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隨著(zhù)微電子技術(shù)的不斷創(chuàng )新和發(fā)展,嵌入式系統已經(jīng)廣泛滲透到科學(xué)研究､工程設計､國防軍事､自動(dòng)化控制領(lǐng)域以及人們日常生活的方方面面｡由嵌入式微控制器組成的系統其最明顯的優(yōu)勢就是可以嵌入到任何微型或小型儀器和設備中｡ 嵌入式系統是指將應用程序､操作系統與計算機硬件集成在一起的系統｡它以應用為中心､以計算機技術(shù)為基礎,而且軟硬件可以裁剪,因而是能滿(mǎn)足應用系統對功能､可靠性､成本､體積和功耗的嚴格要求的專(zhuān)用計算機系統?1?｡嵌入式系統與通信､網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的結合可以極大地增強網(wǎng)絡(luò )的智能化與靈活性,拓展通信功能,從而實(shí)現各種通信系統之間的互聯(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(luò )之間的數據傳輸,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(shí)現了嵌入式Socket通信｡ 1 嵌入式網(wǎng)絡(luò )通信系統結構 作為一類(lèi)特殊的計算機系統, 嵌入式系統通常由嵌入式處理器､嵌入式外圍設備､嵌入式操作系統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中除中心控制部件以外的存儲､通信､保護､調試､顯示等其它輔助部件｡嵌入式操作系統一般在比較大型或需要多任務(wù)的應用場(chǎng)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的功能,但同時(shí)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別,它是針對特定的實(shí)際專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域､基于相應的嵌入式硬件平臺､能完成用戶(hù)預期任務(wù)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(lái)進(jìn)行Socket通信的軟硬件平臺的設計和實(shí)現方法｡ S3C44B0X是高性?xún)r(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｡它支持片上調試,允許處理器響應調試請求暫停,芯片內的增強型乘法器(multiplier)可進(jìn)行兩個(gè)32位數相乘從而直接產(chǎn)生64位結果,也可為嵌入式ICE硬件提供片上斷點(diǎn)和調試點(diǎn)支持｡此外,它還可以提供三級流水線(xiàn)及馮?諾依曼結構｡實(shí)際上,S3C44B0X已在A(yíng)RM7TDMI內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(luò )通信系統的硬件體系結構｡ 2 外圍電路設計 作為優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò )控制器,基于S3C44B0X處理器的系統必須要有一個(gè)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(gè)單芯片全雙工的以太網(wǎng)解決方案,片內集成了用于完成以太網(wǎng)電路所必需的所有模擬和數字電路｡圖2為系統中的CS8900A以太網(wǎng)接口電路｡圖中的信號發(fā)送和接收端通過(guò)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 本系統的軟件是基于嵌入式操作系統uClinux而設計的｡uClinux是一個(gè)完全符合GNU/GPL公約的操作系統,它與UNIX系統兼容,其代碼完全開(kāi)放｡uClinux是在標準Linux基礎上進(jìn)行適當裁剪和優(yōu)化后的操作系統,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的大多數優(yōu)點(diǎn),如:穩定､良好的移植性;優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò )功能;對各種文件系統的完備支持,以及標準豐富的API等｡uClinux是專(zhuān)門(mén)面向沒(méi)有存儲器管理單元(MMU)的處理器的嵌入式操作系統,并且專(zhuān)為嵌入式系統做了許多小型化工作,它可以直接在Flash上運行,也可以加載到內存中運行｡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,對于嵌入式系統來(lái)說(shuō),它是一個(gè)網(wǎng)絡(luò )完備的操作系統,因此得到了廣泛的應用｡ 為了實(shí)現基于uClinux的應用系統的開(kāi)發(fā),建立或擁有一個(gè)完備的uCliunx開(kāi)發(fā)環(huán)境是十分必要的｡基于uClinux操作系統的應用開(kāi)發(fā)環(huán)境一般由目標系統硬件開(kāi)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(hù)應用程序編譯成目前uClinux只支持的flat格式的可執行文件和編譯操作系統內核｡