圖3  網卡芯片接口電路

2  軟件設計

網絡讀寫器軟件設計包括μC/OSII移植、LwIP協議棧移植、網卡驅動程序和上層應用程序的編寫4個部分。軟件設計整體框架如圖4所示。

2.1  μC/OSII移植

操作系統移植是LwIP協議棧移植和應用程序編寫的基礎[3],其在LPC2138上的移植內容包括：

① 完成操作系統所需的基本配置和數據類型定義、開關中斷函數文件OS_CPU.H的編寫。

② 在文件OS_CPU.C完成堆棧初始化函數OSTaskStkInit（）函數，并根據自身需求編寫相關Hook函數。

③ 利用文件OS_CPU_A.S完成啟動最高優(yōu)先級任務的函數OSStartHighRdy、任務切換函數OSCtxSw、中斷級任務切換函數OSIntCtxSw、系統時鐘中斷服務函數OSTickISR的編寫。

④ 初始化定時器0,為系統提供時鐘。

2.2  LwIP協議棧移植

① 完成LwIP協議內部使用的數據類型的定義，如u8_t、s8_t、u16_t、u32_t等。這樣使得協議棧內部使用的數據類型不再受移植平臺處理器和編譯器的影響，增強了協議棧的可移植性。移植時，根據編譯器和移植平臺事先定義好這些數據類型，定義如下：

typedef unsignedcharu8_t;//定義8位無符號整數

typedef signedchars8_t;//定義8位帶符號整數

typedef unsignedshortu16_t;//定義16位無符號整數

typedef signedshorts16_t;//定義16位帶符號整數

typedef unsignedintu32_t;//定義32位無符號整數

typedef signedints32_t;//定義32位帶符號整數

② 定義臨界區(qū)保護函數用于開關中斷，定義結構體封裝宏以避免編譯器地址自動對齊。LwIP的實現基于這樣一種機制，即上層協議已經明確知道了下層所傳上來的數據的結構特點，上層直接使用地址計算得到想要的數據，而避免了數據遞交時的復制與緩沖。所以需定義結構體封裝宏，禁止編譯器的地址自動對齊以防止數據結構被打亂。

③ 實現與信號量和郵箱操作相關的函數[5],比如建立、刪除、等待、釋放等。LwIP使用郵箱和信號量來實現上層應用程序與協議棧間、下層硬件驅動與協議棧間的信息交互。這些函數可以通過調用μC/OSII提供的信號量、郵箱函數來實現。

④ 實現一個與等待超時相關的函數sys_arch_timeouts.該函數能夠返回當前協議棧超時事件鏈表的首地址。在初始化LwIP進程時，會同時初始化一些超時事件，如ARP超時、TCP超時等，當某些事件等待超時后，協議棧會自動調用一些超時處理函數作相關處理，以滿足TCP/IP協議棧的需求。

⑤ 實現創(chuàng)建一個進程的函數，可以通過操作系統提供的OSTaskCreate函數完成。

2.3  網卡驅動程序編寫

網卡芯片生產廠商一般都提供了豐富的驅動函數，對這些接口函數進行相應的封裝，將接收到的數據包封裝為LwIP協議棧熟悉的數據結構，將發(fā)送的數據包封裝為芯片熟悉的數據結構。發(fā)送數據包和接收數據包的函數需要被實現。芯片與控制器LPC2138接口定義如下：

#defineSPI_SCK（0x01﹤﹤4） //P0.4

#defineSPI_MISO（0x01﹤﹤5） //P0.5

#defineSPI_MOSI（0x01﹤﹤6） //P0.6

#defineENC28J60_CS（0x01﹤﹤8） //P0.8

#defineENC28J60_INT（0x01﹤﹤9） //P0.9

2.4  應用程序編寫

基于多任務環(huán)境，在讀寫器上創(chuàng)建兩個任務：一個為HTTP服務器任務，此時讀寫器可看作是一個網絡服務器，它可以響應遠程的瀏覽器連接請求，并返回Html數據至瀏覽器上，這樣就可以遠程獲取讀寫器狀態(tài)；另一個為讀寫器的讀寫任務，此時讀寫器作為一個客戶端使用，它需要連接到遠程的控制服務器，接收服務器的配置或控制命令，以響應并進行相關操作，最后返回操作結果或數據給服務器端。應用程序流程如圖5所示。