SIP协议在嵌入式Linux中的实现

嵌入式系统由于本身资源的限制，现有的SIP协议直接应用于嵌入式便携设备还有困难。为满足SIP协议在嵌入式系统中的商用要求，设计出一个简化的SIP协议栈。首先分析了SIP协议直接应用于嵌入式系统时所显现的不足，然后从协议层次的简化，层次间的快速反应，层次的模块化设计等方面入手，降低SIP协议的存储空间，使其更加简单灵活、扩展性更好，并在嵌入式Linux系统中实现了SIP协议代码的嵌入式移植和优化。试验结果表明：设计的SIP协议栈所占存储空间小，在嵌入式Linux系统平台下运行良好，满足设计需求。

　　会话初始协议(SIP协议)是一种用于IP网络多媒体通信的应用层控制协议，可建立、修改、和终止多媒体会话。SIP具有良好的互 *** 作性和开放性，支持多种服务且具有多媒体协商能力，能够在不同设备之间通过SIP服务器或其他网络服务器进行交互。同时SIP易于扩展，支持用户移动性，能够充分满足设备对移动*的需求，而且SIP简单灵活，计算量小，尤其适合在嵌入式应用环境中应用。因此，将SIP引入到嵌入式应用中，凭借SIP自身的特性可有效提高嵌入式网络设备的互 *** 作性和接入网络的便利性。但SIP协议本身只给出SIP消息的文法定义以及自然语言描述的消息处理，并未给出SIP协议栈的实现机制。这里讨论在嵌入式终端设备上建立嵌入式Linux系统，并完成SIP的嵌入式，以及代码的嵌入式移植和测试。

　　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 *** 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*****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。