目標硬件開(kāi)發(fā)板用于運行操作系統和系統應用軟件｡目標硬件開(kāi)發(fā)板和PC宿主機之間一般通過(guò)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(kāi)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據報套接字兩種｡在Linux中,分別稱(chēng)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｡基于S3C44B0X處理器的嵌入式Socket通信所要調用的主要庫函數如下: (1)socket int socket(int domain int type int proto-col) 此函數用來(lái)建立一個(gè)新的socket,以通知系統建立一個(gè)通信端口｡函數中的domain參數用于指定使用何種地址類(lèi)型;type參數用于指定套接字類(lèi)型;protocol參數通常為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參數是函數socket返回的套接字描述符;myaddr參數是本地地址;ad-drlen參數是套接字地址結構的長(cháng)度｡服務(wù)器和客戶(hù)機都可以調用函數bind來(lái)綁定套接字地址,但一般是由服務(wù)器調用函數bind來(lái)綁定自己的公認端口號｡ (3)listen int listen(int sockfd,int backlog) 利用該函數可以使socket端口接受從客戶(hù)機發(fā)送來(lái)的連接請求｡backlog參數是所能接受的客戶(hù)機的最大數目｡對socket､bind､listen三個(gè)函數的綜合調用最終可在服務(wù)器上產(chǎn)生一個(gè)能接受客戶(hù)機請求的監聽(tīng)文件描述符sockfd｡ (4)accept int accept(int sockfd,struct sockaddr*address,int*address_len) 當有客戶(hù)機發(fā)出連接請求時(shí),此函數初始化這個(gè)連接｡其中參數address用來(lái)存儲客戶(hù)機的信息,此信息由accept填入｡當與客戶(hù)機連接時(shí),客戶(hù)機的地址與端口將填到此處;address len是客戶(hù)機地址長(cháng)度的字節數,也由accept填入｡ (5)connect int connect(int sockfd,struct sockaddr *address,size_t address_len) 客戶(hù)機調用socket建立傳輸端口后,接著(zhù)將調用connect函數來(lái)建立與遠程服務(wù)器相連的連接線(xiàn)路｡此函數的參數調用同bind｡ 本文設計的Socket通信采用server/client模式,即服務(wù)器端的應用程序用于接受客戶(hù)端的連接請求､接收客戶(hù)端的信息､處理客戶(hù)端的計算請求､向客戶(hù)端發(fā)送計算結果以及應答信息等｡客戶(hù)端的應用程序用于申請與服務(wù)器的連接､向服務(wù)器發(fā)送計算請求､處理服務(wù)器發(fā)回的計算結果和其它信息｡ 服務(wù)器在創(chuàng )建一個(gè)socket后,接著(zhù)會(huì )將該socket與本地地址/端口號進(jìn)行捆綁,成功之后就在相應的socket上監聽(tīng),當accpet捕捉到一個(gè)連接服務(wù)請求時(shí),即完成一個(gè)新的連接,稍后可向客戶(hù)端發(fā)送數據｡ 客戶(hù)端代碼相對來(lái)說(shuō)要簡(jiǎn)單一些,首先通過(guò)服務(wù)器域名獲得其IP地址,然后創(chuàng )建一個(gè)socket,接著(zhù)調用connect函數來(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(guò)來(lái)的數據,最后在通信結束后關(guān)閉socket｡ 綜上所述,網(wǎng)絡(luò )程序客戶(hù)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(hù)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(kāi)發(fā)平臺的客戶(hù)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 結束語(yǔ) 設計開(kāi)發(fā)了基于S3C44B0X的以太網(wǎng)通信系統,并利用uClinux操作系統強大的網(wǎng)絡(luò )功能實(shí)現了Socket通信｡由于uClinux目前只支持flat格式的可執行文件,因此本設計是在先建立好uClinux開(kāi)發(fā)環(huán)境的情況下,把用戶(hù)自行開(kāi)發(fā)的應用程序通過(guò)宿主PC機上的交叉編譯器轉化為flat格式,然后再通過(guò)FTP添加到目標硬件開(kāi)發(fā)平臺上運行的｡文中的客戶(hù)端應用程序已經(jīng)在基于A(yíng)RM7TDMI核的S3C44B0X處理器的嵌入式開(kāi)發(fā)平臺上成功運行,并成功地和宿主PC機的服務(wù)器端應用程序實(shí)現了Socket通信｡當然,也可以把目標硬件開(kāi)發(fā)平臺當作服務(wù)器端,而把宿主PC機當作客戶(hù)端來(lái)進(jìn)行雙向文件傳輸｡ |
