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絡設備的互操作性和接入網絡的便利性。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，需要根據具體的硬件平臺重新裁剪、編譯內核，根據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)和網絡連接，使用TCP或UDP傳送數(shù)據。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，并根據收發(fā)的消息類型產生事件，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。