【摘要】：隨著計(jì)算機(jī)硬件的不斷發(fā)展,嵌入式設(shè)備越來(lái)越多的被應(yīng)用在高要求的領(lǐng)域,同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信的性能也提出了更高的要求。盡管目前已經(jīng)出現(xiàn)了很多高性能嵌入式硬件平臺(tái),但是現(xiàn)今成熟的嵌入式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧往往不能很好的利用這些硬件資源,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能沒(méi)有得到明顯的提升。如何提升嵌入式應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)性能已經(jīng)成為在開(kāi)發(fā)嵌入式應(yīng)用過(guò)程中的一個(gè)重要問(wèn)題。本論文以高性能的嵌入式系統(tǒng)為出發(fā)點(diǎn),針對(duì)其硬件特性,對(duì)嵌入式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化,改善網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的實(shí)時(shí)性能和吞吐量,從而提升嵌入式應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)性能。本文對(duì)這些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了理論評(píng)估,選擇了LwIP協(xié)議棧和RT-Linux實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)作為研究對(duì)象,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了實(shí)踐。在實(shí)踐中,將網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的進(jìn)程模型設(shè)計(jì)成兩層結(jié)構(gòu),接口層為一個(gè)進(jìn)程,網(wǎng)絡(luò)層及以上協(xié)議層為一個(gè)進(jìn)程,在充分利用并行機(jī)制的情況下,提高協(xié)議棧內(nèi)部處理數(shù)據(jù)的速度;緩沖區(qū)的靜態(tài)劃分和動(dòng)態(tài)分配不僅降低了管理內(nèi)存上的耗時(shí),而且減少了內(nèi)存碎片的產(chǎn)生;在TCP控制塊管理上,放棄原先通過(guò)循環(huán)遍歷來(lái)查找控制塊的方案,改用Hash模塊來(lái)優(yōu)化查找算法,避免因查找而消耗大量時(shí)間;在TCP定時(shí)器的管理上,通過(guò)為其設(shè)計(jì)兩層時(shí)間輪表,提高了處理定時(shí)器的效率,有效的減少了處理定時(shí)器所需花費(fèi)的時(shí)間。對(duì)Select接口進(jìn)行優(yōu)化,通過(guò)實(shí)現(xiàn)epoll接口,減少因數(shù)據(jù)在內(nèi)核空間和用戶空間之間傳遞而產(chǎn)生的內(nèi)存消耗,并且減少了判斷文件描述符狀態(tài)的所消耗的時(shí)間。最后,本文對(duì)優(yōu)化前后的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧進(jìn)行了基本通信功能的測(cè)試和網(wǎng)絡(luò)性能的測(cè)試,分析測(cè)試結(jié)果得出優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)性能有了明顯的提升。
[Abstract]:With the development of computer hardware, more and more embedded devices are applied in the field of high demand, and the performance of network communication also has higher requirements. Although many high-performance embedded hardware platforms have been developed at present, today's mature embedded network protocol stack can not use these hardware resources well, resulting in no significant improvement in network performance. How to improve the network performance of embedded applications has become an important issue in the development of embedded applications. Based on the high performance embedded system, the paper optimizes the key technology in the implementation of the embedded network protocol stack, and improves the real-time performance and throughput of the network protocol stack, so as to improve the network performance of the embedded application. This paper makes a theoretical evaluation of these key technologies, and chooses the LwIP protocol stack and the RT-Linux real-time operating system as the research object, and on this basis, the practice is carried out. in practice, the process model of the network protocol stack is designed into two-layer structure, the interface layer is a process, the network layer and the above protocol layer are a process, and in the case of fully utilizing the parallel mechanism, the speed of processing data inside the protocol stack is improved; the static division and the dynamic allocation of the buffer area not only reduce the time consumption on the management memory, but also reduce the generation of the memory chips, In the management of the TCP timer, the efficiency of the processing timer is improved by designing a two-layer time wheel table for the time, and the time required for processing the timer is effectively reduced. The Select interface is optimized to reduce the memory consumption due to the transfer of data between the kernel space and the user's space, and to reduce the time consumed to determine the state of the file descriptor. At last, the test of the basic communication function of the network protocol stack before and after the optimization and the test of the network performance are carried out. The test results show that the network performance of the optimized network protocol stack is obviously improved.
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP368.1

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本文編號(hào)：2488733