1、iUDP 通信实验【摘要】利用基于嵌入式实时操作系统 C/OS-II 的 ZLG/IP 软件包，利用实验板光盘提供的 UDPtest 软件可以实现实验板跟 PC 机的数据收发。【关键词】ARM UDP C/OS-II 操作系统ii目 录第 1 章 硬件实现 11.1 RTL8019AS 网络控制器介绍 1第 2 章 C/OS-II 操作系统 32.1 C/OS-II 系统简介 .32.2 C/OS-II 的特点 .32.3 任务模式 .32.4 支持的指令集 .42.5 移植 C/OS-II .4第 3 章 ZLG/IP 软件包结构和配置 .63.1 ZLG/IP 软件包结构 6第 4 章 设
2、计过程 84.1 设计步骤 .84.2 实验程序 .104.2.1 宏定义 .104.2.2 RTL8019AS 监听任务 114.2.3 UDP 通信程序 124.2.4 创建系统任务并初始化 .144.2.5 主程序 .154.2.6 定时器中断控制 .16第 5 章 实验结果 19iii第 6 章 课程设计体会 211第 1 章 硬件实现1.1 RTL8019AS 网络控制器介绍RTL8019AS 是一种全双工即插即用的以太网控制器，它在一块芯片上集成了 RTL8019 内核和一个 16KB 的 SDRAM 存储器。它兼容 RTL8019 控制软件和 NE2000 8bit 或 16bi
3、t 的传输，支持UTP,AUI,BNC 和 PNP 自动检测模式，支持外接闪烁存储器读写操作，支持 I/O 口地址的完全解码，具有 LED 指示功能。其接口符合 Ethernet2 和 IEEE802.3（10Base5,10Base2,10BaseT）标准。RTL8019AS 采用 100 脚 PQFP 封装，其主要引角功能如下：引角 14,97100：中断控制 INT0-7;引角 33：复位控制；引脚 34：使能控制角 AEN,低电平有效；引脚 6,7,70，89：数字电源，5V；引脚 14,28,83,86：数字地 GND;引脚 47,57：模拟电源：5V；引脚 44,52：模拟地；引脚
4、 713,15,16,1827：ISA 地址总线；引脚 3643,87,88,9095：ISA 数据总线；引脚 31：Boot ROM 读操作控制；引脚 32：Boot ROM 写操作控制；引脚 62：RX 接收数据显示 LED1 脚；引脚 63：TX 发送数据显示 LED2 脚；引脚 58,59:接收数据 TP IN+/-;引脚 45,46:发送数据 TP OUT+/-;引脚 50,51:外接晶体。2图 1 RTL8019AS 接线图3第 2 章 C/OS-II 操作系统2.1 C/OS-II 系统简介C/OS-II 读做“ microCOS2”，意为“微控制器操作系统版本 2”。C/OS-
5、II 是著名的、源码公开的实时内核，可用于各类 8 位、16 位和 32位单片机、arm 或 DSP 等等。 C/OS-II 是一个完整的、可移植、可固化、可剪裁的占先式实时多任务内核。应用程序处于整个系统的顶层.每个任务都可以认为自己独占了 CPU，因而可以设计成为一个无限循环。2.2 C/OS-II 的特点 可移植性（portable） 可固化(ROMmable) 可剪裁(scalable) 可剥夺(preemptive) 多任务 可确定性 任务栈 系统服务 中断管理 稳定性与可靠性多任务是指：C/OS-II 可以管理 64 个任务，然而，C/OS-II 的作者建议用户保留 8 个给 C/
6、OS-II。这样，留给用户的应用程序最多可有 56 个任务。系统服务指：C/OS-II 提供很多系统服务，例如信号量、互斥信号量、时间标志、消息邮箱、消息队列、块大小固定的内存的申请与释放及时间管理函数等。中断管理指：中断可以使正在执行的任务暂时挂起，如果优先级更高的任务被中断唤醒，则高优先级的任务在中断嵌套全部退出后立即执行，中断嵌套层数可达 255 层。2.3 任务模式ARM7 处理器核具有用户、系统、管理、中止、未定义、中断和快中4断七种模式 。用户模式(USER MODE)是 ARM 通常执行状态，用于执行大多数应用程序；快速中断模式(FIQ MODE)支持数据传输或通道处理；中断模式
