SIP協(xié)議在嵌入式Linux中的實現(xiàn)

嵌入式系統(tǒng)由于本身資源的限制，現(xiàn)有的SIP協(xié)議直接應用于嵌入式便攜設備還有困難。為滿足SIP協(xié)議在嵌入式系統(tǒng)中的商用要求，設計出一個簡化的SIP協(xié)議棧。首先分析了SIP協(xié)議直接應用于嵌入式系統(tǒng)時所顯現(xiàn)的不足，然后從協(xié)議層次的簡化，層次間的快速反應，層次的模塊化設計等方面入手，降低SIP協(xié)議的存儲空間，使其更加簡單靈活、擴展性更好，并在嵌入式Linux系統(tǒng)中實現(xiàn)了SIP協(xié)議代碼的嵌入式移植和優(yōu)化。試驗結果表明：設計的SIP協(xié)議棧所占存儲空間小，在嵌入式Linux系統(tǒng)平臺下運行良好，滿足設計需求。

　　會話初始協(xié)議(SIP協(xié)議)是一種用于IP網(wǎng)絡多媒體通信的應用層控制協(xié)議，可建立、修改、和終止多媒體會話。SIP具有良好的互操作性和開放性，支持多種服務且具有多媒體協(xié)商能力，能夠在不同設備之間通過SIP服務器或其他網(wǎng)絡服務器進行交互。同時SIP易于擴展，支持用戶移動性，能夠充分滿足設備對移動*的需求，而且SIP簡單靈活，計算量小，尤其適合在嵌入式應用環(huán)境中應用。因此，將SIP引入到嵌入式應用中，憑借SIP自身的特性可有效提高嵌入式網(wǎng)絡設備的互操作性和接入網(wǎng)絡的便利性。但SIP協(xié)議本身只給出SIP消息的文法定義以及自然語言描述的消息處理，并未給出SIP協(xié)議棧的實現(xiàn)機制。這里討論在嵌入式終端設備上建立嵌入式Linux系統(tǒng)，并完成SIP的嵌入式，以及代碼的嵌入式移植和測試。

　　1 嵌入式LilIHX系統(tǒng)開發(fā)

　　1．1 建立交叉編譯環(huán)境

　　本文使用的是實驗室的ARMSYS2410-B開發(fā)板。準備好必要的軟件包后，建立交叉編譯環(huán)境實際上就是對cross2．95．3．tar．bz2的解壓過程。具體過程如下：

　　1)在編譯Linux之前，先安裝交叉編譯toolclhain，在／usr／local目錄下建立名為ann的目錄，進入該目錄，執(zhí)行解包：

　　cd／usr／local／armtar xjvf／mnf／cdrom／linux／toolchain／cross-2．95．3．tar．bz2

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

　　Pathmunge／usr／local／arm／2．95．3／bin這樣，內核或其他應用程序均可使用arm-linux-來指定使用該交叉編譯器。

　　1．2 Boot Loader移植

　　Boot Loader是在嵌入式Linux操作系統(tǒng)內核運行之前運行的一段小程序。通過這段程序可以將內核從Flash存儲器拷貝到RAM，并執(zhí)行內核。還要完成初始化硬件設備，建立內存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)。用燒錄軟件jflash-s3c2410通過JTAG口向硬件板下載Boot Loader二進制文件，向硬件板Flash中下載引導程序，這樣Boot Loader就可以成功運行。

　　1．3 重新編譯內核

　　從*****上下載的內核不能直接在硬件平臺上運行，需要根據(jù)具體的硬件平臺重新裁剪、編譯內核，根據(jù)硬件平臺特性編寫相關代碼，將Linux移植到平臺上。以下是對內核代碼的修改：1)修改內核目錄樹根下的Makefile，指明交叉編譯器；2)配置Flash分區(qū)，修改arch-／arm／mach-s3c2410／devs．c，用以指明分區(qū)信息，該文件的內容建立Nand Flash分區(qū)表；修改arch／arm／machs3c2410／machsmdk241-0．c文件指定啟動時初始化，kernel啟動時依據(jù)對分區(qū)的設置進行初始配置：3)配置和編譯內核，在Linux源文件目錄下，執(zhí)行make menuc-ONfig命令，配置內核產(chǎn)生config文件。然后依次運行#make clean；#make dep；#make zImage，完成對內核的編譯。

　　2 嵌入式SIP協(xié)議棧的設計與實現(xiàn)

