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隨著微電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛滲透到科學(xué)研究､工程設(shè)計(jì)､國(guó)防軍事､自動(dòng)化控制領(lǐng)域以及人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?#65377;由嵌入式微控制器組成的系統(tǒng)其最明顯的優(yōu)勢(shì)就是可以嵌入到任何微型或小型儀器和設(shè)備中｡ 嵌入式系統(tǒng)是指將應(yīng)用程序､操作系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)硬件集成在一起的系統(tǒng)｡它以應(yīng)用為中心､以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ),而且軟硬件可以裁剪,因而是能滿足應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能､可靠性､成本､體積和功耗的嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?1?｡嵌入式系統(tǒng)與通信､網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合可以極大地增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的智能化與靈活性,拓展通信功能,從而實(shí)現(xiàn)各種通信系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通｡本文給出一種適合于中/低端應(yīng)用的通信平臺(tái)設(shè)計(jì)方案,它可支持Ethernet網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳輸,并且具有RS232､RS485､ USB等接口｡文中圍繞嵌入式uClinux環(huán)境設(shè)計(jì)了基于嵌入式通信微處理器S3C44B0X的硬件通信平臺(tái),從而實(shí)現(xiàn)了嵌入式Socket通信｡ 1 嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 作為一類特殊的計(jì)算機(jī)系統(tǒng), 嵌入式系統(tǒng)通常由嵌入式處理器､嵌入式外圍設(shè)備､嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用軟件等幾大部分組成｡嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心部件,它可分為嵌入式微處理器､嵌入式微控制器､嵌入式DSP(DigitalSignal Processor)和高度集成的嵌入式SoC(System on Chip)｡嵌入式外圍設(shè)備是指嵌入式硬件系統(tǒng)中除中心控制部件以外的存儲(chǔ)､通信､保護(hù)､調(diào)試､顯示等其它輔助部件｡嵌入式操作系統(tǒng)一般在比較大型或需要多任務(wù)的應(yīng)用場(chǎng)合才考慮使用,它可方便嵌入式應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì),大大提高嵌入式系統(tǒng)的功能,但同時(shí)也要占用寶貴的嵌入式資源｡嵌入式應(yīng)用軟件和普通的應(yīng)用軟件有一定的區(qū)別,它是針對(duì)特定的實(shí)際專業(yè)領(lǐng)域､基于相應(yīng)的嵌入式硬件平臺(tái)､能完成用戶預(yù)期任務(wù)的計(jì)算機(jī)軟件｡ 嵌入式處理器有許多種流行的處理器核,本文主要介紹采用Samsung公司基于ARM公司32位RISC的ARM7TDMI核的S3C44B0X處理器來(lái)進(jìn)行Socket通信的軟硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法｡ S3C44B0X是高性價(jià)比､高性能的微控制器,它采用ARM7TDMI核,可工作在66MHz｡ARM7TDMI是一種32位嵌入式RISC處理器,但也配備了16位壓縮指令集Thumb｡它支持片上調(diào)試,允許處理器響應(yīng)調(diào)試請(qǐng)求暫停,芯片內(nèi)的增強(qiáng)型乘法器(multiplier)可進(jìn)行兩個(gè)32位數(shù)相乘從而直接產(chǎn)生64位結(jié)果,也可為嵌入式ICE硬件提供片上斷點(diǎn)和調(diào)試點(diǎn)支持｡此外,它還可以提供三級(jí)流水線及馮?諾依曼結(jié)構(gòu)｡實(shí)際上,S3C44B0X已在ARM7TDMI內(nèi)容基礎(chǔ)上擴(kuò)展了一系列完整的通用外圍器件｡圖1所示是一種嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)｡ 2 外圍電路設(shè)計(jì) 作為優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)控制器,基于S3C44B0X處理器的系統(tǒng)必須要有一個(gè)與之匹配的控制芯片｡這里,筆者選用了Cirruslogic公司的CS8900A｡CS8900A是一個(gè)單芯片全雙工的以太網(wǎng)解決方案,片內(nèi)集成了用于完成以太網(wǎng)電路所必需的所有模擬和數(shù)字電路｡圖2為系統(tǒng)中的CS8900A以太網(wǎng)接口電路｡圖中的信號(hào)發(fā)送和接收端通過網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器和RJ45接口接入傳輸媒體｡另外,為了系統(tǒng)能夠正常工作,還需要外接一個(gè)20MHz的晶振｡ 3 基于uCliunx的Socket通信 本系統(tǒng)的軟件是基于嵌入式操作系統(tǒng)uClinux而設(shè)計(jì)的｡