7、 (IRQ MODE)用于通用中断处理；超级用户模式(SVC MODE)是一种操作系统受保护的模式：数据中止模式(ABT MODE)指令预取指中止、数据中止时进入该模式；未定义模式(UND MODE)当执行未定义的指令时进入该模式；系统模式(SYS MODE) 是操作系统一种特许的用户模式。除了用户模式之外，其他模式都归为特权模式，特权模式用于中断服务、异常或者访问受保护的资源特权模式中除系统模式之外另 5 种模式又称为异常模式，在移植过程中必须设置中断向量表来处理异常。uCOS II 的移植主要处理标准中断(IRQ)、快速中断 (FIQ)和软件中断(SWI) 。2.4 支持的指令集带 T 变
8、量的 ARM7 处理器核具有两个指令集：标准 32 位 ARM 指令集和 16 位 Thumb 指令集，两种指令集有不同的应用范围，C/OS-II 包含了这些指令集的切换(TaskIsARM()和 TaskIsTHUMB()用于改变指令集)。2.5 移植 C/OS-IIC/OS-II 要求所有.C 文件的都要包含都文件 includes.h，这样使得用户项目中的每个.C 文件不用分别去考虑它实际上需要哪些头文件。使用includes.h 的缺点是它可能会包含一些实际不相关的头文件，这意味着每个文件的编译时间可能会增加，但却增强了代码的可移植性。在本移植中另外增加了一个头文件 config.h，
9、我们要求所有用户程序必须包含 config.h，在 config.h 中包含 includes.h 和特定的头文件和配置项。而 C/OS-II 的系统文件依然只是包含 includes.h，即 C/OS-II 的系统文件完全不必改动。所有的配置改变包括头文件的增减均在 config.h 中进行，而 includes.h 定下来后不必改动（C/OS-II 的系统文件需要包含的东西是固定的） 。这样，C/OS-II 的系统文件需要编译的次数大大减少，编译时间随之减少。COS-II 不使用C语言中的 short、int、long等数据类型的定义，因为它们与处理器类型有关，隐含着不可移植性。代之以移植
10、性强的整数数据类型，这样，既直观又可移植。在使用周立功提供的 C/OS-II 模板的任何功能之前，必须调用函数OSInit()，它完成 C/OS-II 的初始化并建立空闲任务。在开始多任务之前，5必须建立至少一个用户任务（不包括 C/OS-II 的空闲任务） ，这是通过调用函数 OSTaskCreate()或函数 OSTaskCreateExt()实现。最后函数 main()调用函数 OSStart()将控制权交给 C/OS-II 内核 main()函数也就结束了。C/OS-II 应用程序主函数如下：程序清单 1int main (void)OSInit(); /初始化 uC/OS-IIOST
11、askCreate(TaskStart,(void *)0, /创建起动任务OSStart(); /开始多任务6第 3 章 ZLG/IP 软件包结构和配置3.1 ZLG/IP 软件包结构为了使软件可移植性强、易维护，该软件包采用分层的方法编写。包括网络传输用到的协议、硬件驱动及 C/OS-II 的结构进行分层。ZLG/IP 包相关文件说明如 表格 1 表格 1 软件包相关文件说明传输层有两个协议传输数据：传输控制协议 TCP 和用户数据报协议 UDP。 TCP 协议是面向连接的一个协议，可靠性高，费用也高；UDP 协议是提供最少服务和费用的传输层协议。UDP 是最简单的传输层协议，它具有以下特
12、点： 无连接：UDP 不基于连接来传输数据。 不可靠：UDP 的数据报发送时没有定序，所以UDP 传送的数据是不可靠的，只有靠应用层协议中增加超时重发等功能才能提供可靠的服务。 提供应用层协议标识：UDP 报头有定义应用层协议标识和目标应用层标识。 提供 UDP 报的校验和：UDP 报头包含有整个UDP 报（包括报头和有效负载）及伪报头的校验和，计算方法与计算 IP 数据报校验和的计算方法相同。 缓冲：UDP 协议不提供任何数据接收或发送的缓文件名 简要说明ARP.C 地址解析协议CRC.C 循环冗余码校验Ethernet.C 以太网标准HARDWARE.C 硬件驱动IP.C 网络互联协议IC
13、MP.C 因特网控制消息协议Socket.C 本地端口协议TCP.C 传输控制协议UDP.C 用户数据包协议7冲区。缓冲区应该由应用层协议提供。 分段：UDP 协议不提供分段传输方式，所以应用层协议要尽量发送小的包。SOCKET 接口函数是 TCP/IP 的 API。使用 SOCKET API 函数编写 UDP 通信的任务时，分为服务器方式两种。服务器方式是先接收到数据再进行处理，而客户机则是先发生数据后等待回应处理，它们用到的 SOCKET API 函数都是相同的。如 图 2 所示就是 UDP 通信时服务器端和客户机通信函数应用过程图。s o c k e t 创建套接字B l i n d (
