基于MicroC/OS-II 的TCP/IP Socket Server
整理一下这几天学习的一些知识，就当是一些知识概念的整理，免得以后忘记了。
一、内容
在NiosII IDE建立基于uC/OS操作系统的TCP/IP Socket Server工程，该应用工程能够初始化LwIP（Light weight IP）stack，运行简单的TCP Server。PC机可以通过Ethernet与开发板通信。硬件系统要求有lan91c111 Ethernet MAC。软件有MicroC/OS-II和LwIP。把配置有Ethernet控制器的硬件系统配置到FPGA中，然后编译运行应用程序。PC机通过Ethernet访问开发板进行通信。
这里所用的平台是：博创UP-AR2000 Quartus II 7.2 Nios II 7.2
二、uC/OS II
uC/OS-II只是一个实时操作系统内核，它仅仅包含了任务调度，任务管理，时间管理，内存管理和任务间的通信和同步等基本功能。没有提供输入输出管理，文件系统，网络等额外的服务。但由于uC/OS-II良好的可扩展性和源码开放，这些非必须的功能完全可以由用户自己根据需要分别实现。
Altera的uCOS2本质上是Nios II HAL的一个超集，是uCOS2任务调度器和相关API函数在HAL环境上的扩展。在uCOS2 Project中，所有Nios II本身的HAL API都可以被调用。
三、LwIP协议栈 和 NicheStack TCP/IP协议栈
3.1 LwIP协议栈
LWIP是TCP/IP协议栈的一种实现。主要目的是减少存储器利用量和代码尺寸，几十K字节的程序空间和几十K字节的数据RAM空间就可以实现。很适合应用于小的、资源有限的处理器如嵌入式系统。可以移植到操作系统上，也可以在无操作系统的情况下独立运行。
要实现嵌入式TCP/IP协议栈，最关键的一个问题就是，如何结合系统资源有限的嵌入式系统软硬件环境以及具体的嵌入式Internet应用对标准的TCP/IP协议栈进行简化, 从而实现一种“轻量级”的TCP/IP协议栈。这就是所谓的Light-weight IP。由瑞典计算机科学院的Adam Dunkels创建。
LwIP提供了完成的TCP/IP协议功能，支持IP，ICMP，UDP，TCP，DHCP，ARP。
Altera在Nios II上的LwIP移植基于uCOS2的多任务环境，在Nios IDE中开发LwIP应用程序需要工程首先配置为支持uCOS2。
Nios II上LwIP支持的网络芯片为SMSC的LAN91C111。
3.2 LwIP的进程模型
协议实现的进程模型以把系统划分成为不同的进程的方法进行描述。先看下普通的TCP/IP协议的模型。
这种方法有其诸多优势，如协议能在运行时被增加，代码一般容易理解和调试。但也有不利因素，严格的分层并不总是实现协议的最好方法。
数据跨层传递时将不得不产生进程切换（context switch）。对于接收一个TCP段来说，将会引起三次进程切换，从网络设备驱动层进程到IP进程，从IP进程到TCP进程，最终到应用层进程。对于大部分操作系统来说，进程切换的代价可是相当昂贵的。
lwIP所使用的进程模型是：把所有协议封装到一个单一的进程中，从而与操作系统内核分开。
应用程序可能也驻留在lwIP处理过程中，或者在单独的过程中。
TCP/IP栈和应用程序之间的通信可以通过函数调用实现，也可以通过更为抽象的API。
有些学者把这种方法称为零拷贝技术。所谓“零拷贝”，是指TCP/IP协议栈没有用于各层数据传输的缓冲区，协议栈各层之间传递的都是数据指针。
只有当数据最终要被驱动程序发送出去或者是被应用程序取走时，才进行真正的数据搬移。这样就大大减少了系统开销，从而提高系统性能。
3.3 NicheStack与LwIP一脉相承，技术上并无本质区别，在作产品时可能有区别。前者需要授权，后者则不需要。
四、代码中的一些分析
（1）网络接口的初始化
在启动OSStart()函数进入多任务状态之前，调用如下两个函数完成网络接口的初始化：
1）lwip_stack_init()
函数原型为：void lwip_stack_init(int thread_prio, void (* init_done_func)(void *), void *arg)
thread_prio：主TCP/IP线程的优先级
init_done_func()：lwip_stack_init函数执行完成后就转向执行这个指针指向的函数