uClinux是一個(gè)完全符合GNU/GPL公約的操作系統(tǒng),它與UNIX系統(tǒng)兼容,其代碼完全開放｡uClinux是在標(biāo)準(zhǔn)Linux基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)裁剪和優(yōu)化后的操作系統(tǒng),uClinux是一個(gè)高度優(yōu)化､代碼緊湊的Linux的嵌入式子集｡雖然體積很小,但仍然保留了Linux的大多數(shù)優(yōu)點(diǎn),如:穩(wěn)定､良好的移植性;優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能;對(duì)各種文件系統(tǒng)的完備支持,以及標(biāo)準(zhǔn)豐富的API等｡uClinux是專門面向沒有存儲(chǔ)器管理單元(MMU)的處理器的嵌入式操作系統(tǒng),并且專為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化工作,它可以直接在Flash上運(yùn)行,也可以加載到內(nèi)存中運(yùn)行｡u-Cliunx帶有一個(gè)完整的TCP/IP協(xié)議,同時(shí)也支持其他許多網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,對(duì)于嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō),它是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)完備的操 作系統(tǒng),因此得到了廣泛的應(yīng)用｡ 為了實(shí)現(xiàn)基于uClinux的應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā),建立或擁有一個(gè)完備的uCliunx開發(fā)環(huán)境是十分必要的｡基于uClinux操作系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境一般由目標(biāo)系統(tǒng)硬件開發(fā)板和宿主PC機(jī)構(gòu)成?3?｡通常需在安裝有Linux的宿主PC機(jī)上安裝交叉編譯器,以把用戶應(yīng)用程序編譯成目前uClinux只支持的flat格式的可執(zhí)行文件和編譯操作系統(tǒng)內(nèi)核｡目標(biāo)硬件開發(fā)板用于運(yùn)行操作系統(tǒng)和系統(tǒng)應(yīng)用軟件｡目標(biāo)硬件開發(fā)板和PC宿主機(jī)之間一般通過串口､并口或以太網(wǎng)接口來(lái)建立連接｡本文Socket通信使用的軟件開發(fā)及仿真環(huán)境如圖3所示｡ Socket即“套接字”,表示網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)程的ID｡最常用的有流式套接字和數(shù)據(jù)報(bào)套接字兩種｡在Linux中,分別稱為“SOCK STREAM”和“SOCKDGRAM”｡經(jīng)裁剪的uClinux保留了Linux中的大部分Socket庫(kù)函數(shù)｡基于S3C44B0X處理器的嵌入式Socket通信所要調(diào)用的主要庫(kù)函數(shù)如下: (1)socketint socket(int domain int type int proto-col) 此函數(shù)用來(lái)建立一個(gè)新的socket,以通知系統(tǒng)建立一個(gè)通信端口｡函數(shù)中的domain參數(shù)用于指定使用何種地址類型;type參數(shù)用于指定套接字類型;protocol參數(shù)通常為0,表示使用默認(rèn)協(xié)議｡ (2)bind intbind(int sockfd,struct sockaddr*myaddr,int addrlen) bind函數(shù)可把socket返回的套接字端口與網(wǎng)絡(luò)上的物理位置相關(guān)聯(lián)｡其中sockfd參數(shù)是函數(shù)socket返回的套接字描述符;myaddr參數(shù)是本地地址;ad-drlen參數(shù)是套接字地址結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度｡服務(wù)器和客戶機(jī)都可以調(diào)用函數(shù)bind來(lái)綁定套接字地址,但一般是由服務(wù)器調(diào)用函數(shù)bind來(lái)綁定自己的公認(rèn)端口號(hào)｡ (3)listenint listen(int sockfd,int backlog) 利用該函數(shù)可以使socket端口接受從客戶機(jī)發(fā)送來(lái)的連接請(qǐng)求｡backlog參數(shù)是所能接受的客戶機(jī)的最大數(shù)目｡對(duì)socket､bind､listen三個(gè)函數(shù)的綜合調(diào)用最終可在服務(wù)器上產(chǎn)生一個(gè)能接受客戶機(jī)請(qǐng)求的監(jiān)聽文件描述符sockfd｡ (4)acceptint accept(int sockfd,struct sockaddr*address,int*address_len) 當(dāng)有客戶機(jī)發(fā)出連接請(qǐng)求時(shí),此函數(shù)初始化這個(gè)連接｡其中參數(shù)address用來(lái)存儲(chǔ)客戶機(jī)的信息,此信息由accept填入｡當(dāng)與客戶機(jī)連接時(shí),客戶機(jī)的地址與端口將填到此處;addresslen是客戶機(jī)地址長(zhǎng)度的字節(jié)數(shù),也由accept填入｡ (5)connectint connect(int sockfd,struct sockaddr*address,size_t address_len) 客戶機(jī)調(diào)用socket建立傳輸端口后,接著將調(diào)用connect函數(shù)來(lái)建立與遠(yuǎn)程服務(wù)器相連的連接線路｡