uIP 协议栈分析

1．1  uIP 特性 
    uIP由瑞典计算机科学学院(网络嵌入式系统小组)的 Adam Dunkels开发。其源代码由 C 语言编写，并完全公开，所有代码和相关说明文档可以到
下载。最新版本是uIP1.0 版本，本书移植和使用的版本正是此版本。 
    uIP 协议栈去掉了完整的 TCP/IP 中不常用的功能，简化了通讯流程，但保留了网络通信必须使用的协议，设计重点放在了 IP/TCP/ICMP/UDP/ARP 这些网络层和传输层协议上，保证了其代码的通用性和结构的稳定性。 由于 uIP协议栈专门为嵌入式系统而设计，因此还具有如下优越功能： 
    （1） 代码非常少，其协议栈代码不到 6K，很方便阅读和移植。 
    （2） 占用的内存数非常少，RAM 占用仅几百字节。 
    （3） 其硬件处理层、协议栈层和应用层共用一个全局缓存区，不存在数据的拷贝，且发送和接收都是依靠这个缓存区，极大的节省空间和时间。  
    （4） 支持多个主动连接和被动连接并发。 
    （5） 其源代码中提供一套实例程序：web 服务器，web 客户端，电子邮件发送程序(SMTP客户端)，Telnet服务器， DNS 主机名解析程序等。通用性强，移植起来基本不用修改就可以通过。 
    （6） 对数据的处理采用轮循机制，不需要操作系统的支持。 
    由于 uIP 对资源的需求少和移植容易，大部分的 8 位微控制器都使用过 uIP协议栈,  而且很多的著名的嵌入式产品和项目(如卫星，Cisco路由器，无线传感器网络)中都在使用 uIP协议栈。

1．2  uIP 架构 
    uIP相当于一个代码库，通过一系列的函数实现与底层硬件和高层应用程序的通讯，对于整个系统来说它内部的协议组是透明的，从而增加了协议的通用性。uIP协议栈与系统底层和高层应用之间的关系如图1－1所示。

    从上图可以看出，uIP 协议栈主要提供了三个函数供系统底层调用。即uip_init(), uip_input()  和 uip_periodic() 。其与应用程序的主要接口UIP_APPCALL( )。 
    uip_init()是系统初始化时调用的，主要初始化协议栈的侦听端口和默认所有连接是关闭的。 当网卡驱动收到一个输入包时，将放入全局缓冲区 uip_buf中，包的大小由全局变量 uip_len 约束。同时将调用 uip_input()函数，这个函数将会根据包首部的协议处理这个包和需要时调用应用程序。当 uip_input()返回时，一个输出包同样放在全局缓冲区 uip_buf 里，大小赋给 uip_len。如果 uip_len 是 0，则说明没有包要发送。否则调用底层系统的发包函数将包发送到网络上。 uIP 周期计时是用于驱动所有的 uIP 内部时钟事件。当周期计时激发，每一个TCP连接都会调用uIP函数uip_periodic()。 类似于uip_input()函数。 uip_periodic()函数返回时，输出的 IP 包要放到 uip_buf 中，供底层系统查询 uip_len 的大小发
送。 
    由于使用 TCP/IP 的应用场景很多，因此应用程序作为单独的模块由用户实现。uIP 协议栈提供一系列接口函数供用户程序调用，其中大部分函数是作为 C的宏命令实现的，主要是为了速度、代码大小、效率和堆栈的使用。用户需要将应用层入口程序作为接口提供给 uIP 协议栈，并将这个函数定义为宏
UIP_APPCALL()。这样，uIP在接受到底层传来的数据包后，在需要送到上层应用程序处理的地方，调用 UIP_APPCALL( )。在不用修改协议栈的情况下可以适配不同的应用程序。