论文导读：由于嵌入式系统的广泛使用和网络互联的需要，嵌入式Internet是当前研究的热点。IPv6属于IPng（下一代网络协议）技术，IPv6解决了IPv4耗竭的问题，与之相比还有扩展性好，安全性高，更好地支持QoS，支持移动性等优点。本文实现了一个裁剪于LwIP协议栈的可运行于嵌入式实时系统μC/OS-Ⅱ上的嵌入式IPv6协议栈。
关键词：嵌入式系统，IPv6，IPng，μC/OS-Ⅱ
0 引 言
由于嵌入式系统的广泛使用和网络互联的需要，嵌入式Internet是当前研究的热点。采用嵌入式协议栈的直接连接方式是解决嵌入式Internet问题的一个比较好的方案。IPv6属于IPng（下一代网络协议）技术，IPv6解决了IPv4耗竭的问题，与之相比还有扩展性好，安全性高，更好地支持QoS，支持移动性等优点。现在的Internet也处在由IPv4向IPv6过渡的时期。因此在嵌入式系统中实现IPv6功能具有重要的现实意义。虽然目前在商用系统和Linux操作系统中已经有了对IPv6功能的支持，但由于系统成本或代码体积的原因，并不能满足所有嵌入式应用的要求。本文实现了一个裁剪于LwIP协议栈的可运行于嵌入式实时系统μC/OS-Ⅱ上的嵌入式IPv6协议栈。
1嵌入式协议栈的特点
由于嵌入式系统的硬件和软件资源有限，因此需要对通用的TCP/IP协议栈进行必要的修改以满足嵌入式应用的特殊需求。一般说来，嵌入式协议栈具有以下几个特点[1]：
1.1可裁剪性
由于嵌入式应用的要求不同，其对网络功能的要求也各不相同，而且嵌入式系统对产品的成本、功耗等比较敏感，因此嵌入式协议栈应该是可裁剪的，能根据嵌入式系统的功能要求选择所需的协议部分。
1.2实时性
传统的TCP/IP协议栈的层次特性非常明显，每个协议层都有相应的数据格式。在用户数据从本地主机传送至目标主机的过程中，需要不断地打包和拆包，增加了系统开销，降低了系统性能。在嵌入式TCP/IP网络系统中，普遍采用共享内存方式解决这个问题。这是指协议栈没有用于各层数据传递的缓冲区，各层间传递的都是数据指针。只有当数据最终要被驱动程序发送出去(最低层)或是被应用程序取走时(最高层)时，才进行真正的数据传递移出。
1.3可扩展性
由于嵌入式系统的多样性，使得网络接口和应用多样化，这就要求嵌入式TCP/IP协议栈提供便于扩展有网络接口，方便不同驱动程序和网络应用的开发;并且根据实际的需要，可以添加新的协议模块到嵌入式TCP/IP协议栈中。
1.4使用静态分配技术
如果在网络发送或接收的过程中，某一次传送的数据超过了一个物理网络上能够传送的最大数据量(MTU)，则处理该数据的任务往往会阻塞，直到上层重新调整需要处理的数据量的大小，它才会继续执行。嵌入式TCP/IP协议栈通常采用静态分配技术，在网络初始化时就静态分配通信缓冲区，设置了专门的发送和接收缓冲区，并硬性规定这个区的大小一般小于或等于物理网络上的MTU值，从而确保每次发送或接收时处理的数据不会超过MTU值，避免阻塞等待，提高网络效率。
2嵌入式协议栈的裁剪
相对于IPv4而言，IPv6协议栈最大的变化在网络层，网络层包括IPv6和ICMPv6两个协议。网络层协议的变化必然会影响到TCP/IP层次结构的其他层协议，因此在设计嵌入式IPv6协议栈时，不光要对网络层的协议重点研究，对其下层和上层协议的影响也不容忽视。如图1所示[2]。
图1 嵌入式IPv6协议与传统TCP/IP协议各层比较
LwIP是瑞典计算机科学院（Swedish Instituteof Computer Science）的Adam Dunkels等开发的一套用于嵌入式系统的开放源代码TCP/IP协议栈。LwIP的主要目的是减少存储器利用量和代码尺寸，使LwIP适合应用于小的、资源有限的处理器，如嵌入式系统。当前最新的LwIP版本是1.3.0，可以经由Internet自由下载。该版本提供了对IPv6格式帧的简单支持，即可以使用IPv4和IPv6的两种帧结构，但对IPv6其他功能的支持有限。因为本文以LwIP协议栈为基础，针对IPv6协议的标准和原理，对其功能和结构进行裁剪，实现一个嵌入式IPv6协议栈[3]。
对IPv6的要求和嵌入式系统的特点，对LwIP协议栈中各个协议进行源代码的修改，开发的精简的嵌入式IPv6协议栈结构如图2所示。
 
图2 嵌入式IPv6协议栈实现结构图
嵌入式IPv6协议栈与IPv4协议栈最大的变化在IP层，由于IP报头的变化，影响到ICMP、ND、TCP、UDP等协议，都需要进行相应修改[4]。
2.1 IP层
协议栈实现了IP层的基本功能，对数据包的发送，接收和转发，不发送或接收分割的IP碎片，也不处理带IP选项的包。这是因为嵌入式系统中数据量比较小，可以规定在网络中发送的数据包的大小，这样就可以尽量的减少IP碎片的产生，也不需要进行分片和重组。
（1）IPv6报头
IPv6报头的结构体定义如下:
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