Spartan 6上嵌入式网络服务系统设计实现

软件系统的设计

本文的软件系统主要分为三部分：文件系统的建立、FTP远程传输文件设计以及HTTP(超文本传输协议)服务^[4]利用网页对Atlys开发板进行远程显示及实时控制的设计，从而使传统控制设备转变为具备了以TCP/IP为底层通信协议，Web技术为核心^[5]的Internet控制设备。软件系统采用Xilinx ISE集成的Xilkernel系统内核，通过设置选择相应的库文件，如本文所需要的lwip130(用于轻量级以太网的通信，TCP/IP协议的一种，并且了解了轻量级TCP/IP协议栈和一般操作系统的TCP/IP协议栈的区别^[6])和xilmfs(用于文件存储系统)的库文件，设计程序时调用所配置系统的库文件、系统头文件以及自定义的一些程序文件，从而设计出完整的lwip以太网通信系统。

以下先介绍Xilkernel系统内核主要参数的设置以及多线程的调用方式：

PARAMETER OS_NAME = xilkernel
　　PARAMETER PTHREAD_STACK_SIZE = 8192
　　PARAMETER CONFIG_PTHREAD_MUTEX = true
　　PARAMETER CONFIG_TIME = true
　　PARAMETER CONFIG_SEMA = true
　　PARAMETER MAX_SEM = 50
　　PARAMETER MAX_SEM_WAITQ = 20
　　PARAMETER ENHANCED_FEATURES = true
　　PARAMETER CONFIG_YIELD = true
　　PARAMETER STATIC_PTHREAD_TABLE = ((run_kerl,1))//系统访问入口函数run_kerl()

Xilkernel系统使用多线程通信的方法，通过调用相应的线程来实现对应的功能，如下述建立初始线程，访问network_thread()函数：

sys_thread_new("NW_THREAD", network_thread, NULL,THREAD_STACKSIZE, DEFAULT_THREAD_PRIO);

通过下述线程调用HTTP WEB功能，实现功能的选择调用，提高资源的利用率：

sys_thread_new("httpd", web_application_thread, 0, THREAD_STACKSIZE,DEFAULT_THREAD_PRIO);

文件系统建立

下面介绍下本文文件系统的建立步骤：

首先，使用Xilinx ISE集成工具中的Xilinx Bash Shell，切换到原始文件所在的文件夹，使用命令：

mfsgen -cvbf ../image.mfs 2048 css images js yui generate-mfs index.html，产生所需要的文件系统镜像;

其次，通过在库文件Xilmfs中设置文件镜像的存储访问地址等信息，如下xilmfs库文件的设置：

BEGIN LIBRARY
　　PARAMETER LIBRARY_NAME = xilmfs
　　PARAMETER LIBRARY_VER = 1.00.a
　　PARAMETER PROC_INSTANCE = microblaze_0
　　PARAMETER NUMBYTES = 400000
　　PARAMETER BASE_ADDRESS = 0xC4000000
　　PARAMETER INIT_TYPE = MFSINIT_IMAGE
　　PARAMETER NEED_UTILS = true
　　END

最后，在xmd下执行

dow -data F:/EDK_lab/Ethernet13_2AXI/SDK/memfs/image.mfs 0xc4000000命令，下载文件系统镜像到指定地址上，在软件程序中调用xilmfs库文件中定义的mfs_init_fs()，mfs_exists_file()等库函数即可确定文件系统是否成功建立，同时文件系统也可供后续FTP设计中的文件上传和下载作存储器使用。

FTP文件传输设计

本文主要是通过以太网上传和下载文件到MCB_DDR2上的文件系统中，通过调用文件系统中的mfs_file_open()，mfs_file_read()，mfs_file_write()以及mfs_file_close()等库函数进行文件系统的访问。

以下是对lwip130库文件的设置：

BEGIN LIBRARY
　　PARAMETER LIBRARY_NAME = lwip130
　　PARAMETER LIBRARY_VER = 3.01.a
　　PARAMETER PROC_INSTANCE = microblaze_0
　　PARAMETER API_MODE = SOCKET_API
　　END

由以上的设置可以看出本文是基于Xilkernel内核系统的Socket API编程来实现以太网通信，设置MCB_DDR2作为文件存储系统的存储器进行文件的存储和调用。

case TFTP_RRQ://读文件

tftp_extract_filename(fname, args->request);printf("TFTP RRQ (read request): %s\r\n", fname);
　　tftp_process_read(sd, &args->from, fname);break;
　　case TFTP_WRQ://写文件
　　tftp_extract_filename(fname, args->request);printf("TFTP WRQ (write request): %s\r\n", fname);
　　tftp_process_write(sd, &args->from, fname);break;

上述TFTP上传和下载程序就是采用Socket API编程，调用lwip130库中的库函数编程来实现文件传输。

HTTP WEB服务器设计

首先使用HTML设计动态网页^[7]index.html，程序中通过Socket API编程以及线程调入执行HTTP，HTTP设计主要是通过查找FPGA上MCB_DDR2中文件系统中的index.html网页文件，如存在则显示网页信息，通过网页文件可以动态控制Atlys FPGA上LED灯的亮灭以及显示Dip_Switches开关的状态，若不存在则打印访问错误网页，可以通过TFTP上传index.html，再次验证，图2是HTTP WEB服务器软件设计流程。