14、 ) 本地 I P 和端口与套接字相连R e c v f r o m ( ) 和 s e n d t o ( ) 直接完成数据收发C l o s e s o c k e t ( ) 删除套接字结束s o c k e t 创建套接字B l i n d ( ) 本地 I P 和端口与套接字相连R e c v f r o m ( ) 和 s e n d t o ( ) 直接完成数据收发C l o s e s o c k e t ( ) 删除套接字结束服务器端 客户机端图 2 UDP 通信是 SOCKET API 函数的应用8第 4 章 设计过程4.1 设计步骤由于使用 DM9000 的网络控制芯片的
15、 Magic2200 的实验箱有点问题，后来我们改用使用 RTL8019AS 网络控制芯片的EasyARM2200 教学实验平台。1) 启动 ADS1.2，使用 ARM Executable Image for COS-II（lpc22xx）工程模板建立一个工程 shiyan。2) 把 COS-II 内核源码和移植文件，ZLG/IP 软件包目录拷贝到已建工程目录下，如 图 3 所示，arm 目录为移植文件目录，Source 目录为 COS-II 内核源码，tcpip 目录为 ZLG/IP 软件包目录。图 3 项目目录结构3) 修改 tcpipincludecfg_net.h 文件，修改 MAC
16、 地址为：0x00,0x14,0x97,0x0F,0x1F,0x9D、子网掩码为 255.255.0.0、IP 地址：172.30.172.77、本地网关地址为 PC 机 IP：172.30.172.125 。如 程序清单 29程序清单 2 MAC 和 IP 设置/* first Net Port Config */#define My_Mac_1ID 0x00,0x14,0x97,0x0F,0x1F,0x9D /将 RTL8019 的物理地址存储在程序空间?#define IP_MARK_1ID 255,255,0,0 /255.255.255.0,子网掩码#define MY_IP_1ID
17、 172,30,172,77#define MY_GATEWAY_1ID 172,30,172,125/*End Net Port Config */4) 修改 shiyansrcos_cfg.h 文件，OS_MAX_EVENTS 改为42，OS_LOWEST_PRIO 改为 62，OS_MAX_QS 改为 10。5) 在 ADS 的项目窗口中添加 TCPIP 的文件组；然后把tcpip目录下的ARPArp.c、ETHERNETEthernet.c、HARDWAREHardware.c、IPIp.c、 PINGIcmp.c、SOCKETzlg_socket.c 和TCPTcp.c、 UDPUd
18、p.c 等文件添加到该文件组，最后把程序编好添加到 ADS 项目窗口的 user 文件组中，如10图 4 shiyan 工程窗口6) 在 Startup.s 文件的 ResetInit 子程序中，修改存储器接口Bank3 总线配置，如程序清单程序清单 3 存储器接口 Bank3 总线配置LDR R0, =BCFG3 ；设置 BCFG3 寄存器LDR R1, =0x10001460STR R1, R04.2 实验程序4.2.1 宏定义首先对程序进行初始化宏定义，如 程序清单 4程序清单 4 初始化宏定义#include “config.h“#include “/include/cfg_net.h
19、“void Timer1_Init(void);#define TASK_START_ID 0 #define TASK_1_ID 111#define TASK_2_ID 2#define TASK_3_ID 3#define TASK_4_ID 4#define TASK_5_ID 5#define TASK_6_ID 6#define TASK_START_PRIO 10 #define TASK_1_PRIO 11#define TASK_2_PRIO 12#define TASK_3_PRIO 13#define TASK_4_PRIO 14#define TASK_5_PRIO 1
