基于IP核的PCI总线接口设计与实现

误。通常，嵌入式系统接收的数据包类型仅为系统状态配置包、控制动作命令包、通信控制包等，这些包容量较小，由实时数据或网页向网络发送的数据包比较长，但可以通过设计格式加以控制。

　　和欣操作系统是基于微内核的操作系统， 其上的TCP/IP协议栈既可以运行在用户态，也可以运行在内核态度，具有通用接口和方便的框架，方便用户开发适合自己领域或特殊需要的网络协议栈，因为和欣操作系统提供了高效的进程上下文切换功能和进程间通信，所以整个网络协议栈作为一个用户态进程提供服务。使用前先创建网络构件实例，然后向操作系统注册服务。此后用户就可以使用网络编程接口了，如果用户对网络协议栈有更高的效率要求，则可以将该协议栈加载到内核态。

　　2.2 和欣嵌入式操作系统TCP/IP的实现

　　根据和欣嵌入式TCP/IP协议堆栈的特点，在实现嵌入式TCP/IP协议栈时只需要用到下述四个基本协议：TCP协议、ICMP协议、IP协议、ARP协议。其余的链路层协议如PPP协议需要在嵌入式TCP/IP协议栈下面的设备驱动程序中实现；而像HTTP、FTP这样的应用层协议则要在嵌入式TCP/IP协议栈上面的应用层中实现。

　　2.2.1 地址转化协议ARP

　　ARP协议为IP地址和以太网MAC地址建立一个映射表。这个协议对于以太网的TCP/IP协议的操作是必不可少的。为了节省空间，一个IP地址的ARP请求覆盖即将发送的数据包，该ARP请求就是因为要发送这个包而发送的。这种方法在假设上层会重发被覆盖的数据时采用。每隔十秒钟，表就会刷新一次，旧的记录被丢弃，在嵌入式TCP/IP协议栈中，记录的有效时间为1秒。

　　2.2.2 网络协议IP

　　在嵌入式TCP/IP中，IP协议执行两项功能：（1）封装来自上层的TCP数据包或ICMP数据包，计算IP数据包的检验和；（2）解析IP缓存中的数据包，检查数据包的协议字段，以判断该数据包应该交给ICMP协议还是TCP协议处理。基于嵌入式Web服务器与客户端通信的信息量很小，数据包的大小不会超过链路层的MTU（最大传输单元），嵌入式IP没有引入数据包分片和重组功能，标准的IP协议有选路功能，可以选择较短路径传送数据包，嵌入式IP中为了减少代码规模，未引入选路功能。

　　2.2.3 网际控制报文协议ICMP

　　在嵌入式TCP/IP协议栈中，只处理一种ICMP消息类型：ICMP回送消息。ICMP回复消息经常被用来调用ping程序测试对方主机是否在线。在嵌入式TCP/IP协议栈中，ICMP回送消息用一种十分简单的方式实现，即将ICMP类型的字段由"echo"类型改变为"echo reply"类型。改变IP首部的IP地址，将数据包送回发送者。

　　2.2.4 传输控制协议TCP

　　TCP协议是面向连接的、端到端的可靠通信协议。它采用了许多机制保证传输可靠性，应用于嵌入式系统显得过于复杂。在嵌入式TCP/IP协议栈中，为了减少存储空间的占用，没有进入发送和接收数据的可靠窗口机制；通常，嵌入式Web服务器处于被动服务状态，所以可以将标准TCP有线状态机的主动创建连接的SYN SENT状态、主动关闭连接的FIN WAIT1、FIN WAIT2、CLOSING、TIME WAIT状态裁剪。设计中还去掉了LISTENING状态，使它在CLOSED状态下就处于侦听状态，监听客户端的链接请求，这样避免了主动或被动打开及关闭的操作，使嵌入式TCP/IP协议栈更精简，嵌入式TCP/IP中到达TCP段的数据不被缓存，应用程序必须立即处理它。当然，这并不阻止应用层缓存数据。每次连接在发送数据时，无法同时处理多于一个的TCP段，TCP协议的实现原理比较复杂，在嵌入式TCP/IP协议中，实现TCP协议是一个最关键的问题。

　　2.2.5 构件化的协议栈

　　采用构件化方法实现网络协议栈的关键是：

　　（1）如何划分构件的粒度。需要根据用户的需要解决定，如果用户是开发一个新的协议栈，可以采用大粒度的构件划分方式（如图2所示），即把整个网络协议栈作为一个大的构件，继承预先定义的构件。

　　（2）如何设计构件接口。要实现（1）所提到的构件的自由替换，必须设计良好的构件接口。所有的构件实现应该继承该接口。设计接口的原则是尽量保持接口的通用性和简洁性。当有新的功能添加时，可以通过继承实现新的接口方便地加入原有的框架，从而实现软件的无缝升级。

　　（3）提高网络通信的效率。一个高效的通信协议需要满足：1）上下文切换和定时器的轻型完成；2）多个协议具有统一的使用界面；3）在网络设备，核心层和用户层之间有高效的缓冲机制，避免不必要的拷贝。

如果操作系统提供了快捷的上下文切换及高效的进程间的通信，则整个网络协议栈便可以作为一个用户态进程对用户进程提供服务，如果进程上