此函數(shù)的參數(shù)調(diào)用同bind｡ 本文設(shè)計(jì)的Socket通信采用server/client模式,即服務(wù)器端的應(yīng)用程序用于接受客戶端的連接請(qǐng)求､接收客戶端的信息､處理客戶端的計(jì)算請(qǐng)求､向客戶端發(fā)送計(jì)算結(jié)果以及應(yīng)答信息等｡客戶端的應(yīng)用程序用于申請(qǐng)與服務(wù)器的連接､向服務(wù)器發(fā)送計(jì)算請(qǐng)求､處理服務(wù)器發(fā)回的計(jì)算結(jié)果和其它信息｡ 服務(wù)器在創(chuàng)建一個(gè)socket后,接著會(huì)將該socket與本地地址/端口號(hào)進(jìn)行捆綁,成功之后就在相應(yīng)的socket上監(jiān)聽,當(dāng)accpet捕捉到一個(gè)連接服務(wù)請(qǐng)求時(shí),即完成一個(gè)新的連接,稍后可向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)｡ 客戶端代碼相對(duì)來(lái)說(shuō)要簡(jiǎn)單一些,首先通過服務(wù)器域名獲得其IP地址,然后創(chuàng)建一個(gè)socket,接著調(diào)用connect函數(shù)來(lái)與服務(wù)器建立連接,連接成功之后再接收從服務(wù)器發(fā)送過來(lái)的數(shù)據(jù),最后在通信結(jié)束后關(guān)閉socket｡ mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman '">綜上所述,網(wǎng)絡(luò)程序客戶端和服務(wù)器端進(jìn)行Socket通信的建立步驟如下 服務(wù)器端:socket →bind →listen→accept 客戶端:socket →bind →connect 本設(shè)計(jì)使用的套接字為流式套接字,下面是運(yùn)行于32位微處理器S3C44B0X嵌入式開發(fā)平臺(tái)的客戶端應(yīng)用程序: #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include int main(int argc,char *argv[]) { int s; char buffer[256]; struct sockaddr_in addr; struct hostent *hp; struct in_addr in; struct sockaddr_in local_addr; if (argc < 2) return; if(!(hp=gethostbyname (argv[1]))){ fprintf(stderr,＂Can＇t resolve host.\n＂); exit (1); } if ((s = socket(AF_ INET,SOCK_STREAM,0)) <0){ perror (＂socket＂); exit (1); } bzero (&addr,sizeof (addr)); addr.sin_family = AF_INET; addr.sin_port=htons((unsigned short)atoi(argv[2])); hp = gethostbyname(argv[1]); memcpy(&local_addr.sin_addr.s_addr,hp->h addr,4); in.s_addr = local_addr.sin_addr.s_addr; printf (＂Domain Name %s\n＂ argv printf (＂IP address :%s\n＂,inet_ntoa (in)); printf(＂%s,%s\n＂,hp->h_name,argv[2]); addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(hp->h_name); if connect(s,(struct sockaddr *)&addr,sizeof (addr))<0){ perror (＂connect＂); exit (1); } recv (s,buffer,sizeof (buffer),0); printf (＂%s\n＂,buffer); while(1); bzero(buffer,sizeof (buffer)); read (STDIN_FILENO,buffer,sizeof(buffer)); if (send (s,buffer,sizeof (buffer),0)<0){ perror (＂send＂); exit (1); } } } 4 結(jié)束語(yǔ) 設(shè)計(jì)開發(fā)了基于S3C44B0X的以太網(wǎng)通信系統(tǒng),并利用uClinux操作系統(tǒng)強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)現(xiàn)了Socket通信｡由于uClinux目前只支持flat格式的可執(zhí)行文件,因此本設(shè)計(jì)是在先建立好uClinux開發(fā)環(huán)境的情況下,把用戶自行開發(fā)的應(yīng)用程序通過宿主PC機(jī)上的交叉編譯器轉(zhuǎn)化為flat格式,然后再通過FTP添加到目標(biāo)硬件開發(fā)平臺(tái)上運(yùn)行的｡文中的客戶端應(yīng)用程序已經(jīng)在基于ARM7TDMI核的S3C44B0X處理器的嵌入式開發(fā)平臺(tái)上成功運(yùn)行,并成功地和宿主PC機(jī)的服務(wù)器端應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)了Socket通信｡當(dāng)然,也可以把目標(biāo)硬件開發(fā)平臺(tái)當(dāng)作服務(wù)器端,而把宿主PC機(jī)當(dāng)作客戶端來(lái)進(jìn)行雙向文件傳輸｡ |
