应的驱动程序。将 ＲＴＬ８０１９内部的 ＲＡＭ 分为几个 习日卜
ｐａｐｅｒ＠ｍｅｓｎｅｔ．ｃｏ ｍ．ｃｎ （投稿专用）
万方数据
Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ＆ＥｍｂｅｄｄｅｄＳｙｓ ｔｅｍｓ １７
ＴＯＰＩＣＡＬＤＩ ＳＣＵＳＳ遗 ０５＂ ｔ
图 ４已 经 包含了已经划分好的任务 （８个）、任务链（３个）、任务链的优先级 （３个）。那么现在按照速率单调调度算 法 ＲＭＳ来 安 排 优 先 级，结 果 如 图 ５
２ 软件移植过程和对协议栈的改进
２．１ 校验和的改进
ＴＣ Ｐ／ ＩＰ 协议处理过程中主要的运算量集中在３个部 分：应用程序将数据拷贝到 ＲＡＭ；将 ＲＡＭ 中的数据包拷 贝到网络设备的发送缓冲区；计算校验和。前两部分在该
协议中通过零拷贝技术改进运行效率，最后一部分是利用 Ｃ语言来实现的。ＴＣＰ／ＩＰ协议中多处用到了对校验和的 计算，在 ＩＰ层需要对 ２０字节的报头进行校验，在 ＴＣＰ／ ＵＤＰ处理中是对 １２个字节组成的伪首部和数据进行校
１．２ 协议栈的特点
通用 计 算 机上运行的 ＴＣＰ／ＩＰ协议栈过于复杂，需占 用大量系统资源，而嵌人式应用系统的资源往往都非常有 限。因此，需要将传统的 ＴＣＰ／ＩＰ协议栈加以简化。在设
计中ＯｐｅｎＴＣＰ为提高协议栈的运行效率，在保持高性能 的同时，针对嵌人式系统的要求对 ＴＣＰ／ＩＰ进行了部分精
） Ｏｐ ｅｎ ＴＣＰ提供非常方便的调试手段，在每一层协 议的关键部分都可以通过串口输出，使用户及时了解协议 的运行情况。由于 ＴＣＰ／ＩＰ 协议的复杂性，很难复现同一
种错误，此时只需在编译程序时打开调试选项就可以实时 监控协议栈的运行情况。调试完毕后 ，取消调试选项即可 恢复协议 的运行效率 。
ＴＣ Ｐ／ ＩＰ 具有层次性，每一层都有 自己的数据格式。 数据在各层之间传送时需要不断地进行打包和解包处理， 以及数据的拷贝，会大大增加系统对存储器和运算能力的 开销，降低系统的性能。在 ＯｐｅｎＴＣＰ协议栈中，每一层都 没有用于数据传输的缓冲区，协议栈之间传递的是数据指
针。接收数据时，每一层将本层的数据处理完毕后 ，将处 理过的数据指针指向上一层的数据的头部；发送数据时， 也是以类似的过程来实现。
２．２ 定时器的设置
ＴＣ Ｐ／ ＩＰ 协议中需要多种定时器来完成 ＡＲＰ缓存的 刷新 ，ＴＣＰ协议 中也需要利用定时器实现重传等机制。 ＯｐｅｎＴＣＰ采用的是统一的定时器处理方式，在协议初始 化之前初始化一个定时器池，其中定时器的个数可以根据
应用的要求来设置。当协议需要使用定时器时，首先在定 时器池中申请一个定时器并设置超时时间，定时器的超时 由硬件定时器中断处理函数完成。当检查到有超时的事
