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隨著微電子技術的不斷創(chuàng)新和發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛滲透到科學研究､工程設計､國防軍事､自動化控制領域以及人們?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)勢就是可以嵌入到任何微型或小型儀器和設備中｡ 嵌入式系統(tǒng)是指將應用程序､操作系統(tǒng)與計算機硬件集成在一起的系統(tǒng)｡它以應用為中心､以計算機技術為基礎,而且軟硬件可以裁剪,因而是能滿足應用系統(tǒng)對功能､可靠性､成本､體積和功耗的嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)?1?｡嵌入式系統(tǒng)與通信､網(wǎng)絡技術的結(jié)合可以極大地增強網(wǎng)絡的智能化與靈活性,拓展通信功能,從而實現(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/低端應用的通信平臺設計方案,它可支持Ethernet網(wǎng)絡之間的數(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)境設計了基于嵌入式通信微處理器S3C44B0X的硬件通信平臺,從而實現(xiàn)了嵌入式Socket通信｡ 1 嵌入式網(wǎng)絡通信系統(tǒng)結(jié)構 作為一類特殊的計算機系統(tǒng), 嵌入式系統(tǒng)通常由嵌入式處理器､嵌入式外圍設備､嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應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(Digital Signal Processor)和高度集成的嵌入式SoC(System on Chip)｡嵌入式外圍設備是指嵌入式硬件系統(tǒng)中除中心控制部件以外的存儲､通信､保護､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的應用場合才考慮使用,它可方便嵌入式應用軟件的設計,大大提高嵌入式系統(tǒng)的功能,但同時也要占用寶貴的嵌入式資源｡嵌入式應用軟件和普通的應用軟件有一定的區(qū)別,它是針對特定的實際專業(yè)領域､基于相應的嵌入式硬件平臺､能完成用戶預期任務的計算機軟件｡ 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處理器來進行Socket通信的軟硬件平臺的設計和實現(xiàn)方法｡ S3C44B0X是高性價比､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,允許處理器響應調(diào)試請求暫停,芯片內(nèi)的增強型乘法器(multiplier)可進行兩個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硬件提供片上斷點和調(diào)試點支持｡此外,它還可以提供三級流水線及馮?諾依曼結(jié)構｡實際上,S3C44B0X已在ARM7TDMI內(nèi)容基礎上擴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)絡通信系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構｡ 2 外圍電路設計 作為優(yōu)秀的網(wǎng)絡控制器,基于S3C44B0X處理器的系統(tǒng)必須要有一個與之匹配的控制芯片｡這里,筆者選用了Cirrus logic公司的CS8900A｡CS8900A是一個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｡圖中的信號發(fā)送和接收端通過網(wǎng)絡隔離變壓器和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而設計的｡uClinux是一個完全符合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是在標準Linux基礎上進行適當裁剪和優(yōu)化后的操作系統(tǒng),uClinux是一個高度優(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,如:穩(wěn)定､良好的移植性;優(yōu)秀的網(wǎng)絡功能;對各種文件系統(tǒng)的完備支持,以及標準豐富的API等｡uClinux是專門面向沒有存儲器管理單元(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上運行,也可以加載到內(nèi)存中運行｡u-Cliunx帶有一個完整的TCP/IP協(xié)議,同時也支持其他許多網(wǎng)絡協(xié)議,對于嵌入式系統(tǒng)來說,它是一個網(wǎng)絡完備的操作系統(tǒng),因此得到了廣泛的應用｡ 為了實現(xiàn)基于uClinux的應用系統(tǒng)的開發(fā),建立或擁有一個完備的uCliunx開發(fā)環(huán)境是十分必要的｡基于uClinux操作系統(tǒng)的應用開發(fā)環(huán)境一般由目標系統(tǒng)硬件開發(fā)板和宿主PC機構成?3?｡