arg：传递给init_done_func的参数，视init_done_func()而定，通常置为0
功能：创建一个TCPIP协议栈主线程，完成TCP/IP协议栈的初始化并转向init_done_func
2）lwip_devices_init()
函数原型为：int lwip_devices_init(int rx_thread_prio)
Lwip_devices_init从system.h中遍历所有安装的网络设备驱动并注册。成功后返回一个非零值，此时如果TCPIP栈准备就绪，就可以为应用程序创建任务。
此函数创建了一个接收线程，其优先级由参数rx_thread_prio给定
此函数会调用get_mac_addr和get_ip_addr二函数，这两个函数必须由用户编写。
（2）get_mac_addr和get_ip_addr
LwIP系统代码必须根据此二函数设置网络设备的MAC和IP地址。
通过写这两个函数，系统可以灵活地将MAC和IP地址存放在任意位置，而不是设备驱动的某个固定位置。如可以存放在FLASH中，也可存放在片内RAM中。
两个函数都使用了LwIP内部使用的结构体。用户无需知道结构体的细节，只需知道如何填充MAC和IP地址。
（3）应用程序创建四个任务
1）SSSInitialTask()
SSSInitialTask创建了两个软件组件层任务：
NicheStack TCP/IP Stack main task：在netmain()中创建
time-keeping task：在netmain()中创建
SSSInitialTask在创建两个任务后删除本任务。
1 alt_iniche_init(); //执行NicheStack网络栈的预初始化
2 netmain(); //初始化并开始NicheStack网络栈
3 //iniche_net_ready标明TCP/IP栈准备好，IP地址已获取
4 while (!iniche_net_ready) TK_SLEEP(1);
5 //协议栈已开始运行，应用程序初始化, 开始应用相关的任务加载代码块
6 printf("\nSimple Socket Server starting up\n");
7 TK_NEWTASK(&ssstask); //创建simple socket server任务
8 SSSCreateOSDataStructs();//创建OS数据结构:队列信号量等
9 SSSCreateTasks(); //创建其它任务
10 error_code = OSTaskDel(OS_PRIO_SELF);
2）SSSSimpleSocketServerTask()
其完成的功能为：
创建一个socket实现TCP/IP连接，绑定到socket上，侦听客户端的TCP/IP连接请求。
到来TCP/IP连接时，调用sss_handle_accept()。
调用sss_handle_receive()处理TCP/IP连接。如果需要多个TCP/IP连接，需要创建更多任务。
调用sss_reset_connection(), sss_send_menu()和sss_exec_command()。
当收到数据包后，LED命令被提取并通过SSSLEDCommandQ队列送到LEDManagementTask()。
3）LEDManagementTask()
响应SSSLEDCommandQ队列中的命令。如果命令给7段数码管的则更改SSSLEDLightshowSem信号量。如果命令给LED灯，则修改SSSLEDEventFlag值，从而控制不同的LED灯显
示。
4）LED7SegLightshowTask()
根据SSSLEDLightshowSem的值，在7段LED上闪烁随机图案或停止闪烁。
五、实验过程与结果
实验中自己修改的内容不算多，只要设置好MAC地址和IP地址。IP地址是要和PC机的IP地址在一个局域网中，然后用交叉线连接。需要注意的是：有的电脑上有2个网口，当需要做实验时，需要将另外一个网口关闭，否则远程控制会无效。关键还是要理解其中运行的机理。主要实现的是从PC机上远程控制开发板上的操作。
当.sof文件下载后，运行软件，可以在输出窗口看到自己所设置的IP地址。
从“开始”中打开“运行”。
输入命令和IP、端口号“telnet 192.168.0.250 30”。
只要能连接上，就能远程控制LED灯与数码管了。