　　2．1 嵌入式下實現(xiàn)SIP協(xié)議棧

　　嵌入式環(huán)境下SIP協(xié)議的開發(fā)，主要需要考慮嵌入式系統(tǒng)資源有限的局限性，需根據(jù)系統(tǒng)應用的特點，在設計時充分考慮CPU、存儲空間等系統(tǒng)資源的利用。由于資源的限制，嵌入式系統(tǒng)一般作為用戶終端設備，故這里主要實現(xiàn)協(xié)議棧中用戶代理(UAC／UAS)的功能。

　　首先是協(xié)議棧的簡化。根據(jù)RFC3261中定義的SIP協(xié)議棧模型可知，SIP是一個分層體系結構的協(xié)議。該協(xié)議主要由4層組成，底層為語法編解碼層(Syntax&Encoding)；第2層是傳輸層(TransportLayer)，該層定義網(wǎng)絡上的客戶機和服務器如何接收請求和發(fā)送響應；第3層為事務層(Transaction)，負責事務處理；最上面一層為事務用戶層(Transaction User)，每個SIP實體都是事務用戶，當一個事務用戶希望發(fā)送請求時，就創(chuàng)建一個客戶機事務實例以發(fā)送請求。

　　這種協(xié)議棧的設計實現(xiàn)方法應用到嵌入式環(huán)境中有以下不足：1)協(xié)議棧設計層次過多會增加系統(tǒng)堆棧的開銷。為了不過多占用堆棧，在系統(tǒng)資源分配時需分配較大的堆?？臻g。而嵌入式環(huán)境下的空間資源是有限的，SIP模塊占用過多的堆?？臻g，會造成其他任務空間分配受到限制。2)層次與層次之間的調用會增加系統(tǒng)的延時，降低系統(tǒng)的實效性。而作為用戶終端設備，快速響應是設計的重要準則。

　　2．2 SIP協(xié)議棧的總體結構

　　根據(jù)以上分析，在設計中需對SIP協(xié)議棧進行修改和裁剪，使其盡量少地占用資源并能最大限度地實現(xiàn)快速響應。本文設計的嵌入式SIP協(xié)議棧模型如圖1所示。

　　協(xié)議棧主要分成傳輸層和事務層。傳輸層主要負責收發(fā)消息，它管理套接字(socket)和網(wǎng)絡連接，使用TCP或UDP傳送數(shù)據(jù)。事務層則負責創(chuàng)建并管理事務對象。每個事務對象負責維持狀態(tài)，并發(fā)消息和使用傳輸層重傳消息。事務層也需要將從傳輸層傳來的消息映射到相應的事務。

　　SIP協(xié)議棧管理層負責系統(tǒng)配置、分配內管理資源、提供登錄協(xié)議棧和進行管理的命令以及所有其他層的初始化和關閉。應用程序使用該協(xié)議棧前，必須先調用該層的初始化接口以初始化要使用的層，在結束應用程序前，必須調用該層的關閉接口關閉相應的層。

　　SIP編碼解析是協(xié)議棧運行過程中比較耗費時間的一個模塊，為滿足嵌入式環(huán)境，該協(xié)議棧使用了一種“懶漢”解析策略，當從網(wǎng)絡上收到一個原始的SIP消息時，消息被解析成很多“關鍵字和關鍵字值對”，關鍵字是請求行或SIP頭域名，關鍵字值是沒有解析的請求行和頭域值。到事務層，在應用程序要訪問請求行或某個頭域時，才會對其完全解析，這種策略可有效提高SIP解碼的速度，極大提高那些需要處理繁重網(wǎng)絡流量的應用。

　　2．3 事務層和傳輸層的實現(xiàn)

　　圖2為事務層和傳輸層的軟件結構。這2層都使用SIP消息編碼解析層的功能處理SIP消息。其中傳輸層包含3個模塊：1)TcpConn模塊使用TCP實現(xiàn)收發(fā)消息功能；2)UdpConn模塊使用UDP現(xiàn)收發(fā)消息功能；3)SipMessageSendRcv模塊利用TcpConn和UdpConn向應用程序提供統(tǒng)一的消息收發(fā)接口。在TcpConn和UdpConn中，都會創(chuàng)建2個線程，分別負責接收和發(fā)送SIP消息。

　　事務層創(chuàng)建并管理事務對象。TransactionSendRcv提供發(fā)送不同SIP消息的接口，并以回調函數(shù)的方式在收到消息時通知應用程序。Tr-ansactionSendRcv使用傳輸SipMessageSendRcv提供的收發(fā)消息功能收發(fā)SIP消息，并根據(jù)收發(fā)的消息類型產(chǎn)生事件，將事件以及事件體(主要是SIP消息)作為參數(shù)傳遞給相應模塊UACTransactFSM和UASTransactlFSM。事務層的核心就是這2個模塊，分別表示UA客戶端和服務器端收到不同消息的處理流程，具體的狀態(tài)轉換如圖3所示。