浅谈嵌入式网络终端报文收发机制的研究

接收流程本是一种被动方式，相对查询方式，软硬件设计复杂度高，实用中很可能由于软硬件缺陷导致可靠性问题。采用这种中断结合多点随机查询的办法，既克服了周期性查询的效率低、实时性差的缺点，又消除了完全被动接收的不可靠性。

3实现

根据上文提出的收发机制，建立一个实验终端系统，检查实际性能。

3、1系统硬件平台

LSI403LP是DSP芯片。它可提供4路Rj11接口供传统电话机接入，1路RJ-45接口连接internet,还有一个RS-232接口供系统程序维护与升级。使用这种VOIP网关后，可使小型企业或家庭用户方便快捷地接入internet直接进行语音通信，不但便捷而且经济。给出了硬件和软件的结构设计。

本系统核心采用LSI403LP定点数字信号处理器，时钟频率150MHz,最高速率600MIPS.具有外部指令和数据存储器接口，类存储器外设接口，三种接口共享地址、数据总线和读写等控制信号，但具有各自的片选信号，而且可以单独配置，兼容不同访问时序。

本系统的NIC选用RTL8019AS[4].该NIC支持ISA总线，可直接按存储器方式访问，支持10BASE-T,有16KBytes片内SRAM,可作为一级缓存，其中14KB作为接收缓存，2KB作为发送缓存。ISA总线： （Industry Standard Architecture:工业标准体系结构）是IBM公司为PC/AT电脑而制定的总线标准，为16位体系结构，只能支持16位的I/O设备，数据传输率大约是16MB/S.也称为AT标准。开始时PC机面向个人及办公室，定义了8位的ISA总线结构，对外公开，成为标准（ISO ISA标准）。

本系统的以太网接口模块电路如图4.8019的JP引脚接高电平，将8019设置在jumper工作模式。此模式下，8019的部分功能由跳线开关来设定，软件控制使用NE2000寄存器组。LSI403LP对8019的一个访问周期即PCS0N的一个有效周期，可通过403的寄存器设置为403时钟周期的整数倍。以太网（Ethernet）指的是由Xerox公司创建并由Xerox,Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范。是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。 以太网络使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测技术）技术，并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。以太网与IEEE802·3系列标准相类似。

3、2系统软件设计

本系统软件架构如图5,网络通信流程按照上文描述设计。本系统基于单DSP,采用uC/OS-II 嵌入式实时操作系统。uC/OS-II采用基于优先级的抢占式多任务内核，最高优先级任务一旦就绪就必须抢占处理器，任务级响应时间可预知，对实时通信应用非常重要。

本系统中存在一个网络接收任务和多个网络发送任务，NIC作为它们的共享资源，利用一个信号量来进行资源分配，以确保这几个任务不会同时访问NIC,导致NIC故障。

4实验结果

将一台PC作为主机与一台实验终端通过10Base-T以太网直接连通，不通过任何中间节点，进行以下测试，考察本系统以太网接口的性能。

4、1中断频率

主机向实验终端发送100字节的ICMP回传请求报文，发送10万次，发送速率约8330次/秒，占用带宽约7.0Mbps.实验终端收到ICMP报文并且解析正确则是一次成功接收，但并不响应。LSI403与8019采用不同通信带宽，实验结果如表1.

表1说明，在终端内部，随着上层与一级缓存通信速率的降低，接收中断次数大大减少，报文丢失数有一定增加，但收到的报文数远高于中断次数。说明本系统的接收机制，能够有效减少中断和任务切换对处理器资源的消耗，弥补上层与一级缓存通信速率的不足。表1中第6种配置下，有大量数据包丢失，原因是403外部总线通信速率略高，数据传输出错。

总线通信速率低，与处理器速度慢或者协议栈效率低对网络报文接收性能的影响是一致的，因此，这些都能够采用本系统的接收机制来获得较大的改善。

4、2带宽

带宽（band width）又叫频宽，是指在固定的的时间可传输的资料数量，亦即在传输管道中可以传递数据的能力。在数字设备中，频宽通常以bps表示，即每秒可传输之位数。在模拟设备中，频宽通常以每秒传送周期或赫兹 （Hz）来表示。

采用表1中第5种配置，测试环境与中断频率测试相同，ICMP回传请求报文长度分别为60和1514字节。主机配置是2.4GHz奔4处理器，256MDDR内存，RTL8139快速网卡，按0ms间隔（即最高速度）发送数据。测试结果如表2.本系统两种情况下的吞吐量分别可以达到5.77Mbps和9.55Mbps,说明本系统对网络带宽具有很高的使用效率。

4、3冲击测试

计算机网络中，各个节点都可能遭到大量数据冲击，导致发生故障，甚至无法自动恢复。为检测本系统抗冲击能力，主机向实验终端连续地发送长度74字节的ICMP回送请求报文。相同带宽下，数据包长度越小，收发频率越高，通