储器。使用这种数据存储器时必须谨慎，因为缓冲器必须用来处理 IP 数据包的内容。为了最大限度地利用数据存储器，所有常数都存储在代码空间内，并根据需要复制到一个固定大小的 RMA 缓存区。 uIP 堆栈的使用 uIP 堆栈可以看成一个事件循环，超时基于结构时钟设定。在主循环中，MAC/PHY 接收到的数据包由 uip_arp_ipin（）和 uip_input（）处理。这些调用会产生一个输出数据包，必须由 MAC/PHY 驱动程序传输。然后检查计时器，清理已关闭连接及一段时间未出现的 ARP 表项，并调用应用程序回调函数以进行重发。主要事件循环为样板代码，大多数应用中无需改变。注意：uIP 实现了非常小的 TCP 窗口尺寸，这一点非常重要，只能有一个重要的（un-ACKed）数据包等候处理，有时可能需要重发。实际应用处理由函数 UIP_APPCALL 完成。调用时，应用程序回调功能会检查几个功能并返回 uIP 当前状态。其中最重要的状态是：uip_connected（）、uip_closed（）、uip_aborted（）、uip_timedout（）、uip_newdata（）和 and uip_rexmit（）。前四个函数管理输入连接的打开和关闭；后两个函数管理数据的输入和输出。当新数据到达套接字等待应用程序处理时，uip_newdata（）将返回一个非零的结果。然后应用程序进行数据处理，这些数据保存在 uip_appdata 指向的缓冲区中，也可以返回响应。所有数据，包括以太网链路层和 IP 头储存在 uip_appdata。如果网络丢掉返回至 peer 的数据的任何部分，应用将通过计时器超时调用应用程序回调功能并且 uip_rexmit（）返回一个非零的结果。在这个点上 uIP 与其他 IP 堆栈不同。通常情况下，TCP 数据包的转发由 IP 协议栈处理。当 uip_rexmit（）标记出现时 uIP 需要应用程序转发丢失的数据，可以节省存储空间。转发可以通过重新生成数据来实现，或将先前产生的数据保存在缓冲区以供转发。