相对于TCP 协议，ARP、IP、ICMP、UDP 等协议功能较简单，对它们不划分模块，每个协议按其完成的功能设计成一个构件，但考虑到嵌入式系统的实时性，去掉了不必要的功能。UDP 协议设计时不考虑数据校验方法，只考虑数据的发送和接收功能。ICMP 协议设计时仅考虑了目的端不可达、源端抑制、超时、改变路由等差错和回送请求处理。IP 协议设计时主要进行路由、向相邻协议层传递数据包，而不考虑分片、重装功能。ARP 协议主要负责将局域网中的32 位IP 地址转换为对应的网卡的MAC 地址，它的功能包括发送ARP 请求和响应对方的ARP 请求，动态维护一个ARP 高速缓存。

3.1.3 通信协议构件组装

通信协议构件组装过程如图2 所示。通信协议构件放在构件库中，系统运行时，嵌入式Linux 操作系统调度协议组装模块，由该模块依据系统网络功能需求从构件库中取出相应构件，动态配置通信协议栈。

嵌入式Linux 操作系统

因此，组装的主要功能是负责实现嵌入式Linux 操作系统和构件库的交互、监控构件的运行状况，并记录构件的特征以反馈给构件库。

3.2 通信协议构件化的实现本文借鉴文献[5]的思想，并结合上面提出的方法来实现通信协议构件化。各协议的实现类似，下面以TCP 协议为例说明实现过程。

将协议栈初始化文件中为协议分配内核存储空间、向内核保存TCP 协议栈的链表结构、注册、协议本身初始化的内容移入其模块中，在模块开始部分完成分配存储空间、注册、初始化等，在模块结束部分完成释放模块所占内核空间、取消注册、进行重置等。

修改协议实现文件tcp.c 和tcp.h ，创建新的模块文件，协议实现文件中仅保留被其它协议使用的变量，其它内容放在新建的模块文件中。

协议提供给其它协议的函数接口，由函数名调用改为函数指针调用，修改头文件，为该新的接口实现添加定义及声明，并将函数指针初始化指向一个空函数体。将其它协议中原来通过函数名调用改为相应的函数指针调用，这些函数指针是该协议构件的接口，可以保持不变，而接口提供的功能可以依据需要随时修改。

修改网络部分的内核符号表文件，既包括修改之后为其它协议提供的接口，又包括模块化之后需要的其它协议提供的接口。

修改Makeflie 文件，增加相应的模块化文件列表。

4 通信协议测试

构件化的协议的运行情况在MagicARM2200 目标板上进行测试，测试前需要配置软硬

件环境，配置过程如下：用串口线和简易仿真器连接PC 机和目标板，使用两条独立的网线分别将它们连接到以太网;在PC 机上安装虚拟机5.5 和Red Hat Linux 9 ，将经过实时改进和裁剪的Linux 移植到该目标板。

4.1 测试ARP 协议构件

在内核无ARP 协议支持时，为了显示ARP 缓存中的MAC、IP 地址信息，运行arp -a 命令，结果为空，并且其它网络应用都不能工作，整个系统的网络部分由于该底层协议的失效而瘫痪。将ARP 协议构件用insmod 命令装入后，网络部分恢复正常。

4.2 测试ICMP 协议构件

在内核不加载ICMP 协议构件时，从外界ping 主机，ping 命令显示超时，即ping 不通。内核接收及处理传来的ICMP 数据包的函数接口找不到相应的功能实现，不能正常返回确认消息包。在将ICMP 协议构件用insmod 命令装入后，处理数据包的函数正确执行，显示能够ping 通。响应时间如表1 所示。

从表1 可以看出，当ICMP 协议作为模块被加载后，ping 命令的响应时间比该协议编译进内核的长，增长的幅度为(0.668-0.611)/0.611=0.093 ，性能下降不超过1%。而且，从内核启动速度来看，构件化ICMP 协议的结果，由于构件化的内核在网络部分启动过程中没有初始化ICMP 协议部分，启动速度略有提高。

4.3 测试UDP 协议构件

为了便于观察系统性能的变化，本文采用Linux 网络性能测试软件Netperf 对UDP 协议构件进行测试，主要测试UDP 的批量数据传输性能、请求和响应性能。测试结果如表2 所示。

从表2 可以看出，协议构件化之后的网络性能有损失，其数据传输性能的下降幅度为(l55.2-140.3)/155.2=0.096 ，请求/响应性能的下降幅度为(620.1-*.9)/620.1=0.025 ，它们都低于一个数量级。

4.4 测试TCP 协议构件

在目标板和PC 机之间进行测试，PC 机作为客户端，目标板作为服务器，并编写客户端和服务器测试程序。在内核不加载TCP 协议构件时，运行客户端程序，PC 机提示不能和服务器连接;加载TCP 协议构件后，再次运行客户端程序，观察PC 机，显示连接成功，在目标板上键入字符，在PC 机上可以显示接收到的字符。

从上面的测试结果可知，对Linux 下的TCP/IP 构件化后，尽管系统性能会略有损失，但损失不大，用此较小的代价可以换取升级、维护的成本大大降低、新协议开发时间大大缩短，从而说明构件化协议的可行性和优越性，在实际应用中可以认为是一种有效的方法。

5 结论

本文针对嵌入式服务器的网络实时通信的应用，将构件技术引入Linux 的TCP/IP 协议设计中，提出了一种构件化TCP/IP 协议栈中主要协议的方法，并对构件化的协议进行测试，结果表明构件化的协议可以动态载入实时改进和裁剪的Linux 系统，不仅减少了嵌入式Linux 内核的尺寸，而且增强了系统网络通信协议设计的灵活性。