引    言

　　当今的信息时代，是一个构筑在网络基础之上的时代，互联网已经渗透到人们工作和生活的各个角落。随着计算机的发展，嵌入式系统已成为计算机领域的一个重要组成部分。将嵌入式系统与Internet 结合起来，就可以在两者之间实现方便、低廉的信息交流。

　　但是，目前大多数嵌入式系统的网络功能还十分有限：以MCU为核心，与一些监测、伺服、指示设备配合实现一定的功能。在一些工业和汽车应用中，利用CAN、RS-232、RS-485 等总线将MCU组网，实现多个MCU之间的信息交流，但这种网络的有效半径比较有限，有关的通信协议也比较少，并且一般是孤立于Internet以外的，所以局限性较大。把嵌入式系统连接到Internet上，已成为嵌入式系统今后发展的一个重要方向，而且也将成为今后嵌入式系统必须具备的功能之一。

　　嵌入式TCP/IP协议栈的实现方式

　　目前Internet上的通信实现方式大都是基于TCP/IP协议，嵌入式设备要与Internet网络直接交换信息，就必须支持 
TCP/IP协议。嵌入式系统中TCP/IP协议

　　硬件方式是指利用TCP/IP协议栈的硬件芯片，由它实现协议的转化，从而实现相应的网络功能。但这样做的缺点是增加了硬件成本，对一些功能单一的嵌入式设备来说是很大的浪费www.cechina.cn，而且所增加的成本有时是难以接受的。

　　本文提出了一种软件实现嵌入式系统网络化的方法CONTROL ENGINEERING China版权所有，通过简化的TCP/IP协议LwIP实现嵌入式系统与网络的互联。单片机要在完成原来控制系统功能的前提下，同时实现网络通信，既要发送又要接收，没有RTOS操作系统支持简直不可想象，所以将其移植到嵌入式实时操作系统μC/OS中，由操作系统对其进行任务的管理与调度。

　　LwIP 协议简介

　　LwIP是Light Weight (轻型)IP协议，有无操作系统的支持都可以运行。LwIP实现的重点是在保持TCP协议主要功能的基础上减少对RAM 的占用，一般它只需要几百字节的RAM和40K左右的ROM就可以运行www.cechina.cn，这使LwIP协议栈适合在低端的嵌入式系统中使用。

　　其主要特性如下：

　　①支持多网络接口下的IP转发；

　　②支持ICMP协议；

　　③包括实验性扩展的UDP(用户数据报协议)；

　　④包括阻塞控制、RTT 估算、快速恢复和快速转发的TCP(传输控制协议)；

　　⑤提供专门的内部回调接口(Raw API)，用于提高应用程序性能；

　　⑥可选择的Berkeley接口API (在多线程情况下使用) 。

　　μC/OS操作系统

　　μC/OS是专门为单片机嵌入式应用设计的实时操作系统内核，被广泛应用到各种嵌入式系统中。其特点可以概括为以下几个方面：源代码公开，代码结构清晰、明了，注释详尽；可移植性好；可裁剪，可固化；最多可以管理60个任务，覆盖定时器、信号量、事件标志、邮箱、队列和内存管理，还支持互斥型信号量(Mutual Exclusion Semaphore)；μC/OS除对商业应用收取少量许可费用外，其它用途的应用都是免费的。但是缺少对外围设备和接口的支持，没有文件系统、网络协议、图形界面，这些需要用户自己去实现。

　　由于LwIP 会为每个网络连接动态分配一些信号量和消息队列，当连接断开时会删掉这些信号量和消息队列。较低的版本如μC/OS-2.0不支持信号量和消息队列的删除，所以要选择高一些的版本CONTROL ENGINEERING China版权所有，本文中选用的是μC/OS-2.51版本。

　　LwIP协议的移植

　　整个系统的结构如图1所示，由MCU、网卡、网络设备驱动、μC/OS操作系统、LwIP协议栈和应用程序6 个部分组成。下面从与MCU 的接口、与网卡接口、与高层应用程序接口等几部分，说明LwIP 移植的具体方法和实现过程。

图1　系统示意图

　　与M.CORE 2107 接口的实现

　　基于X86平台的PC机是小端字节顺序，而M.CORE 2107默认为大端存储系统。因而为了保证数据的正确传输，对int、uint16、uint32等多于1 字节类型的数据变换其存储顺序。字节顺序是指占内存多于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序，通常有小端、大端两种字节顺序。小端字节序是指低字节数据存放在内存低地址处，高字节数据存放在内存高地址处；大端字节序是指高字节数据存放在低地址处，低字节数据存放在高地址处。

　　C编译器修改

　　在LwIP中各个报头的定义使用struct结构，默认情况下C编译器为结构的每个成员按其自然对界条件分配空间，但是LwIP使用的是通过结构体中不同数据的长度来读取相应的数据的控制工程网版权所有，所以必须对编译器进行