为了 通 过 计算机远程监控电能数据，软件部分采用了 伽 ｅｎＴＣＰ作为协议栈完成数据通信。ＯｐｅｎＴＣＰ是英国 Ｖｉ－ ｏｌａ公司开发的用于 ８／１６位 ＭＣＵ的源码开放的 ＴＣＰ／ＩＰ 协议栈。与通用的嵌入式 ＴＣＰ／ＩＰ 协议栈（如 １ＷＩＰ，ＵＩＰ）相 比，其代码更为精简，不需要操作系统的支持，可以根据需 要进行裁剪，全部用 ＡＮＳＩＣ 编写，支持 Ｅｔｈｅｒｎｅｔ，ＳＬ ＩＰ， ＡＲＰ，Ｒ ＡＲＰ，ＩＣ ＭＰ，Ｔ ＣＰ，Ｕ ＤＰ；应用层支持 ＴＦＴＰ，ＴＥＬ－ ＮＥＴ，Ｈ ＴＴＰ，ＳＭ ＴＰ，Ｐ ＯＰ３，Ｄ ＮＳ等，对于应用层协议都提 供 ｃａｌｌｂａｃｋ接口，可方便用户的应用程序设计。
ＯｐｅｎＴＣＰ的每一层协议都有自己的数据结构用于本层报
文头部处理 ，发送缓冲区的只用来存放发送的数据。发送 数据时，应用程序把数据写人缓冲区，设备驱动程序立即
发送报文头部和数据到 网络上 。
． Ｏｐ ｅｎ ＴＣＰ协议栈可以作为一个任务运行在多任
务的系统里，也可以采用前后台方式作为一个主程序运行 在一个单任务系统里。其主循环控制都在重复地做一件 事 ：检查是否有数据帧到达 ，如果一个帧到来 ，则立 即根据 帧的类型调用对应 的输人处理 函数 。
总 之 ，一 个即将要设计 的软件系统 ，能不能划分成一 个好的多任务系统 ，能不能更合理地分配优先级 ，直接影
百度文库
优 光级 递减
优光级
递减
优光级
递减
图 ５ 每条任务链下的任务优先级安排
响到产品的稳定性和可维护性。在实际操作时既要参考 这些原则 ，又要根据实际任务的情况进行调整，必要时还
需要在硬件上运行起来进行比较。服
⑤ 应 用 程序接 口决定了应用程序和 ＴＣＰ／ＩＰ协议栈 连接的方式。最常用 的 ＴＣＰ／ＩＰ ＡＰＩ是 ＢＳＤ ＳＯＣＫＥＴ ＡＰＩ，通常用在 Ｕｎｉｘ系统中，它需要多任务操作系统的支 持。ＯｐｅｎＴＣＰ使用了事件驱动接 口来响应特定事件。应
用程序作为 Ｃ函数运行在协议栈上 ，被调用来响应特定 事件。当数据被接收或者分配一个连接时，这些函数被调 用 。应用程序只需提供一个 回调函数 ，因此用户应用程序 的编写和调试非常方便。
为 了 减 小网络对系统存储器的需求，采用静态分配技 术 ，在网络初始化时静态分配数据缓 冲区，设置专门的发 送和接收缓冲区，大小一般大于网络的 ＭＴＵ值。该值可 根据 网络环境调整 ，在本系统 中采用的底层网络接 口为以 太网，设置接收缓 冲区大小为１５ ００字节。当一个数据包 来到 时，网络设备驱动将其放在接 收缓 冲 区里，调用 ＴＣＰ／ＩＰ协议栈。如果数据包里有数据，ＴＣＰ／ＩＰ协议就 会通知相应的应用程序。如果应用程序需要发送数据，
ＴＣＰ／ＩＰ协议找 ＯｐｅｎＴＣＰ 嵌入式系统
引言
随着 工 业 控制和计算机技术的发展 ，对数据的传输提 出了更高的要求 ，各种总线技术的发展 日新月异。其中，
采用以太网技术完成数据的远程通信并连人 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，已
经成为工业和家用领域的重要发展方向，将来几乎所有工 业设备和家 电均需要具有 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ连接能力。目前，以 ＭＣＵ等构成的嵌人式系统已广泛应用于工业、家电等各 个领域 ，嵌人式系统对网络应用的要求也越来越高，因此 在嵌人式系统中实现 ＴＣＰ／ＩＰ 协议 ，已经成为嵌人式系统