通常需在安裝有Linux的宿主PC機上安裝交叉編譯器,以把用戶應用程序編譯成目前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｡目標硬件開發(fā)板用于運行操作系統(tǒng)和系統(tǒng)應用軟件｡目標硬件開發(fā)板和PC宿主機之間一般通過串口､并口或以太網(wǎng)接口來建立連接｡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)絡通信進程的ID｡最常用的有流式套接字和數(shù)據(jù)報套接字兩種｡在Linux中,分別稱為“SOCK STREAM”和“SOCK DGRAM”｡經(jīng)裁剪的uClinux保留了Linux中的大部分Socket庫函數(shù)｡基于S3C44B0X處理器的嵌入式Socket通信所要調(diào)用的主要庫函數(shù)如下: (1)socket int socket(int domain int type int proto-col) 此函數(shù)用來建立一個新的socket,以通知系統(tǒng)建立一個通信端口｡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,表示使用默認協(xié)議｡ (2)bind int bind(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)絡上的物理位置相關聯(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)構的長度｡服務器和客戶機都可以調(diào)用函數(shù)bind來綁定套接字地址,但一般是由服務器調(diào)用函數(shù)bind來綁定自己的公認端口號｡ (3)listen int listen(int sockfd,int backlog) 利用該函數(shù)可以使socket端口接受從客戶機發(fā)送來的連接請求｡backlog參數(shù)是所能接受的客戶機的最大數(shù)目｡對socket､bind､listen三個函數(shù)的綜合調(diào)用最終可在服務器上產(chǎn)生一個能接受客戶機請求的監(jiān)聽文件描述符sockfd｡ (4)accept int accept(int sockfd,struct sockaddr*address,int*address_len) 當有客戶機發(fā)出連接請求時,此函數(shù)初始化這個連接｡其中參數(shù)address用來存儲客戶機的信息,此信息由accept填入｡當與客戶機連接時,客戶機的地址與端口將填到此處;address len是客戶機地址長度的字節(jié)數(shù),也由accept填入｡ (5)connect int connect(int sockfd,struct sockaddr *address,size_t address_len) 客戶機調(diào)用socket建立傳輸端口后,接著將調(diào)用connect函數(shù)來建立與遠程服務器相連的連接線路｡此函數(shù)的參數(shù)調(diào)用同bind｡ 本文設計的Socket通信采用server/client模式,即服務器端的應用程序用于接受客戶端的連接請求､接收客戶端的信息､處理客戶端的計算請求､向客戶端發(fā)送計算結(jié)果以及應答信息等｡客戶端的應用程序用于申請與服務器的連接､向服務器發(fā)送計算請求､處理服務器發(fā)回的計算結(jié)果和其它信息｡ 服務器在創(chuàng)建一個socket后,接著會將該socket與本地地址/端口號進行捆綁,成功之后就在相應的socket上監(jiān)聽,當accpet捕捉到一個連接服務請求時,即完成一個新的連接,稍后可向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)｡ 客戶端代碼相對來說要簡單一些,首先通過服務器域名獲得其IP地址,然后創(chuàng)建一個socket,接著調(diào)用connect函數(shù)來與服務器建立連接,連接成功之后再接收從服務器發(fā)送過來的數(shù)據(jù),最后在通信結(jié)束后關閉socket｡ 綜上所述,網(wǎng)絡程序客戶端和服務器端進行Socket通信的建立步驟如下 服務器端:socket →bind →listen→accept 客戶端:socket →bind →connect 本設計使用的套接字為流式套接字,下面是運行于32位微處理器S3C44B0X嵌入式開發(fā)平臺的客戶端應用程序 #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 設計開發(fā)了基于S3C44B0X的以太網(wǎng)通信系統(tǒng),并利用uClinux操作系統(tǒng)強大的網(wǎng)絡功能實現(xiàn)了Socket通信｡由于uClinux目前只支持flat格式的可執(zhí)行文件,因此本設計是在先建立好uClinux開發(fā)環(huán)境的情況下,把用戶自行開發(fā)的應用程序通過宿主PC機上的交叉編譯器轉(zhuǎn)化為flat格式,然后再通過FTP添加到目標硬件開發(fā)平臺上運行的｡文中的客戶端應用程序已經(jīng)在基于ARM7TDMI核的S3C44B0X處理器的嵌入式開發(fā)平臺上成功運行,并成功地和宿主PC機的服務器端應用程序?qū)崿F(xiàn)了Socket通信｡當然,也可以把目標硬件開發(fā)平臺當作服務器端,而把宿主PC機當作客戶端來進行雙向文件傳輸｡ |
