ARM(Advanced RISC Machines)是目前在嵌入式领域里应用广泛的RISC 微处理器结构，以低成本、低功耗、高性能的特点占据了嵌入式系统应用领域的地位，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场。S3C2410 芯片是由韩国SAMSUNG 公司推出的基于ARM920T 核的通用处理器，是为应用于小型掌上设备嵌入式系统应用而提供的微控制解决方案。SMDK2410 开发板是SAMSUNG 公司推出的基于此芯片的示例板，其网络部分使用的是CS8900A 芯片。
　　鉴于ARM处理器多方面的优势，现在已有多款操作系统实现了对其的支持，包括Linux、VxWork、WinCE、C/OS-II 等。其中 C/OS-II 以其源码公开、代码精简(全部仅6000 余行)，高效稳定，移植性好，可裁剪等特点，正在不断扩大影响力。但是，?C/OS-II 只提供了基本的操作系统功能，例如进程调度、同步、进程通信等，却不提供一般操作系统都提供的如文件系统、网络等功能，一定程度上限制了其使用。
　　LWIP是开放源代码的独立TCP/IP协议栈，由瑞士计算机科学院的 Adam unkels 等开 发，其目的是在支持比较完整的TCP/IP协议的基础上减少代码尺寸，同时减少对存储器的使 用量，并且其移植接口简洁清晰，便于添加入其它操作系统中。
　　本文以SMDK2410开发板为硬件平台，构建了一个以C/OS-II和LWIP为基础的软件系 统，并给出了一个在该系统上的网络服务应用程序，从而实现了一个完整的嵌入式网络系统。
　　1 整体介绍   本嵌入式系统体系结构如图1所示，在终运行于SMDK2410开发板上的软件实际上包含五部分，分别是：硬件初始化程序、用户应用程序、C/OS-II操作系统、LWIP网络协议 栈、CS8900A网卡驱动程序：
　　由于各部分相对的独立性，为了能使其协同工作，要实现各个模块之间的接口，这需要做五部分的工作:
        编写SMDK2410开发板初始化代码，在系统启动后初始化硬件，为软件提供运行环境。
　　移植C/OS-II到SMDK2410开发板，即为C/OS-II添加硬件相关代码。
　　移植LWIP到C/OS-II，即为LWIP实现与操作系统相关的接口函数。
　　编写CS8900A网卡驱动支持LWIP，即为LWIP实现底层硬件数据接收功能。
　　基于LWIP和C/OS-II提供的系统函数，编写用户网络应用程序。
　　2 软件系统各部分介绍
　　2.1 初始化硬件平台 初始化代码的目的是使系统硬件环境处于一个合适的状态，从而为执行操作系统做好准备，它是整个软件系统开始运行的程序。主要包括以下工作，由汇编文件 init.S 实现：
　　中断向量表的建立：ARM要求中断向量表必须放置在从0X0地址开始，连续4byte 的空间内。每当一个中断发生以后，ARM处理器便强制把PC指针置为向量表中对 应中断类型的地址值。中断向量表的建立是通过一系列的跳转指令b来完成的，一 般如下：
　　b
　　ResetHandler
　　//加电和复位处理函数的地址
　　b
　　HandlerIRQ
　　//通用中断服务函数的地址
　　b
　　HandlerFIQ
　　//快速中断处理函数的地址
　　……
　　内部寄存器的设置：主要完成对 S3C2410 芯片中的时钟管理、电源管理(包括掉电与重启处理)、内存管理等。这部分工作在 ResetHandler 处理函数中完成，以 下两部分工作也是在此函数中实现的。
　　堆栈的初始化：因为 ARM 有 7 种执行状态，每一种状态的堆栈指针寄存器(SP) 都是独立的。因此，对程序中需要用到的每一种模式都要给 SP 定义一个堆栈地址。方法是改变状态寄存器内的状态位，使处理器切换到不同的状态，然后给 SP 赋值。 注意：不要切换到 User 模式进行 User 模式的堆栈设置，因为进入User 模式后就不能再操作 CPSR 回到别的模式了，可能会对接下去的程序执行造成影响。
　　代码的搬移：全部可执行代码初被烧写在了硬件电路板中的只读NorFlash 中， 虽然 CPU 可以直接从中执行，但是速度较慢，所以，要将可执行的代码搬移到系统 RAM 中，以提高运行速度。
　　程序跳转：在初始化代码的，会通过跳转指令启动软件系统的 main()函数。
　　2.2 C/OS-II 在 S3C2410 芯片上的移植
　　C/OS-II 实际上可以看作是一个多任务的调度器，并提供了和多任务调度相关的一些 系统服务，如信号量、邮箱等，大部分代码由 C 语言编写，硬件独立。相对于移植工作而言，除一些类型定义等工作外，主要集中在多任务切换的实现上，这需要依据特定处理器结 构使用汇编语言实现处理器现场的保护和恢复。全部工作包括在对三个与体系结构相关文件[1]的修改上，具体如下：

        OS_CPU.H 文件：这个文件中包括了用#define 语句定义的、与处理器相关的常数、宏以及数据类型。我们要根据具体的处理器和编译器重写，主要包括数据类型 的重新定义、堆栈单位和增长方向的设定，以及开关中断的宏定义和任务切换的宏 定义。
　　OS_CPU_C.C 文件 ：当C/OS-II 进行任务切换或中断时要保护CPU 的寄存器到任务堆栈，在这个文件中定义了该堆栈的初始化函数，即设定了要保护的每一个 寄存器在堆栈中，使堆栈如同中断刚发生过一样。此外还有一些 HOOK 函数，必须 声明。
　　OS_CPU_A.S 文件：C/OS-II是多任务实时操作系统，在进行任务调度时需要切换任务上下文，这些和处理器相关的任务切换函数在这个文件中定义，此外还有时 钟中断处理函数和进退临界区宏指令也需要在此文件中实现。
　　2.3 LWIP 在 C/OS-II 上的移植