件产生时，协议处理函数进行超时处理。Ｓ３Ｃ ４４Ｂ０Ｘ 内部
有 ６个定时器，这里选择定时器 ５作为该协议中与时间有 关的事件的定时处理，定时器的周期为 １０ｍ ｓｏ
２．３ 网卡驱动程序设计
Ｏｐ ｅｎ ＴＣ Ｐ协议栈具有很好的可移植性，只需要在软 件 中设计几个宏定义 ，分别实现 以太 网数据 的收发等功 能。该协议栈已经提供了 ＣＳ８９００的驱动程序，由于使用 的是 ＲＴＬ８０１９网卡控制器，针对该芯片的特点编写了相
领域 的研究热点 。
传统 的 ＴＣＰ／ＩＰ 协议在资源有限的嵌人式系统中实 现起来很困难 ，必须把大量 的资源花在保证数据传送 的可 靠性 以及数据流量的控制上 ，因而在实时性要求比较高的
嵌人式领域中，不能满足实时要求。因此 ，研究并改进嵌 人式 ＴＣＰ／ＩＰ协议栈以满足嵌人式系统的高性能要求，具 有重要 的现实意义 。
［４］邵志勇，张学东，马丁．ｔｉｃ／ＯＳ 一ＩＩ实时操作系统任务调度的 改进 ［ Ｊｌ ．鞍山科技大学学报，２００３，２６（５）．
（收稿 日期 ：２００７－１１－１２）
习睁 部分，分别作为接收缓冲区，ＡＲＰ，ＩＣ ＭＰ，ＴＣ Ｐ和
ＵＤＰ协议的数据发送区。这里将各个不同协议的发送缓 冲区分开，在实际应用过程中发现调试较为方便 。
ＯｐｅｎＴＣＰ可以根据应用的要求选择必要的协议，缩减程
序代码的大小和对数据存储器的占用。 ② 根 据 嵌人式系统应用环境的特点，一般其作为服
务器端，与之通信的都是实现了完整 ＴＣＰ／ＩＰ的设备，通 信较为可靠，不需要复杂的路由选择、ＩＰ分片、重装、ＴＣＰ 流量控制、拥 塞控制 等。因此，在 ＯｐｅｎＴＣＰ中简化 了
所示 。
最 终 的 产 品结构清 晰，稳定性好， 可维护性高 。可见 ，按照上述原则可 以 帮我们安排好软件构架，包括任务链的 划分 、任务 的划分、任务 的优先级安排 等 ，有利于开发出更好的软件。
结语
本 文 主要 讨论了在实时操作系统下设计软件时最需 要注意的 ３个问题：任务链的划分；任务划分的几个基本 原则和划分后得到的几种结果；不伺调度算法下的任务优 先级的分配。需要说明的是，本文所列的原则并不能包括 任务划分和优先级分配的各个方面，许多方面还需要在实 际开发实时系统时不断地总结。另外，在使用以上的原则 时，应当根据系统的具体特点灵活考虑，不能死搬硬套，抱 着某一条原则不放。比如在优先级安排时，就必须考虑到 任务的关键性 、紧迫性 、设备依赖性等加权因素的影响。
验。ＯｐｅｎＴＣＰ中采用的是每一个字节逐个计算校验和的 算法，虽然这样可以适应 ８／１６位等多种不同的处理器体 系结构，但是却极大地影响了校验的速度和效率。为了充 分发挥 ＡＲＭ７处理器的性能，采用了ＡＲＭ 汇编语言的优 化算法，借鉴 Ｌｉｎｕｘ核心代码中处理校验和的源程序，将 Ｌｉｎｕｘｇ ｃｃ中ＡＴ＆Ｔ格式的算法改写为 ＡＤＳ１．２ 的标准 写法 ，经过测试 ，大大提高了计算的效率 。
１ 硬件平台和 ＯｐｅｎＴＣＰ简介
