树莓派4裸机操作系统开发(Part 15)：实现TCP/IP协议栈与Web服务器-优快云博客

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树莓派4裸机操作系统开发(Part 15)：实现TCP/IP协议栈与Web服务器

rpi4-osdev Tutorial: Writing a "bare metal" operating system for Raspberry Pi 4 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/rp/rpi4-osdev

在之前的文章中，我们已经成功实现了树莓派4的以太网通信基础功能。本文将深入探讨如何在这个裸机操作系统上构建完整的TCP/IP协议栈，并实现一个简单的Web服务器。

TCP/IP协议栈的必要性

在基础以太网通信实现后，我们需要更高级的网络功能，如响应ping请求、处理HTTP请求等。这些功能需要一个完整的TCP/IP协议栈来实现。TCP/IP协议栈是一组网络协议的集合，负责处理从物理层到应用层的各种网络通信需求。

轻量级TCP/IP协议栈选择

为了实现这一目标，我们采用了来自tuxgraphics.org的轻量级TCP/IP协议栈代码。这个协议栈专为嵌入式设备设计，具有以下特点：

代码简洁，易于移植
占用资源少
支持基本网络功能
包含ARP、ICMP、TCP等核心协议

对于需要更高级功能的开发者，可以考虑使用LwIP等更完善的协议栈。

代码结构与修改

主要的TCP/IP协议栈代码位于tcpip/子目录中。为了使这些代码能够正常工作，我们需要进行一些必要的修改：

暴露必要的库函数：
- 将fb.c中的strlen()函数添加到fb.h头文件
- 将kernel.c中的memcpy()函数添加到kernel.h头文件
实现数据包发送函数：

void enc28j60PacketSend(unsigned short buflen, void *buffer) {
   if (ENC_RestoreTXBuffer(&handle, buflen) == 0) {
      ENC_WriteBuffer((unsigned char *) buffer, buflen);
      handle.transmitLength = buflen;
      ENC_Transmit(&handle);
   }
}

这个函数封装了以太网控制器(ENC28J60)的数据包发送过程，为TCP/IP协议栈提供统一的发送接口。

网络初始化

我们简化了之前的ARP实现，将其合并到kernel.c中。网络初始化完成后，调用以下函数初始化TCP/IP协议栈：

init_udp_or_www_server(myMAC, deviceIP);

这个函数告诉TCP/IP库我们的MAC地址和IP地址，完成基本的网络身份配置。

Web服务器实现

核心的服务函数serve()实现了一个简单的Web服务器：

void serve(void)
{
   while (1) {
      while (!ENC_GetReceivedFrame(&handle));

      uint8_t *buf = (uint8_t *)handle.RxFrameInfos.buffer;
      uint16_t len = handle.RxFrameInfos.length;
      uint16_t dat_p = packetloop_arp_icmp_tcp(buf, len);

      if (dat_p != 0) {
         // 处理Web请求的代码
      }
   }
}

这个无限循环不断检查接收到的网络数据包，并通过packetloop_arp_icmp_tcp()函数处理ARP、ICMP(ping)和TCP协议。该函数经过修改，会在发送ping响应时在屏幕上显示提示信息。