　　LWIP是独立的TCP/IP协议栈，代码中没有使用和操作系统及硬件相关的函数与数据结构，而是当需要这样的函数时，通过操作系统模拟层加以使用。操作系统模拟层向诸如定时 器、处理同步、消息传送机制等的操作系统服务提供一套统一的接口。原则上，移植LWIP到其他操作系统时，仅仅需要实现适合该操作系统的操作系统模拟层，它包括以下这些函数[2]：
　　sys_init() //初始化接口函数
　　sys_arch_timeouts() //定时器接口函数
　　sys_sem_new() //创建信号量接口函数
　　sys_sem_signal() //发送信号量接口函数
　　sys_arch_sem_wait() //等待信号量接口函数
　　sys_sem_free() //释放信号量接口函数
　　sys_mbox_t sys_mbox_new() //创建消息邮箱接口函数
　　sys_mbox_post() //发送消息接口函数
　　sys_arch_mbox_fetch() //取得消息接口函数
　　sys_mbox_free() //释放消息邮箱接口函数
　　sys_thread_new() //创建线程接口函数
　　这些函数的实现，基本上是根据?C/OS-II 操作系统的相关数据结构，重定义这些函数中的数据结构如sys_sem_t、sys_mbox_t 等，再封装 ?C/OS-II 操作系统相应的系统调用函 数来完成的。以接口函数 sys_sem_new()为例，其实现如下：
　　sys_sem_t sys_sem_new(u8_t count)
　　{
　　sys_sem_t pSem;
　　pSem = OSSemCreate((u16_t)count );
　　return pSem;
　　}
　　在LWIP中使用的这个信号量创建函数，可以看到是通过封装?C/OS-II操作系统的信号量创建函数OSSemCreate()来完成的，其中使用的数据结构 sys_sem_t 也被重定义如下：
　　typedef OS_EVENT* sys_sem_t;
　　其中数据结构 OS_EVENT 同样为 C/OS-II 操作系统所有，其它函数的实现与此类似，不再重复。
　　此外，为支持操作系统模拟层，还需要建立cc.h 、perf.h 文件，完成与CPU或编译器相关的定义，如数据长度、字的高低位顺序等，这些应该与实现C/OS-II 时相一致。
　　2.4 CS8900A 芯片驱动程序对LWIP的支持对于LWIP来说，它同样为网络驱动提供了一个移植接口，它使用netif 数据结构代表 网络驱动层，此数据结构部分如下：
　　struct netif {
　　struct netif *next;
　　err_t (* input)(struct pbuf *p, struct netif *inp);
　　err_t (* output)(struct netif *netif, struct pbuf *p, struct ip_addr *ipaddr);
　　err_t (* linkoutput)(struct netif *netif, struct pbuf *p);
　　……
　　};
　　LWIP和网络驱动程序会共用一个这样的数据结构，从而实现了两者的联系。其中output( )函数提供给LWIP的IP模块，linkoutput( )函数提供给 LWIP的ARP模块。LWIP的驱动编写示例[3] 指出，output( ) 函封装了LWIP中ARP模块的数据发送函数etharp_output( )，此函数终会调用到linkoutput( )函数，即linkoutput( )函数是实际的数据发送函数(这个函数由网络驱动程序实现)。另一方面，当网络驱动的中断处理函数接收到一个数据包后，也会调用此结构中的input()函数(这个函数由LWIP 实现)，将数据转交给 LWIP。
　　具体在为 LWIP 编写网络驱动程序时我们要实现以下函数：
　　初始化函数：init( )
　　在这个函数里，主要的任务就是初始化数据结构netif，包扩硬件地址、传输单元mtu和state(指向设备驱动中网络接口的特定状态)以及output( )函数、linkoutput( )函数和 input( )函数等。
　　数据发送函数：output( )
　　此函数只是简单的封装了 LWIP 中ARP模块的数据发送函数etharp_output( )。
　　数据发送函数：linkoutput( )
　　这是真正的网卡数据发送函数，output( )函数终会调用到此函数。它将上层传递 来的数据转移到 CS8900A 网卡芯片上，使网卡将数据发送到网络上。
　　中断函数：net_isr( )
　　CS8900A 芯片将其要求的所有中断事件放在中断状态队列寄存器ISQ中，所以当其产生中断要求CPU 处理时，中断处理函数要循环处理CS8900A 芯片的ISQ，判断中断事件类型，然后做相应处理。例如，如果是数据接收事件，则将数据从网卡中转移到内存，在必要处理后，调用netif中的input( )函数将数据递交给LWIP 层。
　　3 应用
　　在完成上述工作后，一个嵌入式网络系统的软件平台基本完成。在这样的一个软件平台 上，通过调用 LWIP 提供的函数，即可以开发网络应用程序。本文编写了一个web服务器应用程序，将主机与SMDK开发板连入局域网环境下，从主机IE浏览器敲入SMDK2410 开发板IP地址后，可浏览SMDK2410开发板提供的 http 网页。
　　4 结束语
　　目前，基于 S3C2410 芯片的SMDK2410 开发板在国内嵌入式教育领域正得到越来越 广泛的使用，本文给出了基于此硬件平台的 ?C/OS-II&LWIP 完整移植方案，构建了一个嵌入式网络实验系统，并强调了硬件平台初始化和网卡芯片驱动程序的移植和实现，使得终的软件系统可实际工作。同时，由于移植的相似性，可以较容易的修改代码将其移植到其它不同类型的开发板中运行，为基于 ?C/OS-II 和 LWIP 的网络研究和应用提供了基础。