１．１ 硬件平台
该 系 统 硬件部分 由 ＡＤＥ７７５８高性能电能计量芯片、
ＡＲＭ 处理器 、２Ｍ Ｂ ＮＯＲ Ｆｌａｓｈ，６４ Ｍ Ｂ ＳＤＲＡＭ 和 以太 网
接口等组成。ＡＤＥ７７５８内部集成了 ６路 １６位 △一ＭＡＤＣ， 高性能 ＤＳＰ、电压基准及温度传感器等电路，在 １０００，１动 态范围内误差小于 ０．１００；提供有功、无功及视在电能，电 压、电流有效值及波形采样等数据 ；三相三线／三相 四线兼 容 ；ＤＳＰ内部对无功电能进行 了补偿 ；提供独立 的有功 电 能及无功电能脉冲输出，非常适合三相电能计量。被测三 相电压、电流经传感器和调理电路后，送人 ＡＤＥ７７５８的 Ａ
简和优化，使其能在各种 ＭＣＵ体系结构上实现，减少对 资源的消耗 ，以满足嵌人式应用的要求。具体特点如下 ：
１６ 《率片ｋ＂Ａ＂布象杭Ａｔｅ》
万方数据
ａｄｖ）ｍｅｓｎｅｔ．ｃｏ ｍ．ｅｎ （广告专用）
ＴＯＰＩＣＡＬＤＩ ＳＣＵＳＳ遗题 ｂ丝
① 由 于 嵌人式系统对网络功能的要求各有不 同，
相、Ｂ相、Ｃ相电压和电流输人端；经 ＡＤＥ７７５８计算后 ，转 换为有功功率、无功功率、视在功率、复功率等电能信息， 数据通过 ＡＤＥ７７５８的 ＳＰＩ接 口输出。ＭＣＵ读出电能数 据信息并处理后，送 ＬＣＤ显示和网络接 口。硬件原理框
图如 图 １所 示 。
图 １ 硬 件 原 理 框 图
皇８４，ｔ Ｌ ＊＂｝ＴＯ Ｐ ＩＣＡＬＤＩ ＳＣＵＳＳ
轻量级 ＴＣＰ／ＩＰ协坟钱
Ｏｐ ｅｎ ＴＣ Ｐ 的移 植 与 应 用
． 武汉科技学院 田 裕 康
摘要
关键词
介绍一种轻量级的 ＴＣＰ／ＩＰ协议栈 ＯｐｅｎＴＣＰ，重点讨论 ＯｐｅｎＴＣＰ的功能特性和体 系结构 ；以 ＡＲＭ 处理 器 Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ和 ＲＴＬ８０１９Ａ Ｓ网络接 口芯片为例介绍了协议的移植方法，以及对协议的部分算法的改进 措施 ，并给 出了该协议栈 的 系统应 用 实例 。
ＴＣＰ，ＩＰ 等协议的实现，取消了所有的 ＩＰ选项和 ＴＣＰ选 项（包括 ＩＰ的分段）；ＴＣＰ的流量控制窗口长度为 １，即报 文传输是基于停止一等待方式。避免了复杂的流量控制 和分段处理 ，可 以满足嵌入式 网络应用 的要求。ＴＣＰ状 态机也进行了一定的简化处理。
③ Ｏｐ ｅｎ ＴＣＰ针对 ＴＣＰ／ＩＰ 协议中对性能影响最大的 部分— 缓冲区的管理进行了优化，采用零拷贝技术，即 在网卡驱动程序和协议之间没有数据拷贝的过程 ，以减少 对系统资源的占用 ，简化缓冲区的管理 ，提高实时性。
参 考文献
仁１］周航慈，吴光文．基于嵌人式实时操作系统的程序设计技术 仁Ｍ 皿． 北 京 ：北京航空航天大学出版社，２００６．
［２〕王春铭 ，刘振华，郭云飞．实时操作系统中应用软件的任务 划分 仁 Ｊｌ ．计算机工程，２０００，２６（７）．
［３〕张晓辉，罗毅．ｔｉｃ／ＯＳ－ １ １在应用系统中任务划分及优先级 设置 ［ Ｊ］ ．Ｔ －业控制计算机，２００５，１８（７）：４０，４４．