单片机的TCP/IP的实现与UNIX的不同

TCP/IP最先是在UNIX系统里实现的，后来的LINUX、DOS、WINDOWS也实现了TCP/IP，随后TCP/IP协议也被移植到其它嵌入式的处理器上，例如8位的MCS51单片机、AVR单片机，16位的ARM、C166以及32位的MIPS、ARM等芯片上。 TCP/IP协议的最底层IP层，很多定义都是16位或32位的，例如源IP地址（32位）目的IP地址（32位），校验值（16位），特别是较验值，是以16位为单位进行计算的，这样使得能够处理16位、32位运算的CPU，比如80286、80386……，ARM、MIPS、DSP，就有很大的速度上的优势。而8位机MCS51处理则会慢很多。

由于指令的原因，以及资源上的原因，在UNIX上实现的TCP/IP协议的原代码并不能够直接移植到8位的单片机上。最早期的LINUX1.0版的内核是最小的实现TCP/IP的操作系统，它的程序的大小大概在1兆字节。而现在的红旗LINUX,红帽子LINUX，内核多达几十兆，整个系统要几张光盘来装。早期的LINIX因为小，而被移植到掌上电脑，PDA等产品中。 单片机的程序空间是极为有限的，直接寻址的空间仅64K字节，这跟电脑的存储空间相比要差几个数量级。除了程序空间小之外，可用的内存RAM也是非常小的，最多只能扩64K的RAM，而电脑的RAM至少在1兆以上。单片机的运算速度也极为有限，一般只有2MIPS，而电脑上的处理能力在100MIPS以上。

有些人提到有没有必要在单片机上实现TCP/IP的问题。因为TCP/IP是一种标准，以太网也成为局域网的标准。在很多情况下运用以太网和TCP/IP，能够简化结构。比如目前较热的智能小区，因为布线的原因，不能为每个家庭布很多线，而以太网的8芯双绞是一定有的。例如宽带上网，是直接通过以太网的，如果你制造的设备，比如安全产品，远程抄表产品，家居智能产品能够走以太网的话，可以利用现成的以太网络。但如果走其它网络，比如RS485、CAN单线、LONWORKS等，那么需要另外布线。布线是复杂的，还涉及到消防安全等。从成本看，用以太网实现联网要比CAN、LONWORKS等更为便宜，集线器、交换机现在都非常便宜，而且将来有三网合一的趋势，电话、电视、计算机三网合一。将来的趋势可能是高速的以太网的天下，电话信号、电视信号、联网都在以太网上跑。尽管目前还未能实现，但是这种趋势是不可避免的。

有网友提到就算要利用以太网，也没有必要跑TCP/IP。那么为什么要跑TCP/IP呢？ TCP/IP是一标准，这个标准使得数据传输不一定是要局域网，而可以在互联网、跨地区跨国界。例如你在某一区域安装了很多监控产品，但数据中心可能不设在那个区域，而设在其他地区。TCP/IP有两种协议TCP和UDP；TCP保证了数据传输的正确性，（如果你的数据只跑以及网层，那么你的数据完整性是要你的编程来保证的，校验的计算。数据包的丢失需要你手工处理，而TCP把这些所有你要处理细节都帮你处理了。UDP可以面向广播的、视频的、音频的等方面的应用。实现TCP/IP的协议的好处是可以统一平台，比如智能小区的产品，如果大家都遵守TCP/IP的协议，那么大家的产品才能兼容，假设一个大型的智能社区，这个社区可能由多家设备供应商进行建设，可能有某些厂商做平台、做软件，一些厂商做硬件。如果大家遵守TCP/IP协议，各自的远程抄表产品，智能防盗产品就有可能兼容，对地产开发商来说，可以选择多个供应商，有利于竞争，也避免某个厂家倒闭造成重大影响。

题外话说的多了，还是回到本章要谈的内容吧。由于单片机与电脑的差别很大，两者的实现有很大的不同。在电脑里编写TCP/IP程序，你可以不考虑代码大小、代码速度，但在单片机上这些都是你要考虑的问题。 综合来说，单片机实现与UNIX实现TCP/IP有如下区别： 　　（1）、操作系统。不论是WINDOWS、UNIX、LINUX，它们都有一个多任务操作系统，这使得代码编写简单化，而在单片机上，因为资源的原因而无法使用多任务操作系统，这使得代码结构变为顺序执行+硬件中断的方式，而在电脑里却可以并发地执行。对程序执行结构，单片机要考虑更多。

（2）、内存分配。WINDOWS或UNIX的内存分配是动态的，根据需要随时分配，随时撤消 。我们阅读一些关于LINUX、UNIX的书，它们都是mbuf的存储结构。mbuf是一个存储链，这个链可以动态地增加和减校比如在数据包很少的情况下，UNIX分配一个2K字节的缓冲区可能就够用了，但如果数据包很多，就有可能要分配64K甚至更多的缓冲区，可分配的内存要根据CPU的可用内存来调整。 但是在单片机却不能够这样做。一个最大的以太网数据包有1500多个字节，分配一包的缓冲区就要1.5K字节，而一般实现TCP/IP的单片