【STM32H7】第1章 当前主流的小型嵌入式网络协议栈

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第1章   当前主流的小型嵌入式网络协议栈

这几年物联网发展迅猛，各种新产品、新技术也是层出不穷，本章节就为大家介绍当前主流的小型嵌入式网络协议栈。

1.1 当前主流的嵌入式网络协议栈

1.2 uIP网络协议栈介绍

1.3 LwIP网络协议栈介绍

1.4 Contiki物联网系统介绍

1.5 embOS/IP网络协议栈介绍

1.6 uC/TCP-IP网络协议栈介绍

1.7 Mbed OS物联网系统介绍

1.8 FreeRTOS-TCP网络协议栈介绍

1.9 Cyclone TCP网络协议栈介绍

1.10 RL-TCPnet网络协议栈介绍

1.11 ThreadX NetXDUO网络协议栈介介绍

1.12 总结

 

 

1.1   当前主流的嵌入式网络协议栈

当前主流的小型嵌入式网络协议栈主要有：uIP，LwIP，embOS/IP，uC/TCP-IP，FreeRTOS-TCP，Cyclone TCP，RL-TCPnet和ThreadX NetXDUO。当然，还有其它的网络协议栈，只是不被我们所知，这里把前面说到的其中几款协议栈进行简单的介绍。另外，物联网系统Contiki和Mbed OS也进行了介绍。

1.2   uIP网络协议栈介绍

uIP主要用于8位和16位微控制器的小型嵌入式网络协议栈。最初，uIP 网络协议栈由瑞典计算机科学院的Adam Dunkels 开发，其源代码由C 语言编写，并完全开源。

uIP协议栈最大的优势就是短小精悍，Flash和RAM需求小，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，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。

当前最新版本是uIP1.0，已经好多年没有再更新，后期更新已经全部整合到Contiki里面了。GitHub下载地址：https://github.com/adamdunkels/uip。

1.3   LwIP网协议栈介绍

LwIP也是瑞典计算机科学院的Adam Dunkels 开发的开源TCP/IP协议栈。

LwIP属于小型嵌入式网络协议栈，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，它只需十几KB的RAM和40KB左右的ROM就可以运行，这使LwIP协议栈适合在低端的嵌入式系统中使用。LwIP协议栈主要关注的是怎样减少内存的使用和代码的大小，这样就可以让LwIP适用于资源有限的小型平台。

LwIP的特点如下：

•   支持的协议

IP, ICMP, UDP, TCP, IGMP, ARP, PPPoS, PPPoE, DHCP client, DNS client, AutoIP/APIPA (Zeroconf), SNMP agent。

•   API接口函数

提供专门的内部回调接口(Raw API)，用于提高应用程序性能以及可选择的BSD Socket API (在多线程情况下使用) 。

•   扩展功能

通过多个网络接口进行IP转发，TCP拥塞控制，RTT估算和快速恢复/快速重传机制。

•   应用层的支持

HTTP server, SNTP client, SMTP client, ping, NetBIOS nameserver。

 

LwIP在开源的小型网络协议中做的比较成功，应用案例也非常多，下面是官网和相关的介绍文档。

LwIP的官网：http://savannah.nongnu.org/projects/lwip/ 。

LwIP的文档：http://lwip.nongnu.org/2_0_x/index.html 。

LwIP教程：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=95874 。

1.4   Contiki物联网系统介绍

Contiki的内核以及大部分的核心功能也是由瑞典计算机科学院的Adam Dunkels开发。

Contiki是一个小型的，开源的，易移植的多任务系统。可用于内存受限的网络系统，支持在各种平台上运行。Contiki最强大的还是它的网络功能，提供了强大的低功耗互联网通信，Contiki支持完整标准的IPv6和IPv4以及近几年新出的低功耗无线标准：6lowpan，RPL，CoAP。 如果使用Contik 的ContikiMAC和可休眠的路由器功能，即使是无线路由器也可以使用电池供电。