20、5#define TASK_6_PRIO 16#define MSG_QUEUE_SIZE 20 OS_EVENT *RecPackedFlag; OS_EVENT *RecBufOverFlowFlag;OS_EVENT *RecTcpPackedFlag;OS_EVENT *RecPingPackedFlag;OS_STK task0_stack3000;OS_STK task1_stack1000;OS_STK task2_stack2000;OS_STK task3_stack1000;OS_STK task4_stack2000;4.2.2 RTL8019AS 监听任务网络控制器监听
21、程序，如 程序清单 5程序清单 5 网卡监听任务void TaskB(void *pdata) /重要的监听 RTL8019AS 任12务void * UdpTemp;uint8 eer; while (1)UdpTemp=OSQPend(RecUdpQFlag,0,if(eer=OS_NO_ERR)Udp_Process(Rec_Ptr *)UdpTemp);eer=eer; 4.2.3 UDP 通信程序UDP 通信程序见 程序清单 6程序清单 6 UDP 服务器void TaskD(void *pdata) uint8 add36=“ZLGMCUyhbabcdefghijklmnopqrs
22、tuvwxyz“;/当接收到“A”时发送的数据uint8 add110=“123456789“;/当出错是发送的数据uint8 rec_buffer100; /发送缓存区SOCKET s; uint8 couter_byte=5; /重复发送的次数int rec_coute,send_coute;uint16 iii;struct sockaddr servaddr,clientaddr;OSTimeDly(60);13servaddr.sin_family=0; /设置客户机 IPservaddr.sin_addr0=172;servaddr.sin_addr1=30;servaddr.si
23、n_addr2=172;servaddr.sin_addr3=125;servaddr.sin_port=1026; /设置服务器端口号OSTimeDly(60);s=*socket( 0, SOCK_DGRAM, UDP_PROTOCOL);/建立 SOCKETclientaddr.sin_family=0; /设置本地 IPclientaddr.sin_addr0=172;clientaddr.sin_addr1=30;clientaddr.sin_addr2=172;clientaddr.sin_addr3=77;clientaddr.sin_port=1025; /设置本地监听端口号i
24、ii=bind( (SOCKET * ) /绑定服务器地址while (1)rec_coute=recvfrom( s, rec_buffer, 100, 0, (struct sockaddr*) /接收数据if(rec_coute0)if(rec_buffer0=A) /如果第一个数据是“A ”couter_byte=5;elsesend_coute=sendto(s, rec_buffer, rec_coute, 0, (struct sockaddr*) /把接收的数据返回while(couter_byte!=0) /循环发送数据send_coute=sendto(s, add, 34
25、, 0, (struct 14sockaddr*)if(send_coute=34)OSTimeDly(40);elsesend_coute=sendto(s, add1, 9, 0, (struct sockaddr*) /出错后发送的数据OSTimeDly(40);couter_byte-; 4.2.4 创建系统任务并初始化创建系统任务并初始化如 程序清单 7程序清单 7 系统任务void task0(void *pdata) /*在第 1 个任务中设置定时器 0 及中断*/UBYTE iii;#if OS_CRITICAL_METHOD = 3 OS_CPU_SR cpu_sr;#end
