一种用于嵌入式系统的可变长缓冲区设计及其实现

　　1引言

　　TCP/IP协议分层处理数据，数据要在协议层间流动，存储系统的主要用途是在网络各层接口间传递数据时保存数据。另外，存储系统还需要存放通信双方的源地址、目的地址、源端口和目的端口等信息。

　　基于以上目的，对存储管理能力有如下要求：(1)适合存放不同长度的数据。(2)方便地操作变长缓存。(3)尽量减少为完成这些操作所做的数据拷贝。

　　另外，嵌入式系统中资源有限，传统PC上的实现对于嵌入式来说过于庞大复杂，需要去掉传统实现中复杂的部分，使得缓存的分配回收简单、可靠，减少内存的使用。

　　LwIP是一个应用比较广泛的嵌入式TCP/IP协议栈。LwIP协议栈参考目前使用最广泛的BSD UNIX的Mbuf缓存管理系统，去掉Mbuf中实现复杂的、开销大的部分，根据嵌入式系统的实际需要，以减少内存使用量、增强实时性、可移植性为目标，设计实现了pbuf。本文分析LwIP的缓存管理系统实现，并实现在EuroDOSIS协议栈的嵌入式系统中应用。

　　2 PBUF的设计与实现

　　2.1 设计目标

　　Pbuf，Packet buffer的缩写。Pbuf的设计目标是既可以动态分配内存存放数据包，也可以让数据包存放在静态内存中，且可以把多个pbuf链接到一起成为一个pbuf的链，使得一个大的数据分组可以分散存储在几个pbuf中。

　　支持内存动态分配和回收，为了防止多次malloc/free在整个系统空间产生内存碎片，采用内存再分配算法——先从系统申请固定大小的静态内存作为协议栈的缓冲区，在这段内存上定义协议栈自身的内存分配算法,在固定协议栈所用的内存的情况下支持内存的动态分配和回收，防止了协议栈耗尽所有系统内存，提高了系统的可控性和可靠性。为了灵活使用有限内存空间，采用变长分配缓冲区和定长分配缓冲区两种方式。

　　为了提高速度，允许数据驻留在协议栈以外的内存中，避免数据拷贝。

　　针对数据源和流向的不同，设计实现四种类型的pbuf：PBUF_RAM ，PBUF_ROM ，PBUF_REF和 PBUF_POOL类型。后面对每种类型pbuf的实现目的和方法有详细介绍。

　　2.2 数据结构和实现

　　? PBUF结构

　　struct pbuf {

　　struct pbuf *next; //指向下一个pbuf;

　　void *payload; //指向pbuf数据区;

　　INT16 len; //当前pbuf中已存放数据的长度

　　INT16 tot_len; //pbuf链表中当前pbuf及其后所有pbuf中数据的长度的和;

　　INT16 flags; //pbuf类型;

　　INT16 ref; //pbuf被引用的次数，ref为0时，才可以释放该pbuf

　　};