SIP协议栈在嵌入式环境下的设计方法

　　1 嵌入式LilIHX系统开发

　　1.1 建立交叉编译环境

　　本文使用的是实验室的ARMSYS2410-B开发板。准备好必要的软件包后，建立交叉编译环境实际上就是对cross2.95.3.tar.bz2的解压过程。具体过程如下：

　　1)在编译Linux之前，先安装交叉编译toolclhain，在/usr/local目录下建立名为ann的目录，进入该目录，执行解包：

　　cd/usr/local/armtar xjvf/mnf/cdrom/linux/toolchain/cross-2.95.3.tar.bz2

　　2)编辑/etc/profile，找到pathmunge/usr/local/sbin，在其下面添加一行：

　　Pathmunge/usr/local/arm/2.95.3/bin这样，内核或其他应用程序均可使用arm-linux-来指定使用该交叉编译器。

　　1.2 Boot Loader移植

　　Boot Loader是在嵌入式Linux操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段程序可以将内核从Flash存储器拷贝到RAM，并执行内核。还要完成初始化硬件设备，建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态。用烧录软件jflash-s3c2410通过JTAG口向硬件板下载Boot Loader二进制文件，向硬件板Flash中下载引导程序，这样Boot Loader就可以成功运行。

　　1.3 重新编译内核

　　从官方网站上下载的内核不能直接在硬件平台上运行，需要根据具体的硬件平台重新裁剪、编译内核，根据硬件平台特性编写相关代码，将Linux移植到平台上。以下是对内核代码的修改：1)修改内核目录树根下的Makefile，指明交叉编译器;2)配置Flash分区，修改arch-/arm/mach-s3c2410/devs.c，用以指明分区信息，该文件的内容建立Nand Flash分区表;修改arch/arm/machs3c2410/machsmdk241-0.c文件指定启动时初始化，kernel启动时依据对分区的设置进行初始配置：3)配置和编译内核，在Linux源文件目录下，执行make menuc-onfig命令，配置内核产生config文件。然后依次运行#make clean;#make dep;#make zImage，完成对内核的编译。

　　2 嵌入式SIP协议栈的设计与实现

　　2.1 嵌入式下实现SIP协议栈

　　嵌入式环境下SIP协议的开发，主要需要考虑嵌入式系统资源有限的局限性，需根据系统应用的特点，在设计时充分考虑CPU、存储空间等系统资源的利用。由于资源的限制，嵌入式系统一般作为用户终端设备，故这里主要实现协议栈中用户代理(UAC/UAS)的功能。

　　首先是协议栈的简化。根据RFC3261中定义的SIP协议栈模型可知，SIP是一个分层体系结构的协议。该协议主要由4层组成，底层为语法编解码层(Syntax&Encoding);第2层是传输层(TransportLayer)，该层定义网络上的客户机和服务器如何接收请求和发送响应;第3层为事务层(TransacTIon)，负责事务处理;最上面一层为事务用户层(Transaction User)，每个SIP实体都是事务用户，当一个事务用户希望发送请求时，就创建一个客户机事务实例以发送请求。

　　这种协议栈的设计实现方法应用到嵌入式环境中有以下不足：1)协议栈设计层次过多会增加系统堆栈的开销。为了不过多占用堆栈，在系统资源分配时需分配较大的堆栈空间。而嵌入式环境下的空间资源是有限的，SIP模块占用过多的堆栈空间，会造成其他任务空间分配受到限制。2)层次与层次之间的调用会增加系统的延时，降低系统的实效性。而作为用户终端设备，快速响应是设计的重要准则。

　　2.2 SIP协议栈的总体结构

　　根据以上分析，在设计中需对SIP协议栈进行修改和裁剪，使其尽量少地占用资源并能最大限度地实现快速响应。本文设计的嵌入式SIP协议栈模型如图1所示。

　　协议栈主要分成传输层和事务层。传输层主要负责收发消息，它管理套接字(socket)和网络连接，使用TCP或UDP传送数据。事务层则负责创建并管理事务对象。每个事务对象负责维持状态，并发消息和使用传输层重传消息。事务层也需要将从传输层传来的消息映射到相应的事务。