26、ifTargetInit(); OSTaskCreateExt(TaskB, /重要的监听RTL8019AS 任务(void *)0,OSTaskCreateExt(TaskD, /接受数据和发送数据(void *)0,SetNetPort();InitNic(0); /RTL8019 芯片初始化,在 global.c 中定义Initial_arp();Tcp_Initial();Udp_Initial();while(1) OSTimeDly(4);doiii=Rec_Packet();while(iii!=0);void Uart_SendChar(INT8U data)16while(U
27、0LSR U0THR = data;4.2.5 主程序程序清单 8 主程序int main (void)UBYTE iii;Timer1_Init();OSInit(); OSTaskCreateExt(task0,(void *)0,RecPackedFlag= OSSemCreate(0);RecBufOverFlowFlag= OSSemCreate(0);RecTcpPackedFlag= OSSemCreate(0);RecPingPackedFlag= OSSemCreate(0);SendFlag= OSSemCreate(1);RecIcmpQFlag=OSQCreate(Re
28、cTcpQFlag=OSQCreate(RecUdpQFlag=OSQCreate(17OSStart(); 4.2.6 定时器中断控制程序清单 9 中断控制void Timer1_Init(void)OS_ENTER_CRITICAL();T1IR = 0xffffffff;T1TC = 0;T1TCR = 0x01;T1MCR = 0x03;T1MR0 = 0xffffff;OS_EXIT_CRITICAL();void Timer1(void)static uint8 m_10sec=0;static uint8 p_sec=0;static uint8 p_min=0;uint8 nu
29、m;OS_ENTER_CRITICAL();T1IR = 0x01;m_10sec+;if(m_10sec=100)p_sec+;m_10sec=0;if(Ping_IP_TTL0)Ping_IP_TTL-;18for(num=0;num0)NetPortnum.ARP_TERMp_min.TTL-;if(Gateway_IP_TTL0)NetPortnum.Gateway_IP_TTL-;if(p_sec=60)p_min+;p_sec=0;if(p_min=60)p_min=0;VICVectAddr = 0; / 通知中断控制器中断结束OS_EXIT_CRITICAL();1920第 5
30、 章 实验结果将 EasyARM2200 教学实验平台上的 JP4 跳线短接，JP6 跳线设置为 Bank0-RAM 和 Bank1-FLASH，用配套的网线连接EasyARM2200 教学实验平台和 PC 机。选用 DebugInExram 生成目标，编译连接工程。选择 ProjectDebug，启动 AXD 进行 JTAG 仿真调试，全速运行。在 PC 机端打开 Windows 操作系统的“开始”“ 运行” ，键入“ping 172.30.172.77 t”如 图 5，然后单击“确定 ”，就可以看到 PING 成功的信息，如 图 6图 5 运行 ping 命令图 6 PING 成功21在
31、PC 机端打开光盘配套 UDPtest 软件，在远程主机地址栏键入 172.30.172.77，远程端口号填入 1025，本地端口号填入 1026就可以发送数据到 EasyARM2200 教学实验平台了，结果如 图 7所示，发送的数据被完整地返回了，如果发送以“A ”开始的字符串，就会返回 5 次“ZLGMCUyhbabcdefghijklmnopqrstuv wxyz” 。结果如 图 8 所示。图 7 返回发送的数据图 8 输入以 A 开头的字符串返回结果22第 6 章 课程设计体会参考文献1周立功.ARM 嵌入式系统基础教程.北京：北京航空航天大学出版社.20082周立功.ARM 嵌入式系统实验教程（三）.北京：北京航空航天大学出版社.20083 马忠梅、马广云.ARM 嵌入式处理器结构与应用基础.北京: 北京航空航天大学出版社.20034ARM 公司.ARM Architecture Reference Manual.20005Jean.Labrosse. 嵌入式实时操作系统 C/OS-II（第 2 版）.邵贝贝等译 . 北京航空航天大学出版社.2003