根据Contiki官方的说明，当前的定位就是：开源的物联网系统，将低成本、低功耗的设备连接到网络，通过强劲的网络功能来构建复杂的无线网络。

更多Contiki相关的知识可以上其官网：http://www.contiki-os.org/ 进行了解。

•   作者Adam Dunkels

由前面的介绍，我们了解到uIP，LwIP和Contiki的作者都是他，所以我们有必要了解下。作者

的相关信息在wiki百科上面有一些介绍：https://en.wikipedia.org/wiki/Adam_Dunkels 。

1.5   embOS/IP网络协议栈介绍

embOS/IP是SEGGER出品的高性能小型网络协议栈，已经针对速度、功能和占用空间进行优化，纯C编写，几乎可以用于任何CPU上。它是作为embOS实时操作系统中间件存在的。

embOS/IP的功能特性如下：

•   含有类似ANSI C 中socket.h的头文件，如果一个应用程序是用标准C Socket编写的，那么使用embOS/IP将极其方便移植。
•   高性能。
•   代码容量小。
•   简单易用。
•   无需配置。
•   用于多任务环境的话，可以跟任何RTOS一起使用。
•   支持超快性能的零数据复制。
•   标准的Socket接口。
•   支持原始Socket。
•   所有函数都有非阻塞版本。
•   连接数量仅受内存容量限制。
•   数据包重组。
•   驱动代码支持大部分常见的设备。
•   运行时可配置。
•   支持PPP/PPPOE。
•   支持各种上层协议。
•   支持大部分常用MCU自带MAC和外置MAC。

 

具体支持协议和功能如下：

 

更多embOS/IP相关的知识可以上其官网：https://www.segger.com/embos-ip.html 进行了解。另外embOS/IP是收费的，收费标准看这里：https://www.segger.com/pricelist-embos-ip.html 。

1.6   uC/TCP-IP网络协议栈介绍

uC/TCP-IP是Micrium发布的小型协议栈，这个协议栈不像uCOS那么多人去使用，因为源码是不开源的，所以相比uCOS来说，研究uC/TCP-IP的人非常少。

不过从2017年开始，Micrium推出了傻瓜式图形开发平台Platform Builder，打算全面推广uCOS及其所有中间件，以后应该会有不少人去用。

uC/TCP-IP支持的功能如下：

更多uC/TCP-IP相关的知识可以上其官网：https://doc.micrium.com/display/TCPIPDOC34 进行了解。另外，uCTCP/TCP-IP也是收费的。

1.7   Mbed OS物联网系统介绍

Mbed OS是ARM官方这两年新推出的，发展迅猛，是一种专为物联网 (IoT) 中的设备而设计的开源嵌入式操作系统。该操作系统非常适合涉及智能城市、智能家庭和穿戴式设备等领域的应用程序。

Mbed操作系统在微控制器上属于Mbed IoT设备的客户端部分，专为Mbed设备连接器、Mbed设备服务器和 Mbed客户端配合使用而设计。总的来说，这一平台提供了全面的 IoT 解决方案，从驱动、开发环境、软件、开发工具到物联网云端的一条龙服务，以便能够大规模创建和部署IoT 设备。

Mbed支持以太网，WiFi，IPv6，6LoWPAN和Bluetooth Low Energy (BLE)。更多Mbed相关的知识可以上其官网：https://www.mbed.com/en/ 进行了解。

1.8   FreeRTOS-TCP网络协议栈介绍

FreeRTOS-TCP网络协议栈是FreeRTOS官方在2016年年初发布的，也是开源免费的，有兴趣可以研究下，官方地址：http://www.freertos.org/FreeRTOS-Plus/FreeRTOS_Plus_TCP/index.html

当前支持的功能如下：

FreeRTOS-TCP的手册在网站的左侧列表上，比LwIP的文档好很多。

 

1.9   Cyclone TCP网络协议栈介绍

注：此贴进行了详细介绍：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=98896 。

Cyclone TCP是开源的，功能齐全，整体框架如下：

 

支持的安全连接方式：

 

各种加密应有尽有：

一般我们可以使用开源免费版的GPLv2授权方式：

 

1.10 RL-TCPnet网络协议栈介绍

RL-TCPnet是KEIL发布的，功能也比较全面，而且抗网络攻击通过 Achilles Level 1认证。详细介绍可以看RL-TCPnet V7.X教程：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=95243 。

 

1.11 ThreadX NetXDUO网络协议栈

ThreadX的网络协议栈对其它网络协议栈几乎是碾压性优势。一张图，几乎涵盖了我们日常项目大部分应用：

 

各个行业的安全认证：

 

物联网协议方向安全认证：

 

加密库也做了认证：

 

1.12 总结

本章主要为大家讲解了几款主流的嵌入式网络协议栈，让大家对当前的小型嵌入式网络协议栈有一个整体的了解，关于这几款嵌入式协议栈的更多知识可以上其官网进行了解和学习。