嵌入式Linux通信中构件技术应用研究

、局部化的程度，为此必须保证协议构件的独立性。一旦构件具备良好的独立性，建立在协议构件之上的应用程序构件就更容易开发，接口也会简化;独立的模块也比较容易测试与维护，修改工作量小，错误传播范围校如果粒度过小，虽然协议构件独立性增强，但是构件的接口就增加了，给构件的组合、构件的管理带来了很多的困难。如果粒度过大，构件的尺度增加，独立性降低，各个构件之间的关联度也会增加，不利于构件的动态替换与更新。

粒度的大小可以用两个定性标准来衡量，分别是内聚和耦合。耦合衡量不同构件彼此之间相互依赖的紧密程度;内聚衡量一个协议构件内部各个元素彼此结合的紧密程度。在对协议进行构件化的时候，采取的策略应当尽量使协议构件之间的耦合度降低，独立性增强，加强内聚性。

目前对构件的粒度还没有统一的要求，由于构件是一个高内聚的软件包，只要符合高内聚的原则，则构件的粒度大小可不限。

3.1.2 通信协议构件化方法由上节可知，通信协议分解没有统一的要求，所以，可以从多个角度对通信协议进行构件化[4]。例如，按构件的功能可进行基本协议构件、通用协议构件、对各领域的专用协议构件或子系统协议构件化;按构件的使用方式可进行静态的和动态的构件化;按构件的结构可进行原子构件及由多个构件*的组合构件化;按协议栈的分层结构可进行层次构件化。本文以Linux 下的TCP/IP 协议层次结构(如图1 所示)为基础，按层次构件化。即将ARP、IP、ICMP、UDP、TCP 协议从Linux 内核中分离出来，按每个协议完成的功能划分成不同的模块，每个模块作为一个构件。每个构件用一个指针函数实现，这样，一个基于嵌入式Linux 的应用系统在内核启动时可按需求动态组装协议功能，形成不同配置通信协议栈，显示了系统网络通信的灵活性。

考虑到TCP 协议是面向连接的、端对端的可靠通信协议，为保证远程客户端与本地嵌入式系统服务器的正确通信，采取了相应机制来保证它的可靠性和实时性，即连接的建立与关闭、超时重传机制、数据包确认机制、流量控制等。因此，将TCP 协议按应用功能划分成客户端模块和服务器端模块，前者主动建立连接，后者*连接，连接建立后双方进行数据信息的发送或接收。

相对于TCP 协议，ARP、IP、ICMP、UDP 等协议功能较简单，对它们不划分模块，每个协议按其完成的功能设计成一个构件，但考虑到嵌入式系统的实时性，去掉了不必要的功能。UDP 协议设计时不考虑数据校验方法，只考虑数据的发送和接收功能。ICMP 协议设计时仅考虑了目的端不可达、源端抑制、超时、改变路由等差错和回送请求处理。IP 协议设计时主要进行路由、向相邻协议层传递数据包，而不考虑分片、重装功能。ARP 协议主要负责将局域网中的32 位IP 地址转换为对应的网卡的MAC 地址，它的功能包括发送ARP 请求和响应对方的ARP 请求，动态维护一个ARP 高速缓存。

3.1.3 通信协议构件组装

通信协议构件组装过程如图2 所示。通信协议构件放在构件库中，系统运行时，嵌入式Linux 操作系统调度协议组装模块，由该模块依据系统网络功能需求从构件库中取出相应构件，动态配置通信协议栈。

嵌入式Linux 操作系统

因此，组装的主要功能是负责实现嵌入式Linux 操作系统和构件库的交互、监控构件的运行状况，并记录构件的特征以反馈给构件库。

3.2 通信协议构件化的实现本文借鉴文献[5]的思想，并结合上面提出的方法来实现通信协议构件化。各协议的实现类似，下面以TCP 协议为例说明实现过程。

将协议栈初始化文件中为协议分配内核存储空间、向内核保存TCP 协议栈的链表结构、注册、协议本身初始化的内容移入其模块中，在模块开始部分完成分配存储空间、注册、初始化等，在模块结束部分完成释放模块所占内核空间、取消注册、进行重置等。

修改协议实现文件tcp.c 和tcp.h ，创建新的模块文件，协议实现文件中仅保留被其它协议使用的变量，其它内容放在新建的模块文件中。

协议提供给其它协议的函数接口，由函数名调用改为函数指针调用，修改头文件，为该新的接口实现添加定义及声明，并将函数指针初始化指向一个空函数体。将其它协议中原来通过函数名调用改为相应的函数指针调用，这些函数指针是该协议构件的接口，可以保持不变，而接口提供的功能可以依据需要随时修改。

修改网络部分的内核符号表文件，既包括修改之后为其它协议提供的接口，又包括模块化之后需要的其它协议提供的接口。

修改Makeflie 文件，增加相应的模块化文件列表。

4 通信协议测试

构件化的协议的运行情况在MagicARM2200 目标板上进行测试，测试