輕量級TCP-IP協(xié)議棧LwIP的改進與優(yōu)化研究.pdf

1、近年來智能硬件的發(fā)展使得傳統(tǒng)硬件與軟件的結合更加緊密，很多智能硬件產品都需要具備網(wǎng)絡連接能力以便實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)服務，LwIP（A lightweight TCP/IP Stack）作為一款開源的網(wǎng)絡協(xié)議棧被廣泛運用到智能硬件產品中。
　　LwIP是一款可移植到不同平臺的開源TCP/IP協(xié)議棧，在有無底層操作系統(tǒng)的情況下都可以運行，為了保證其平臺通用性特點，和具備豐富的接口的特點，因此LwIP未針對特定的嵌入式環(huán)境做優(yōu)化設計。當嵌入式資

2、源受限時，例如采用主頻只有72MHz的Cortex M主控制器，內存小于96KB時，若系統(tǒng)需要存儲并傳輸一張實時圖片，則很容易出現(xiàn)LwIP占用內存資源較多、傳輸效率較低的現(xiàn)象。類似情況下，就需要針對LwIP的內存使用及傳輸效率進行改進和優(yōu)化。
　　本文針對硬件資源受限時，LwIP內存管理方式及網(wǎng)絡協(xié)議接口所存在的問題，研究分析了LwIP內存管理機制、內核工作原理及傳輸層、網(wǎng)絡層協(xié)議。通過對相關問題的深入分析提出了改進和優(yōu)化設計方案

3、，實現(xiàn)了LwIP協(xié)議棧在內存使用及數(shù)據(jù)收發(fā)效率上的優(yōu)化與改進，并通過測試檢驗了改進方案對系統(tǒng)內存及效率等性能的影響。本文主要完成了以下工作：
　　1）深入分析了LwIP協(xié)議棧的內存管理方式、TCP/IP內核消息注冊機制及多層傳輸層接口調用，從硬件架構及軟件源碼的角度上指出了其內存管理方式的不足以及傳輸層的低效。
　　2）設計并實現(xiàn)了一種統(tǒng)一管理擇優(yōu)分配的內存管理機制，減少了嵌入式系統(tǒng)中多內存管理機制同時作用產生的額外開銷，并

4、提高了內存的分配利用率。
　　3）設計并實現(xiàn)了一種精簡傳輸層接口，以該接口取代了LwIP原有的兩種傳輸層接口，可減少內存的占用并提高數(shù)據(jù)的收發(fā)效率。
　　4）基于改進LwIP實現(xiàn)了一種通用MQTT客戶端框架，并將整體方案實現(xiàn)應用于實際項目，通過一系列的測試分析，驗證和對比了改進LwIP的實用性及使用效果。
　　本文重點對LwIP內存管理、內核消息注冊機制及傳輸層接口進行了改進和優(yōu)化，并在相應場景下實現(xiàn)了改進方案，對于低