　　SIP协议栈管理层负责系统配置、分配内管理资源、提供登录协议栈和进行管理的命令以及所有其他层的初始化和关闭。应用程序使用该协议栈前，必须先调用该层的初始化接口以初始化要使用的层，在结束应用程序前，必须调用该层的关闭接口关闭相应的层。

　　SIP编码解析是协议栈运行过程中比较耗费时间的一个模块，为满足嵌入式环境，该协议栈使用了一种“懒汉”解析策略，当从网络上收到一个原始的SIP消息时，消息被解析成很多“关键字和关键字值对”，关键字是请求行或SIP头域名，关键字值是没有解析的请求行和头域值。到事务层，在应用程序要访问请求行或某个头域时，才会对其完全解析，这种策略可有效提高SIP解码的速度，极大提高那些需要处理繁重网络流量的应用。

　　2.3 事务层和传输层的实现

　　图2为事务层和传输层的软件结构。这2层都使用SIP消息编码解析层的功能处理SIP消息。其中传输层包含3个模块：1)TcpConn模块使用TCP实现收发消息功能;2)UdpConn模块使用UDP现收发消息功能;3)SipMessageSendRcv模块利用TcpConn和UdpConn向应用程序提供统一的消息收发接口。在TcpConn和UdpConn中，都会创建2个线程，分别负责接收和发送SIP消息。

　　事务层创建并管理事务对象。TransacTIonSendRcv提供发送不同SIP消息的接口，并以回调函数的方式在收到消息时通知应用程序。Tr-ansactionSendRcv使用传输SipMessageSendRcv提供的收发消息功能收发SIP消息，并根据收发的消息类型产生事件，将事件以及事件体(主要是SIP消息)作为参数传递给相应模块UACTransactFSM和UASTransactlFSM。事务层的核心就是这2个模块，分别表示UA客户端和服务器端收到不同消息的处理流程，具体的状态转换如图3所示。

　　3 SIP协议栈的测试结果

　　本文实现的系统将在ARM9平台的设备终端上运行，将交叉调试好的程序烧写到ARM9的Flash存储模块中，再进行调试和运行测试。其测试方法是在ARM9平台上实现一个简单的SIP终端系统，该系统利用SIP侦听程序，当一段用户发起呼叫时，双发的SIP模块开始通信。利用SIP信令主动发起呼叫或接收对方呼叫建立会话连接，连接建立好后传送RTP数据，直到一方用户提出结束请求，终止该次会话，系统恢复SIP侦听状态。SIP终端之间呼叫流程如图4所示，开始时主叫(IP=192.168.36.1)向代理服务器(IP=192.168.51.24)发起呼叫，当主叫与被叫的链路搭建成功后，主叫与被叫开始语音通信，语音通信采用的标准是G.729，主叫发送SIP信令给代理服务器采用UDP传输协议，主叫与代理服务器之间在SIP呼叫过程中也同时进行媒体协商，采用网络协议分析工具Ethereal抓包分析，结果如表l～表3所示。

　　由表2可见，代理服务器向被叫发起呼叫，并同时对主叫作出响应。被叫对呼叫代理作出响应主要采用SIP/SDP协议，是为了使主叫和被叫的媒体协商达成一致。由表3可见，被叫对主叫所发起的呼叫能够作出响应，主叫与被叫之间能够实现SIP呼叫，并进行语音通信。测试结果证明，SIP协议栈在嵌入式Linux系统平台下，运行良好，基本满足设计需要。

　　4 结束语

　　本文探讨了SIP协议在嵌入式环境下的应用，讨论了嵌入式SIP协议栈的设计方法。完成了在ARMSYS2410-B的实验室开发板上建立嵌入式Linux系统并在其上实现SIP协议栈主要模块的主要工作。测试结果表明：该协议栈占用空间小，呼叫建立时间短，呼叫成功率高，满足嵌入式式设备对实时性、可靠性和存储空间小的要求，具有良好的性能。